Учёные из Гуаньчжоу предложили перспективную архитектуру микродисплеев с метаоптикой

Дисплеи интегральной визуализации являются одними из самых многообещающих для установки в очках и похожих конструкциях у глаз благодаря компактности, полноцветности, параллаксу и, что более важно, реалистичной передаче удалённости и глубины объектов, которая исключает конфликт вергенции и аккомодации. Но если использовать традиционную оптическую архитектуру, например, на матрицах микролинз, есть большие ограничения по разрешению, полю зрения, глубине резкости и другим параметрам. Исследователи Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу, Китай, предложили возможность сохранить достоинства и убрать недостатки интегральной визуализации для микродисплеев.

Микродисплеи получают всё более высокую плотность пикселей, и традиционная оптическая архитектура не подходит для манипулирования светом на уровне пикселей. Метаоптика имеет потенциал преодоления этих узких мест благодаря беспрецедентной гибкости в попиксельном управлении светом в монолитном дисплее. Учёные назвали свою разработку meta-II (металинзы плюс интегральная визуализация — Integral Imaging, II) и уверяют, что она станет большим шагом на пути к виртуальной и дополненной реальности следующего поколения.

Конструкция meta-II сочетает коммерческий микродисплей с высокой плотностью пикселей и массив металинз с высоким показателем преломления, минимальным размером элемента около 100 нм и максимальной высотой наноструктуры около 500 нм. Его изготовили с использованием высокоточной технологии наноимпринтинга на большой площади. Она обещает преимущества в скорости и стоимости производства по сравнению с литографией.

Специально для meta-II учёные разработали новый метод рендеринга в реальном времени для быстрого создания массива элементарных изображений (elemental image array, EIA), входных данных в дисплей meta-II с графического процессора, со средней частотой 67 кадров в секунду за счёт использования инвариантного воксельно-пиксельного отображения.

Качество изображения проверили экспериментально с помощью сигналов монокулярной фокусировки и параллакса движения. Эффект прозрачности модуля meta-II достигнут за счёт объединения 3D-изображений с окружающими объектами, что показывает потенциал дисплея для дополненной реальности.

Однако у подхода есть недостатки, которые необходимо отработать перед коммерциализацией.

Одна из проблем заключается в том, что матрица металинз, важнейший компонент дисплея meta-II, слишком мала, чтобы соответствовать коммерческим микродисплеям высокого разрешения и их размеру из-за неразвитости технологии высокоточного наноимпринтирования на большой площади.

Другая проблема состоит в том, что рендеринг для таких дисплеев в очках требует высокого разрешения, то есть больших вычислительных затрат, поскольку EIA нужно рассчитывать для каждой точки обзора.

К счастью, последние достижения в области нанопроизводства и алгоритмов интегрального рендеринга открывают возможность появления таких дисплеев на массовом рынке.

Представленная технология делает доступным переменное фокусное расстояние — варифокальность — для решения проблемы конфликта вергенции и аккомодации, а также позволяет расширять поле зрения за счёт фазовых профилей произвольной формы, которые компенсируют зависимую от поля аберрацию обычных матриц микролинз и могут быть записаны в тонкой матрице.

Не менее важно, что другие варианты архитектуры meta-II с варифокальностью и расширенным полем зрения не дают драматического повышения вычислительных затрат.

С полным текстом отчёта вы можете ознакомиться в PDF.

Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальность — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК и Twitter! Поддержите проект на Boosty.

Далее: VividQ представила технологию голографического изображения для ВР-очков на основе ЖК-дисплея