Metalens-array for at muliggøre næste generations ægte 3D-nære-øje-skærme
Integral imaging (II)-skærm er en af de mest lovende near-eye-skærme (NED'er) på grund af dens kompakte volumen, fulde parallakse, praktiske fuldfarveskærm og, endnu vigtigere, ægte 3D og mere realistisk dybdeopfattelse fra at eliminere Vergens-indkvarteringskonflikt (VAC). Imidlertid er II-skærme baseret på den konventionelle optiske arkitektur, såsom mikrolinse-arrays, begrænset i opløsning, synsfelt, dybdeskarphed osv.
Da mikroskærme har stadigt højere pixeltætheder, er konventionel optisk arkitektur utilstrækkelig til lysmanipulation på pixelniveau. Meta-optik har potentialet til at bryde igennem disse flaskehalse med sin hidtil usete fleksibilitet i pixel-niveau lysmanipulation af en monolitisk enhed. Meta-II-skærm forventes at være et stort skridt mod næste generation af virtual reality (VR) og augmented reality (AR) ved at skabe mere fordybende oplevelser.
Nogle udfordringer skal dog overvindes, før meta-II-skærmen kan blive mainstream inden for NED.
En udfordring er, at metalens-arrayet, den kritiske komponent i en meta-II-skærm, er for lille til at matche kommercielle højopløsnings-mikroskærme og deres ende på grund af underudviklingen af nanofremstillingsteknologi med større område og højere præcision.
En anden udfordring er, at gengivelsen er beregningsmæssigt dyr for bærbare NED'er med høj opløsning, fordi elemental image array (EIA), signalinputtet til meta-II-skærmen, skal beregnes for hvert synspunkt og derfor skal GPU'er accelerere.
Heldigvis åbner de seneste fremskridt inden for nanofabrikation og II-algoritmer muligheden for praktiske meta-II-skærme. Meta-II-skærmene forventes at fremme VR/AR-skærme, efterhånden som disse udfordringer overvindes. De kan revolutionere, hvordan folk interagerer med disse teknologier og i sidste ende blive standarden for VR- og AR-skærme.
I et nyt papir udgivet i eLight , skabte et team af forskere ledet af professor Jian-Wen Dong og Zong Qin fra Sun Yat-sen University en ny ægte 3D teknisk arkitektur kaldet meta-II NED, der først opnåede kombinationen af meta-optik og II-skærme til den praktiske anvendelse af NED.
Meta-II NED kombinerer en kommerciel mikroskærm med høj pixeltæthed og en metalen-array med stort område. Metalens-arrayet, med en minimumsstørrelse på omkring 100 nm og en maksimal nanostrukturhøjde på omkring 500 nm, er lavet af nanoimprint-lim med højt brydningsindeks og fremstillet ved hjælp af højpræcisions-nanoimprintteknologi med stort område.
Sammenlignet med elektronstrålelitografi kan nanoimprint-teknologi hurtigt replikere mange metalen-array-prøver, især prøver med stort område.
Den billige, store nanoimprint-fremstillingsproces gør metalens-arrays mulige til masseproduktion. For at matche denne bekvemme meta-II NED-arkitektur blev der udviklet en ny realtidsgengivelsesmetode til hurtigt at generere EIA med en gennemsnitlig billedhastighed på 67 FPS ved at udnytte den invariante voxel-pixel-mapping.
True-3D-visning blev verificeret eksperimentelt gennem monokulære fokussignaler og bevægelsesparallakser. En gennemsigtig effekt af meta-II NED-modulet blev realiseret ved at flette 3D-billeder med omgivende objekter, hvilket viser det bredere potentiale af meta-II-skærmen til AR.
Forskerholdet har været banebrydende i udviklingen af ægte 3D NED med en kombination af meta-optik og II-skærme. Bemærk, at designfleksibiliteten af metalens-arrays er lovende for næste generations NED'er med hensyn til adskillige langvarige problemer i konventionelle II-arkitekturer. For eksempel er udvidet dybdeskarphed afgørende for ægte 3D NED'er til at præsentere billeder fra personrummet til vistarummet, hvorimod mikrolinsearrayet inducerer en meget begrænset dybdeskarphed.
I modsætning hertil kan et metalens-array let designes som et polarisationsmultiplekseringselement med varierende brændvidder for at tillade dybdeskarphedsudvidelse. Derudover giver meta-II-arkitekturen en lovende løsning til at øge FOV til yderligere undersøgelse:friformsfaseprofiler, der præcist kompenserer for den feltafhængige aberration af konventionelle mikrolinse-arrays, kan optages i et slankt metalens-array.
Endnu vigtigere lider både udvidet dybdeskarphed og FOV-udvidede meta-II-arkitekturer uden omkostninger i beregningskompleksitet og systemvolumen sammenlignet med meta-II foreslået ovenfor. Generelt muliggør metalens-arrays næste generations ægte 3D-nære-øje-skærme.
Flere oplysninger: Zhi-Bin Fan et al., Integral imaging near-eye 3D-display ved hjælp af en nanoimprint metalens-array, eLight (2024). DOI:10.1186/s43593-023-00055-1
Journaloplysninger: eLight
Leveret af Chinese Academy of Sciences
Varme artikler
-
At bide på aluminiumsfolie kan være smertefuldt. Hvorfor?Bidende aluminiumsfolie kan være en smertefuld oplevelse. Getty Images At bide på aluminiumsfolie kan være smertefuldt og bliver normalt bemærket, hvis du har metal i munden fra tandlægearbejde (f.ek -
Et skridt fremad i løsningen af reaktor-neutrino-flux-problemetØverste panel:Sammenligning af den beregnede (røde linje) og målte (sorte prikker) spektrale former for henfald af Xe-137. Nederste panel:sorte prikker angiver afvigelsen af de beregnede punkter fra -
Langsomt lys for at fremskynde udviklingen af LiDAR -sensorerEn lille silicon fotonik chip, der kan bruges til ikke-mekanisk strålestyring og scanning. Kredit:Yokohama National University Hurtigere er ikke altid bedre, især når det kommer til en 3D-sensor i -
Ny teknik afspejler mere præcist damme på arktisk havisEn ny undersøgelse foreslår en metode til kortlægning af smeltedamme i havis, som har større konsekvenser for klimaforandringsmodeller. Kredit:Hilsen af Healy – Oden Trans-Arctic Expedition (2005)
- Forskere skaber spilleregenskabsmodel, der giver mulighed for personlige spil
- Nyt for tre typer ekstrem-energi rumpartikler:Teori viser ensartet oprindelse
- I DR Congo, hjemmelavede digitale iværksættere trodser odds
- Abell 2384:Bøjning af broen mellem to galaksehobe
- Katalyserende kuldioxid:Systemet kan omdanne CO2 til CO til brug i industrien
- Fasning af kvanteudglødninger til eksperimenter fra ikke-ligevægtsfysik