La pantalla de imágenes integrales (II) es una de las pantallas cercanas al ojo (NED) más prometedoras debido a su volumen compacto, paralaje completo, cómoda pantalla a todo color y, lo que es más importante, verdadera percepción de profundidad en 3D y más realista al eliminar la Conflicto de vergencia-acomodación (VAC). Sin embargo, las pantallas II basadas en la arquitectura óptica convencional, como los conjuntos de microlentes, tienen limitaciones en resolución, campo de visión, profundidad de campo, etc.
Como las micropantallas tienen densidades de píxeles cada vez mayores, la arquitectura óptica convencional es inadecuada en la manipulación de la luz a nivel de píxeles. La metaóptica tiene el potencial de superar estos cuellos de botella con su flexibilidad sin precedentes en la manipulación de la luz a nivel de píxeles mediante un dispositivo monolítico. Se espera que la pantalla Meta-II sea un gran paso hacia la realidad virtual (VR) y la realidad aumentada (AR) de próxima generación al crear experiencias más inmersivas.
Sin embargo, se deben superar algunos desafíos antes de que la pantalla meta-II pueda generalizarse en el campo de NED.
Un desafío es que la matriz de metalens, el componente crítico de una pantalla meta-II, es demasiado pequeña para igualar las micropantallas comerciales de alta resolución y su duración debido al subdesarrollo de la tecnología de nanofabricación de mayor precisión en áreas grandes.
Otro desafío es que la renderización es costosa desde el punto de vista computacional para los NED portátiles de alta resolución porque la matriz de imágenes elementales (EIA), la señal de entrada en la pantalla meta-II, debe calcularse para cada punto de vista y, por lo tanto, necesita GPU para acelerar.
Afortunadamente, los avances recientes en nanofabricación y algoritmos II abren la posibilidad de pantallas meta-II prácticas. Se espera que las pantallas meta-II avancen en las pantallas VR/AR a medida que se superen estos desafíos. Pueden revolucionar la forma en que las personas interactúan con estas tecnologías y eventualmente convertirse en el estándar para las pantallas de realidad virtual y realidad aumentada.
En un nuevo artículo publicado en eLight , un equipo de científicos dirigido por el profesor Jian-Wen Dong y Zong Qin de la Universidad Sun Yat-sen creó una novedosa arquitectura técnica en 3D real llamada meta-II NED, logrando primero la combinación de metaóptica y pantallas II para su aplicación práctica. de NED.
El meta-II NED combina una micropantalla comercial de alta densidad de píxeles y una matriz metálica de gran superficie. La matriz de metalens, con un tamaño mínimo de alrededor de 100 nm y una altura máxima de nanoestructura de alrededor de 500 nm, está hecha de pegamento de nanoimpresión de alto índice de refracción y fabricado utilizando tecnología de nanoimpresión de área grande y alta precisión.
En comparación con la litografía por haz de electrones, la tecnología de nanoimpresión puede replicar rápidamente muchas muestras de conjuntos de metales, especialmente muestras de áreas grandes.
El proceso de fabricación de nanoimpresión de área grande y de bajo costo hace que las matrices de metales sean factibles para la producción en masa. Para igualar esta conveniente arquitectura NED meta-II, se desarrolló un nuevo método de renderizado en tiempo real para generar rápidamente el EIA con una velocidad de fotogramas promedio de 67 FPS explotando el mapeo invariante de vóxel-píxel.
La visualización en 3D verdadero se verificó experimentalmente mediante señales de enfoque monocular y paralajes de movimiento. Se logró un efecto transparente del módulo NED meta-II al fusionar imágenes 3D con los objetos circundantes, lo que muestra el potencial más amplio de la pantalla meta-II para AR.
El equipo de investigación ha sido pionero en el desarrollo de NED 3D real con una combinación de metaóptica y pantallas II. Tenga en cuenta que la flexibilidad del diseño de las matrices de metales es prometedora para los NED de próxima generación con respecto a varios problemas de larga data en las arquitecturas II convencionales. Por ejemplo, una profundidad de campo ampliada es vital para que los NED 3D reales presenten imágenes desde el espacio de la persona al espacio de la vista, mientras que el conjunto de microlentes induce una profundidad de campo muy limitada.
Por el contrario, una matriz de lentes metálicas se puede diseñar fácilmente como un elemento multiplexor de polarización con diferentes longitudes focales para permitir la extensión de la profundidad de campo. Además, la arquitectura meta-II proporciona una solución prometedora para aumentar el campo de visión para estudios posteriores:los perfiles de fase de forma libre que compensan con precisión la aberración dependiente del campo de los conjuntos de microlentes convencionales se pueden registrar en un conjunto de lentes metálicos delgados.
Más importante aún, tanto las arquitecturas meta-II de profundidad de campo extendida como las de FOV expandido no tienen costo alguno en complejidad computacional y volumen del sistema en comparación con el meta-II propuesto anteriormente. En general, los conjuntos de lentes metálicas están permitiendo visualizaciones cercanas al ojo en 3D verdadero de próxima generación.
Más información: Zhi-Bin Fan et al, Visualización 3D integral de imágenes cercanas al ojo utilizando una matriz metálica de nanoimpresión, eLight (2024). DOI:10.1186/s43593-023-00055-1
Información de la revista: eLight
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
