Плоская оптика с наноструктурами открывает дисплеям светового поля дорогу к широкому применению

Китайские учёные продемонстрировали прототип системы трёхмерного отображения светового поля без очков со значительно увеличенным расстоянием просмотра благодаря свежеразработанной плоской линзе. Система позиционируется как важный шаг на пути к компактным и реалистичным 3D-дисплеям, которые можно будет использовать для телевизоров, портативной электроники и настольных устройств.

Дисплеи светового поля используют поле лучей света для создания полноцветных 3D-видео, которые можно смотреть с разных углов без очков. Такой подход позволяет гораздо естественнее воспринимать 3D-контент — одновременно и даже перемещаясь.

Большинство 3D-дисплеев светового поля, пишет руководитель исследовательской группы Вэнь Цяо (Wen Qiao) из Университета Сучжоу, имеют ограниченный диапазон комфортного просмотра изображения по удалённости от дисплея: изображение ухудшается по мере того, как наблюдатель удаляется от устройства. Разработанная его группой наноструктурированная плоская линза имеет толщину всего 100 микрон и очень большую глубину резкости, что позволяет «видеть высококачественную виртуальную 3D-сцену с большого расстояния».

Исследователи сообщают, что их прототип дисплея демонстрирует высокую эффективность и точность цветопередачи на расстоянии просмотра от 24 до 90 сантиметров. Одной из целей работы являлось создание такой технологии, которая позволит людям почувствовать, что они действительно находятся вместе во время видеоконференций. «С дальнейшим развитием нанотехнологий, — говорит Цяо — мы предполагаем, что 3D-дисплеи без очков станут нормальной частью повседневной жизни и изменят то, как люди взаимодействуют с компьютерами».

Дисплеи светового поля создают изображения с помощью специальных линз. Их фокусное расстояние является ограничивающим фактором, когда речь идёт о дальности комфортного просмотра.

Авторы проекта разработали новую дифракционную плоскую линзу, нанеся наноструктуры на плоскую поверхность для фокусировки света. Сочетание нескольких линз позволило создать оптический пиксельный модулятор, который создаёт изображение с различными перспективами. Например, 3D-дисплей может использовать четыре таких линзы, каждая из которых будет собирать свет для своей перспективы.

Поскольку плоские линзы обеспечивают превосходную способность управлять светом по сравнению с традиционными стеклянными линзами, их можно использовать для решения серьёзных проблем, таких как ограниченный параллакс движения, перекрёстные помехи, визуальное утомление и ограниченное расстояние просмотра на 3D-дисплеях, — пишет Цяо.

Доказав, что линза достигает высокого разрешения при фокусировке красного, зелёного и синего света от ЖК-дисплеев, исследователи включили их в четырёхдюймовый прототип дисплея светового поля с расстояниями просмотра от 24 до 90 сантиметров.

Дисплей формировал плавный горизонтальный параллакс с перекрёстными помехами ниже 26% на всех расстояниях просмотра. Это означает небольшой объём искажений, которые могли бы вызвать излишнее напряжение глаз или сделать изображение нереалистичным. Дисплей также продемонстрировал светоотдачу, которая достигла 82%. Высокая светоотдача важна для создания яркого изображения, особенно для сфер применения, в которых имеет значение энергопотребление, таких как портативная электроника.

Угол обзора прототипа составлял всего девять градусов, но исследователи говорят, что его можно увеличить почти до 180 градусов за счёт оптимизации конструкции наноструктур. Они также планируют повышение светоотдачи путём разработки более сложного алгоритма манипулирования световым лучом в каждом пикселе. Учёные отмечают, что для того, чтобы этот тип дисплея пошёл в массовое производство, потребуются более простые способы изготовления наноструктур.

С подробностями разработки вы можете ознакомиться в оригинальной научной статье.

Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!

Далее: Затемнение, вес, связь, Android: инженер раскрыл секреты Magic Leap 2