Il display Integral Imaging (II) è uno dei display Near Eye (NED) più promettenti grazie al suo volume compatto, alla parallasse completa, al comodo display a colori e, cosa più importante, al vero 3D e alla percezione della profondità più realistica che elimina l'effetto conflitto vergenza-accomodamento (VAC). Tuttavia, i display II basati sull'architettura ottica convenzionale, come gli array di microlenti, sono limitati in termini di risoluzione, campo visivo, profondità di campo, ecc.
Poiché i microdisplay hanno densità di pixel sempre più elevate, l’architettura ottica convenzionale è inadeguata nella manipolazione della luce a livello di pixel. La meta-ottica ha il potenziale per superare questi colli di bottiglia con la sua flessibilità senza precedenti nella manipolazione della luce a livello di pixel da parte di un dispositivo monolitico. Si prevede che il display Meta-II rappresenterà un grande passo avanti verso la realtà virtuale (VR) e la realtà aumentata (AR) di prossima generazione creando esperienze più coinvolgenti.
Tuttavia, è necessario superare alcune sfide prima che la visualizzazione Meta-II possa diventare mainstream nel campo del NED.
Una sfida è che l'array di metalli, il componente critico di un display Meta-II, è troppo piccolo per eguagliare i micro-display commerciali ad alta risoluzione e i loro accessori, a causa del sottosviluppo della tecnologia di nanofabbricazione ad alta precisione su vasta area.
Un'altra sfida è che il rendering è computazionalmente costoso per i NED indossabili ad alta risoluzione perché l'Elemental Image Array (EIA), il segnale in ingresso nel display Meta-II, deve essere calcolato per ogni punto di vista e quindi necessita di GPU per accelerare.
Fortunatamente, i recenti progressi nella nanofabbricazione e negli algoritmi II aprono la possibilità di visualizzazioni pratiche di meta-II. Si prevede che i display meta-II miglioreranno i display VR/AR man mano che queste sfide verranno superate. Possono rivoluzionare il modo in cui le persone interagiscono con queste tecnologie e alla fine diventare lo standard per i display VR e AR.
In un nuovo articolo pubblicato su eLight , un team di scienziati guidato dal professor Jian-Wen Dong e Zong Qin dell'Università Sun Yat-sen ha creato una nuova architettura tecnica in vero 3D chiamata meta-II NED, ottenendo prima la combinazione di meta-ottica e display II per l'applicazione pratica della NED.
Il meta-II NED combina un micro-display commerciale ad alta densità di pixel e un array di metalli di ampia area. L'array metalens, con una dimensione minima di circa 100 nm e un'altezza massima della nanostruttura di circa 500 nm, è costituito da colla per nanoimprint ad alto indice di rifrazione e fabbricato utilizzando la tecnologia di nanoimprint su larga area ad alta precisione.
Rispetto alla litografia a fascio di elettroni, la tecnologia delle nanoimpronte può replicare rapidamente molti campioni di matrici metalliche, in particolare campioni di grandi dimensioni.
Il processo di fabbricazione di nanoimpronte su vasta area e a basso costo rende gli array metallici fattibili per la produzione di massa. Per abbinare questa comoda architettura NED meta-II, è stato sviluppato un nuovo metodo di rendering in tempo reale per generare rapidamente l'EIA con un frame rate medio di 67 FPS sfruttando la mappatura voxel-pixel invariante.
La visualizzazione in 3D reale è stata verificata sperimentalmente attraverso segnali di messa a fuoco monoculare e parallassi di movimento. Un effetto trasparente del modulo NED meta-II è stato realizzato unendo immagini 3D con oggetti circostanti, mostrando il potenziale più ampio del display meta-II per l'AR.
Il gruppo di ricerca ha aperto la strada allo sviluppo del vero NED 3D con una combinazione di meta-ottica e display II. Si noti che la flessibilità di progettazione degli array di metalli è promettente per i NED di prossima generazione per quanto riguarda diversi problemi di vecchia data nelle architetture II convenzionali. Ad esempio, una profondità di campo estesa è vitale affinché i NED 3D reali possano presentare immagini dallo spazio della persona allo spazio della vista, mentre la serie di microlenti induce una profondità di campo molto limitata.
Al contrario, un array di metalli può essere facilmente progettato come un elemento di multiplexing di polarizzazione con lunghezze focali variabili per consentire l'estensione della profondità di campo. Inoltre, l'architettura meta-II fornisce una soluzione promettente per aumentare il FOV per ulteriori studi:profili di fase a forma libera che compensano con precisione l'aberrazione dipendente dal campo degli array di microlenti convenzionali possono essere registrati in un sottile array di metalens.
Ancora più importante, sia le architetture meta-II con profondità di campo estesa che con FOV espanso non presentano alcun costo in termini di complessità computazionale e volume del sistema rispetto alla meta-II proposta sopra. In generale, gli array di metalli consentono la visualizzazione 3D vicina all'occhio di prossima generazione.
Ulteriori informazioni: Zhi-Bin Fan et al, Visualizzazione 3D con imaging integrale vicino all'occhio utilizzando un array di metalli con nanoimpronta, eLight (2024). DOI:10.1186/s43593-023-00055-1
Informazioni sul giornale: eLight
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
