中大新聞網(wǎng)訊（通訊員柯麗）中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國家重點實驗室董建文教授團隊報道了一種基于超透鏡陣列的近眼3D顯示模組。該模組首次采用全新架構(gòu)，闡明并證實了在近眼顯示應(yīng)用中超表面的優(yōu)越性，實現(xiàn)了納米壓印超透鏡制備技術(shù)、集成成像實時渲染快速算法，最終展示出具有單目聚焦深度線索的透視式AR和3D效果，消除了人眼輻輳調(diào)節(jié)沖突，為光學(xué)超表面在未來VR/AR領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array”為題發(fā)表在國際著名期刊《光：快訊》（eLight）。
集成成像（Integral imaging, II）技術(shù)具有全彩色、全視差、準(zhǔn)連續(xù)光場、無人眼輻輳調(diào)節(jié)沖突等特點，是最有前景的近眼3D顯示技術(shù)之一。隨著微顯示屏像素密度越來越高，控光元件要求具有更精細的控光能力。基于微透鏡陣列的傳統(tǒng)光學(xué)架構(gòu)在像素級控光能力上面臨重大技術(shù)瓶頸，例如分辨率、視場角、景深等方面都受到限制。同時，現(xiàn)有3D片源渲染算法要求逐視點追跡，導(dǎo)致計算復(fù)雜度過高，不適配實時需求。
研究團隊在厘米口徑超透鏡（國內(nèi)首片）、寬帶消色差超透鏡（全可見光）、光纖束超透鏡（全視場）等前期研究基礎(chǔ)上，結(jié)合超透鏡陣列與集成成像，首次提出了近眼3D顯示架構(gòu)（Meta-II NED）。為了與高密度微顯示屏匹配，團隊研發(fā)了高精度納米壓印技術(shù)，實現(xiàn)了大面積的高折膠超透鏡陣列，為低成本超透鏡陣列的量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。同時，團隊還提出了基于不變的體元-像素映射關(guān)系的快速渲染算法，能在不使用GPU的情況下達到67 FPS的渲染速度，較好地滿足了實時渲染需求。該近眼顯示技術(shù)不僅實現(xiàn)了3D圖像與周圍物體的虛實融合，還實現(xiàn)了透視深度調(diào)節(jié)的效果，提供了更真實的虛擬現(xiàn)實體驗，展示出其在AR領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。
圖1 納米壓印超透鏡陣列的近眼3D顯示效果圖
中山大學(xué)為該成果的唯一署名單位。中山大學(xué)物理學(xué)院董建文教授和中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院秦宗副教授為共同通訊作者。物理學(xué)院范智斌和陳澤茗博士、電子與信息工程學(xué)院程云帆碩士為共同第一作者。研究成果一經(jīng)發(fā)表（eLight主要聚焦新興光學(xué)交叉領(lǐng)域最具突破性的研究成果，2024年首個影響因子為27.2，在所有光學(xué)期刊中排名第二），就得到了Phys.org、科學(xué)網(wǎng)、EurekAlert、Newswise、中國光學(xué)、愛科學(xué)等國內(nèi)外媒體的廣泛報道。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃揭榜掛帥項目、國家自然科學(xué)基金重點項目，廣東省卓越青年團隊（首批），中國博士后科學(xué)基金項目，以及物理學(xué)院、光電國重室等的大力支持。
論文鏈接：https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-023-00055-1
