L'écran d'imagerie intégrale (II) est l'un des écrans à proximité de l'œil (NED) les plus prometteurs en raison de son volume compact, de sa parallaxe complète, de son affichage couleur pratique et, plus important encore, de sa perception de la profondeur en 3D vraie et plus réaliste éliminant le Conflit vergence-accommodation (VAC). Cependant, les écrans II basés sur l'architecture optique conventionnelle, tels que les réseaux de microlentilles, sont limités en termes de résolution, de champ de vision, de profondeur de champ, etc.

Comme les micro-écrans ont des densités de pixels de plus en plus élevées, l’architecture optique conventionnelle est inadéquate pour la manipulation de la lumière au niveau des pixels. La méta-optique a le potentiel de surmonter ces goulots d'étranglement grâce à sa flexibilité sans précédent dans la manipulation de la lumière au niveau des pixels par un dispositif monolithique. L'affichage Meta-II devrait constituer un grand pas vers la réalité virtuelle (VR) et la réalité augmentée (RA) de nouvelle génération en créant des expériences plus immersives.

Cependant, certains défis doivent être surmontés avant que l'affichage méta-II puisse devenir courant dans le domaine de la NED.

L'un des défis est que le réseau de métaux, composant essentiel d'un écran méta-II, est trop petit pour correspondre aux micro-écrans commerciaux à haute résolution et à leur étendue en raison du sous-développement de la technologie de nanofabrication de plus haute précision sur de grandes surfaces.

Un autre défi est que le rendu est coûteux en termes de calcul pour les NED portables haute résolution, car le réseau d'images élémentaires (EIA), le signal entré dans l'écran méta-II, doit être calculé pour chaque point de vue et nécessite donc des GPU pour accélérer.

Heureusement, les progrès récents en matière de nanofabrication et d’algorithmes II ouvrent la possibilité d’affichages méta-II pratiques. Les écrans méta-II devraient faire progresser les écrans VR/AR à mesure que ces défis seront surmontés. Ils peuvent révolutionner la façon dont les gens interagissent avec ces technologies et devenir à terme la norme pour les écrans VR et AR.

Dans un nouvel article publié dans eLight , une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Jian-Wen Dong et Zong Qin de l'Université Sun Yat-sen a créé une nouvelle architecture technique en véritable 3D appelée méta-II NED, réalisant pour la première fois la combinaison de la méta-optique et des écrans II pour une application pratique. de NED.

Le méta-II NED combine un micro-écran commercial à haute densité de pixels et un réseau de métaux de grande surface. Le réseau de métaux, avec une taille minimale d'environ 100 nm et une hauteur maximale de nanostructure d'environ 500 nm, est constitué de colle de nano-impression à indice de réfraction élevé et fabriqué à l'aide d'une technologie de nano-impression de grande surface de haute précision.

Comparée à la lithographie par faisceau d'électrons, la technologie de nano-impression peut rapidement reproduire de nombreux échantillons de matrices de métaux, en particulier les échantillons de grande surface.

Le processus de fabrication de nano-empreintes à faible coût et sur de grandes surfaces rend les matrices métalliques réalisables pour la production de masse. Pour correspondre à cette architecture NED méta-II pratique, une nouvelle méthode de rendu en temps réel a été développée pour générer rapidement l'EIA avec une fréquence d'images moyenne de 67 FPS en exploitant le mappage invariant voxel-pixel.

L'affichage True-3D a été vérifié expérimentalement grâce à des indices de mise au point monoculaire et des parallaxes de mouvement. Un effet transparent du module méta-II NED a été réalisé en fusionnant des images 3D avec les objets environnants, montrant le potentiel plus large de l'affichage méta-II pour la RA.

L'équipe de recherche a été pionnière dans le développement de NED en 3D véritable avec une combinaison de méta-optique et d'écrans II. Notez que la flexibilité de conception des matrices metalens est prometteuse pour les NED de nouvelle génération concernant plusieurs problèmes de longue date dans les architectures II conventionnelles. Par exemple, une profondeur de champ étendue est vitale pour les NED en 3D véritable afin de présenter des images de l'espace personne à l'espace vue, alors que le réseau de microlentilles induit une profondeur de champ très limitée.

En revanche, un réseau de lentilles métalliques peut être facilement conçu comme un élément de multiplexage de polarisation avec des distances focales variables pour permettre une extension de la profondeur de champ. De plus, l'architecture méta-II fournit une solution prometteuse pour augmenter le champ de vision en vue d'études plus approfondies :des profils de phase de forme libre qui compensent précisément l'aberration dépendante du champ des réseaux de microlentilles conventionnels peuvent être enregistrés dans un réseau de lentilles métalliques minces.

Plus important encore, les architectures méta-II à profondeur de champ étendue et à FOV étendu ne souffrent d'aucun coût en termes de complexité de calcul et de volume du système par rapport à la méta-II proposée ci-dessus. En général, les matrices Metalens permettent des affichages de nouvelle génération en 3D véritable à proximité de l'œil.

Plus d'informations : Zhi-Bin Fan et al, Affichage 3D d'imagerie intégrée à proximité de l'œil utilisant un réseau de nano-empreintes métalliques, eLight (2024). DOI :10.1186/s43593-023-00055-1

Informations sur le journal : eLight

Fourni par l'Académie chinoise des sciences