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拟转化成果 | 视网膜投影:全景聚焦的增强现实近眼显示技术
来源:中国光学《液晶与显示》(ESCI、Scopus收录,中文核心期刊)2022 年第 5 期 | 作者:4SHQ | 发布时间: 147天前 | 507 次浏览 | 分享到:

近眼显示器(Near eye display, NED)或头戴显示器(Head mounted display, HMD)作为实现虚拟现实(Virtual reality,VR)和增强现实(Augmented Reality,AR)并提供沉浸式和交互式体验的基本设备,可将数字世界与物理世界无缝融合,有望成为下一代增强现实显示终端。目前,NED 面临的一个关键问题是辐辏-聚焦冲突,用户长时间观看会导致眼睛疲劳和不适。视网膜投影显示(Retinal Projection Displays,RPD)技术具有全景聚焦(always in focus)的图像特征,自然化解了辐辏-聚焦冲突,成为近眼显示领域的研究热点之一。


与传统直视式显示相比,RPD 将图像源直接成像到人眼瞳孔中的独特原理造就了诸多优势。第一,RPD 将近乎所有的光都汇聚到人眼中,因此系统光效很高,特别适合于户外使用。第二,通过增加目镜的数值孔径可以直接获得大视场的近眼显示。第三,RPD 的全景聚焦特征自然化解了近眼显示存在的辐辏-聚焦冲突,可以实现无视疲劳的 AR 近眼显示。在某些 AR 应用如车辆辅助驾驶上,驾驶员双眼对焦在车外不同距离处时均可看清虚拟图像,避免了在车外路况与虚拟图像之间来回对焦引发的风险,增加了驾驶安全性。


近日,合肥工业大学 王梓 副研究员和 吕国强 教授团队在《液晶与显示》(ESCI、Scopus 收录,中文核心期刊)2022 年第 5 期发表了题为“视网膜投影显示技术研究进展”综述文章。


本文回顾了 RPD 技术的发展,阐述了 RPD 的基本工作原理,综述了 RPD 及其出瞳拓展方面的最新进展,并对其未来的前景进行了展望。


  1. 视网膜投影显示(RPD)技术及其原理  

RPD 这一概念最早出现在 1860 年物理学家麦克斯韦所做的一个实验中。他将光源通过透镜直接成像在瞳孔中,由此观察到透镜被光线均匀地照明。这种将光源成像在瞳孔中的方法被称为麦克斯韦观察法(Maxwellian viewing)。在该技术基础上,Kollin 等人加入图像源,开发了第一款 RPD 显示器原型。随后,RPD 技术受到研究者的广泛关注。

图1:(a)基于 SLM 的视网膜投影显示;(b)基于 LBS 的视网膜投影显示。

图源:液晶与显示, 2022, 37(5): 640. Fig.1