A tela de imagem integral (II) é uma das telas de visão próxima (NEDs) mais promissoras devido ao seu volume compacto, paralaxe total, tela colorida conveniente e, mais importante, 3D verdadeiro e percepção de profundidade mais realista, eliminando o conflito de acomodação de vergência (VAC). No entanto, os displays II baseados na arquitetura óptica convencional, como matrizes de microlentes, são limitados em resolução, campo de visão, profundidade de campo, etc.



Como os micro-displays têm densidades de pixels cada vez mais altas, a arquitetura óptica convencional é inadequada na manipulação de luz em nível de pixel. A meta-óptica tem o potencial de romper esses gargalos com sua flexibilidade sem precedentes na manipulação de luz em nível de pixel por um dispositivo monolítico. Espera-se que a exibição Meta-II seja um grande passo em direção à realidade virtual (VR) e à realidade aumentada (AR) da próxima geração, criando experiências mais envolventes.

No entanto, alguns desafios devem ser superados antes que o display meta-II possa se tornar popular no campo das NED.

Um desafio é que a matriz metalens, o componente crítico de um display meta-II, é muito pequena para corresponder aos micro-displays comerciais de alta resolução e seu etendue devido ao subdesenvolvimento da tecnologia de nanofabricação de alta precisão e grande área.

Outro desafio é que a renderização é computacionalmente cara para NEDs vestíveis de alta resolução porque a matriz de imagem elementar (EIA), a entrada do sinal no display meta-II, deve ser calculada para cada ponto de vista e, portanto, precisa de GPUs para acelerar.

Felizmente, avanços recentes em nanofabricação e algoritmos II abrem a possibilidade de exibições práticas de meta-II. Espera-se que os monitores meta-II avancem os monitores VR/AR à medida que esses desafios forem superados. Eles podem revolucionar a forma como as pessoas interagem com essas tecnologias e, eventualmente, se tornarem o padrão para monitores de VR e AR.

Em um novo artigo publicado no eLight , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Jian-Wen Dong e Zong Qin da Universidade Sun Yat-sen criou uma nova arquitetura técnica 3D verdadeira chamada meta-II NED, alcançando primeiro a combinação de meta-óptica e displays II para a aplicação prática. do NED.

O NED meta-II combina um microdisplay comercial de alta densidade de pixels e um conjunto de metalens de grande área. A matriz metalens, com um tamanho mínimo de cerca de 100 nm e uma altura máxima de nanoestrutura de cerca de 500 nm, é feita de cola de nanoimpressão de alto índice de refração e fabricada usando tecnologia de nanoimpressão de grande área de alta precisão.

Em comparação com a litografia por feixe de elétrons, a tecnologia de nanoimpressão pode replicar rapidamente muitas amostras de matrizes de metalens, especialmente amostras de grandes áreas.

O processo de fabricação de nanoimpressão de grande área e baixo custo torna as matrizes de metalens viáveis ​​para produção em massa. Para corresponder a esta conveniente arquitetura meta-II NED, um novo método de renderização em tempo real foi desenvolvido para gerar rapidamente o EIA com uma taxa de quadros média de 67 FPS, explorando o mapeamento invariante de voxel-pixel.

A exibição True-3D foi verificada experimentalmente por meio de dicas de foco monocular e paralaxes de movimento. Um efeito transparente do módulo meta-II NED foi obtido através da fusão de imagens 3D com objetos circundantes, mostrando o potencial mais amplo do display meta-II para AR.

A equipe de pesquisa foi pioneira no desenvolvimento de NED 3D verdadeiro com uma combinação de metaóptica e monitores II. Observe que a flexibilidade de design dos arranjos metalens é promissora para os NEDs da próxima geração em relação a vários problemas de longa data nas arquiteturas II convencionais. Por exemplo, a profundidade de campo estendida é vital para que os NEDs 3D verdadeiros apresentem imagens do espaço da pessoa para o espaço da vista, enquanto o conjunto de microlentes induz uma profundidade de campo muito limitada.

Em contraste, uma matriz de metalens pode ser facilmente projetada como um elemento de multiplexação de polarização com distâncias focais variadas para permitir a extensão da profundidade de campo. Além disso, a arquitetura meta-II fornece uma solução promissora para aumentar o FOV para estudos adicionais:perfis de fase de forma livre que compensam com precisão a aberração dependente do campo de arranjos de microlentes convencionais podem ser registrados em um arranjo fino de metalens.

Mais importante ainda, tanto as arquiteturas meta-II com profundidade de campo estendida quanto com FOV expandido não sofrem nenhum custo em complexidade computacional e volume do sistema em comparação com o meta-II proposto acima. Em geral, os arrays metalens estão possibilitando exibições de visão próxima 3D reais de próxima geração.

Mais informações: Zhi-Bin Fan et al, exibição 3D de imagem próxima ao olho integral usando uma matriz de metalens de nanoimpressão, eLight (2024). DOI:10.1186/s43593-023-00055-1
Informações do diário: eLight

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências