光学分辨率（OSR）的HMD主要应用是将小型显示器的影像透过自由曲面棱镜变成大银幕般的视觉效果。众所知视觉影像的解析度与色彩度取决于显示器件的像素（pixel）与灰度（greylevel），然而目前小型高像素、高灰度液晶显示器（LCD）的单价极端昂贵，因此，日本Olympus公司利用OSR元件使18万画素的LCD产生相当于72万画素，水平解析度500条以上的画质效果。OSR是由偏光控制元件（液晶cell）与复折射板所构成。藉由OSR元件将LCD的黑色矩阵上由像素所产生的光线移位。虽然理论上它是一种可使光学画质提高4倍之技术，但实际上单纯的使光线移位所产生的4像素技术却会造成影像模糊效应。因此OSR将对应各移位的影像信号从原始影像信号中取样，再显示于HMD的自由曲面棱镜，也就是说各移位的像素都能够正确显示在该当位置，实质像素提高4倍的同时又不会有影像模糊的问题。OSR元件置于LCD与自由曲面棱镜之间。OSR是由2片偏光控制元件与3片复折射板所构成。当电压ON/OFF施加于2片偏光控制元件时光线移位成4道。OSR的控制是将原影像信号配合移位像素的位置取样，之后以1/120秒的速度驱动LCD，再同步配合像素移位置显示影像利用OSR元件依次使各个像素的光线以4/120秒（=1/30秒：视频信号的结构单位）的速度为一周期。之后一边监控LCD的实时一边倍速驱动LCD，同时与LCD驱动状况连动控制OSR元件。虽然LCD移位光量（距离）取决于OSR元件的复折射板的厚度，但是由于LCD像素大小只有10μm，像素间的黑色矩阵大小为14μm，因此复折射板的厚度必须具备微米级的加工精度，配合高折射结晶材料才能完成厚度为2.9mm的OSR元件。

随着虚拟现实电子显示系统的推广应用，可预期未来类似HMD可将小型LCD显示器件的影像透过光学系统作成全像大银幕的需求将日益增加。另外由于自由曲面棱镜的设计乃至加工量产技术将因此更趋完备。除光学技术之外，纳米级（nano）超精密机械加工技术亦将成为本世纪初的热门课题。