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NIL超透镜阵列为先进的真3D显示器铺平了道路

2024-01-23 10:20:27  来源:激光网原创    

集成成像显示器是最有前途的近眼显示器之一,因为它体积小、全视差、方便的全彩显示,更重要的是,通过消除会聚-调节冲突实现真正的 3D 和更逼真的深度感知。然而,基于传统光学架构的II显示器,如微透镜阵列,在分辨率、视场、景深等方面受到限制。随着微型显示器的像素密度越来越高,传统的光学架构在像素级光处理方面已经不足。元光学器件具有突破这些瓶颈的潜力,其前所未有的灵活性可以通过单片设备进行像素级光操作。Meta-II 显示器有望通过创造更身临其境的体验,成为迈向下一代虚拟现实和增强现实的一大步。

然而,在meta-II显示器成为NED领域的主流之前,必须克服一些挑战。一个挑战是,由于大面积高精度纳米加工技术的不发达,超透镜阵列太小,无法与商用高分辨率微型显示器及其设备相匹配。另一个挑战是,高分辨率可穿戴 NED 的渲染计算成本很高,因为元素图像阵列是输入到 meta-II 显示器的信号,必须针对每个视点进行计算,因此需要 GPU 加速。幸运的是,纳米加工和 II 算法的最新进展为实用的 meta-II 显示器开辟了可能性。随着这些挑战的克服,meta-II显示器有望推动VR/AR显示器的发展。它们可以彻底改变人们与这些技术的交互方式,并最终成为 VR 和 AR 显示器的标准。

在eLight上发布的一篇新论文中,由中山大学董建温教授和秦宗领导的科学家团队创造了一种名为meta-II NED的新颖的真3D技术架构,首次实现了超光学和II显示器在NED实际应用中的结合。

meta-II NED结合了商用高像素密度微型显示器和大面积超透镜阵列。超透镜阵列的最小特征尺寸约为100 nm,最大纳米结构高度约为500 nm,由高折射率纳米压印胶制成,采用高精度大面积纳米压印技术制造。与电子束光刻相比,纳米压印技术可以快速复制许多超透镜阵列样品,尤其是大面积样品。低成本、大面积的纳米压印制造工艺使超透镜阵列可用于大规模生产。为了匹配这种方便的meta-II NED架构,开发了一种新的实时渲染方法,通过利用不变的体素-像素映射,以平均帧率为67 FPS快速生成EIA。通过单目对焦提示和运动视差对真3D显示进行了实验验证。通过将 3D 图像与周围物体合并,实现了 meta-II NED 模块的透视效果,显示了 meta-II 显示器在 AR 方面的更广泛潜力。

该研究团队率先开发了结合超光学和 II 显示器的真 3D NED 技术。请注意,超透镜阵列的设计灵活性对于下一代NED来说是有希望的,以解决传统II架构中长期存在的几个问题。例如,扩展的景深对于真正的3D NED呈现从人的空间到远景空间的图像至关重要,而微透镜阵列的景深非常有限。相比之下,超透镜阵列可以很容易地设计为具有不同焦距的偏振多路复用元件,以允许景深扩展。此外,meta-II架构为进一步研究提供了增加视场的有前途的解决方案:可以在细超透镜阵列中记录精确补偿传统微透镜阵列的场相关像差的自由曲面相位分布。更重要的是,与上述 meta-II 相比,扩展景深和 FOV 扩展 meta-II 架构在计算复杂性和系统体积方面都没有成本。总的来说,超透镜阵列正在实现下一代真正的3D近眼显示器。

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