超透镜阵列可实现下一代真3D近眼显示器

由于体积小、全视差、全彩显示方便，更重要的是，通过消除会聚-调节冲突 （VAC） 实现真正的 3D 和更逼真的深度感知，所以集成成像显示器成为最有前途的近眼显示器 （NED） 之一。然而，基于传统光学架构的显示器，在分辨率、视场、景深等方面受到限制，如微透镜阵列。

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。超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 （VR） 和增强现实 （AR） 的一大步。

meta-II NED的3D AR效果，具有超透镜阵列和微型显示器的主要组件。虚拟 3D 图像被重建以与棋子重合。

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（meta-II显示器的关键组件）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 （EIA） 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上发表的一篇新论文中，由中山大学董建文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显示器在NED实际应用中的结合。

（a） 通过聚焦数字“3”和棋子“Rook”来捕获图像，并在右侧红框中放大细节。（b） 聚焦于字母“D”和棋子“Pawn”拍摄的图像。

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。

相关链接：https://phys.org/news/2024-01-metalens-array-enable-generation-true.html