Metalens阵列可实现下一代真3D近眼显示器

积分成像(II)显示器因其紧凑的体积、全视差、方便的全彩显示而成为最有前途的近眼显示器(NED)之一，更重要的是，由于消除了真实的3D和更真实的深度感知，聚散调节冲突(VAC)。然而，基于传统光学架构(例如微透镜阵列)的II显示器在分辨率、视场、景深等方面受到限制。

随着微显示器的像素密度越来越高，传统的光学架构在像素级光操控方面已经不够。元光学凭借其在单片设备像素级光操控方面前所未有的灵活性，有可能突破这些瓶颈。通过创造更加身临其境的体验，Meta-II显示有望成为下一代虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的一大进步。

然而，在meta-II显示器成为NED领域的主流之前，还必须克服一些挑战。

其中一个挑战是，由于大面积更高精度纳米制造技术的不发达，作为meta-II显示器的关键组件的超透镜阵列太小，无法与商用高分辨率微型显示器及其光学扩展量相匹配。

另一个挑战是，对于高分辨率可穿戴NED来说，渲染的计算成本很高，因为必须针对每个视点计算元素图像阵列(EIA)(输入到Meta-II显示器的信号)，因此需要GPU来加速。

幸运的是，纳米加工和II算法的最新进展开启了实用的meta-II显示器的可能性。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》发表的一篇新论文中，中山大学董建文教授和秦授领导的科学家团队创造了一种名为meta-IINED的新型真3D技术架构，首次实现了元光学的结合II展示了NED的实际应用。

(a)通过聚焦数字“3”和棋子“Rook”拍摄的图像，右侧红框中放大了细节。(b)通过聚焦字母“D”和棋子“Pawn”捕获的图像。图片来源：范志斌、程云帆、陈泽明、刘夏、卢文龙、李世豪、蒋绍基、秦宗、董建文

meta-IINED结合了商用高像素密度微显示器和大面积超透镜阵列。该超透镜阵列的最小特征尺寸约为100nm，最大纳米结构高度约为500nm，由高折射率纳米压印胶制成，并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得超透镜阵列可以大规模生产。为了匹配这种方便的meta-IINED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来快速生成平均帧率为67FPS的EIA。

真3D显示通过单眼焦点线索和运动视差进行了实验验证。meta-IINED模块的透视效果是通过将3D图像与周围物体融合来实现的，展示了meta-II显示器在AR方面的更广泛潜力。

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