中山大学研发超薄纳米压印金属透镜阵列的AR显示器技术助力XR导航网资讯

论文1一个月前更新 firefly
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(XR导航网资讯)中山大学的研究人员开发了一种利用超薄纳米压印金属透镜阵列创建透视增强现实显示器的原型。其中,所述显示系统能够提供全彩、视频速率和低成本的3D可视化,解决了以前AR系统的主要局限性。

中山大学研发超薄纳米压印金属透镜阵列的AR显示器技术助力XR导航网资讯

积分成像显示器是一种利用透镜/针孔阵列捕获和再现光场的光场显示器。所述技术通过一大阵列的小透镜重建整个图像,类似于苍蝇的眼睛机制。得到的图像封装了原始3D对象的全光场信息,类似于全息术。但与全息术不同,这种解决方案不局限于相干光源。积分成像显示器固有地提供了全视差和准连续视点等特性,可提供一种能够避免视觉疲劳的真3D显示器。

然而,由于技术限制,积分成像显示器在21世纪之前进展缓慢,但随着算法的增强、制造能力的提高和高速数码摄像头,行业开始迅速发展,尤其是在过去十年中。对于下一代3D的显示技术,平面超光学原件十分富有前景,超薄的超透镜是传统大体积透镜的理想替代品。

超透镜在亚波长尺度上表现出前所未有的操纵光的能力,包括对介电或等离子体超透镜透射或反射光的振幅、相位、偏振和色散的精确控制。最近,超透镜在积分成像显示方面显示出巨大的潜力,解决了传统微透镜阵列遇到的临界色差问题。

然而,制造大尺寸超透镜阵列及其与用于积分成像显示器的商用微型显示器的集成依然是一项具有挑战性的任务。另外,用于编码3D对象和创建元素图像阵列的计算算法依然太慢,无法实现用于实际视频速率积分成像显示器的3D对象的实时渲染。

所以在一项研究中,中山大学团队介绍了一种用于3D近眼积分成像显示器的大尺寸纳米压印金属透镜阵列。系统结合了大尺寸超透镜阵列、商用微型显示器和实时渲染算法,能够产生具有运动视差和焦点提示的高质量3D图像。

研究人员采用纳米压印制造技术和折射率为1.9的粘合材料制造了一个大尺寸(1.84 mm乘1.84 mm)超透镜阵列,并通过3D打印支架将4乘4的高质量超透镜阵列与商用微型显示器集成。为了实现视频速率积分成像显示,他们同时引入了一种利用了积分成像显示中体素和像素之间的静态映射的全新渲染方法。其中,这种渲染方法可以绕过传统的几何投影,通过查找表实现实时性能。

当然,团队指出,尽管用于高通量超表面制造和实时渲染算法的纳米压印光刻可以推动未来VR和AR应用的积分成像显示器的发展,但这一领域依然在一定的挑战。例如,高分辨率图像采集是一个巨大的障碍,需要超小像素尺寸到亚微米级的微型显示传感器。然而,制造这种小型传感器带来了相当大的挑战。在这种情况下,具有高刷新率的时间复用光场可以提供可行的解决方案。

其次,可用的纳米压印粘合剂的折射率依然很低,需要高纵横比的纳米柱来构建金属层,从而产生可能降低高空间频率的衍射效率的遮蔽效应。第三,真正交互式3D显示器的开发需要使用动态超表面以实现快速可调谐性和低功耗。


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