中大新聞網訊（通訊員柯麗）中山大學物理學院、光電材料與技術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，闡明并證實了在近眼顯示應用中超表面的優越性，實現了納米壓印超透鏡制備技術、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，消除了人眼輻輳調節沖突，為光學超表面在未來VR/AR領域的應用發展奠定了基礎。相關研究成果以“Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array”為題發表在國際著名期刊《光：快訊》（eLight）。
集成成像（Integral imaging, II）技術具有全彩色、全視差、準連續光場、無人眼輻輳調節沖突等特點，是最有前景的近眼3D顯示技術之一。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光學架構在像素級控光能力上面臨重大技術瓶頸，例如分辨率、視場角、景深等方面都受到限制。同時，現有3D片源渲染算法要求逐視點追跡，導致計算復雜度過高，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）等前期研究基礎上，結合超透鏡陣列與集成成像，首次提出了近眼3D顯示架構（Meta-II NED）。為了與高密度微顯示屏匹配，團隊研發了高精度納米壓印技術，實現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奠定了基礎。同時，團隊還提出了基于不變的體元-像素映射關系的快速渲染算法，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。該近眼顯示技術不僅實現了3D圖像與周圍物體的虛實融合，還實現了透視深度調節的效果，提供了更真實的虛擬現實體驗，展示出其在AR領域的廣泛應用潛力。
圖1 納米壓印超透鏡陣列的近眼3D顯示效果圖
中山大學為該成果的唯一署名單位。中山大學物理學院董建文教授和中山大學電子與信息工程學院秦宗副教授為共同通訊作者。物理學院范智斌和陳澤茗博士、電子與信息工程學院程云帆碩士為共同第一作者。研究成果一經發表（eLight主要聚焦新興光學交叉領域最具突破性的研究成果，2024年首個影響因子為27.2，在所有光學期刊中排名第二），就得到了Phys.org、科學網、EurekAlert、Newswise、中國光學、愛科學等國內外媒體的廣泛報道。
該工作得到了國家重點研發計劃揭榜掛帥項目、國家自然科學基金重點項目，廣東省卓越青年團隊（首批），中國博士后科學基金項目，以及物理學院、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
