顯示原圖
翻譯為
復(fù)制譯文
下載圖片福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院平板顯示技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室郭太良和嚴(yán)群團隊陳恩果教授課題組在增強現(xiàn)實（AR）近眼顯示技術(shù)研究方面取得重要進展。團隊首次實現(xiàn)了基于傳像光纖與Micro-LED集成的視網(wǎng)膜投影顯示（μRPD）架構(gòu)，為近眼顯示器在特殊復(fù)雜條件下的實際應(yīng)用開辟了新途徑，相關(guān)成果以“Micro‐LED Retinal Projection for Augmented Reality Near‐Eye Displays”為題，以封面論文的形式發(fā)表在Laser & Photonics Reviews期刊。
研究背景
增強現(xiàn)實顯示技術(shù)發(fā)展迅猛，但其核心組件——近眼顯示模塊依然面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是“輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC）”限制了用戶體驗。視網(wǎng)膜投影顯示因直接將圖像投射至視網(wǎng)膜的獨特原理，被視為解決VAC問題的重要方向。但傳統(tǒng)視網(wǎng)膜投影顯示結(jié)構(gòu)受限于被動調(diào)制器件（如MEMS、LCOS），難以兼顧小型化、高畫質(zhì)與環(huán)境適應(yīng)性。
技術(shù)創(chuàng)新點
創(chuàng)新點一：突破結(jié)構(gòu)限制的μRPD光學(xué)架構(gòu)
該研究首次提出并實現(xiàn)了基于傳像光纖與Micro-LED集成的視網(wǎng)膜投影顯示（μRPD）架構(gòu)，利用像素級對位的傳像光纖精準(zhǔn)傳輸圖像，實現(xiàn)了光電模塊分離與結(jié)構(gòu)柔性化的設(shè)計。相比于傳統(tǒng)視網(wǎng)膜投影顯示架構(gòu)需強準(zhǔn)直光源且光學(xué)模塊空間位置固定的局限性，μRPD架構(gòu)通過調(diào)控成像光纖數(shù)值孔徑，可精確整形LED發(fā)散光束，實現(xiàn)了等效甚至優(yōu)于傳統(tǒng)光束整形器件的發(fā)光角控制，同時基于光纖自身可彎曲特性，使得整體設(shè)計具有更大自由度。該方法顯著提升了系統(tǒng)的成像質(zhì)量與自由度。
創(chuàng)新點二：搭建首個全彩μRPD平臺
彩色顯示是AR終端逼真交互體驗的核心追求，團隊進一步集成紅、綠、藍(lán)三原色Micro-LED及X-Cube棱鏡，搭建出首個全彩μRPD系統(tǒng)。結(jié)合成像光纖與耦合透鏡，實現(xiàn)了RGB圖像的精準(zhǔn)耦合與混合投影，在40~160cm的不同景深下保持圖像清晰，為沉浸式AR體驗奠定了關(guān)鍵顯示基礎(chǔ)。
圖2（c）全彩μRPD 架構(gòu)的示意圖；（d-f）40 cm~160 cm處全彩AR顯示效果創(chuàng)新點三：復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用能力首度驗證
除了架構(gòu)層面的突破與全彩顯示的實現(xiàn)，該研究還首次系統(tǒng)驗證了μRPD架構(gòu)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用能力，體現(xiàn)其巨大的實用潛力與拓展空間。
研究團隊利用μRPD架構(gòu)光電分離的獨特優(yōu)勢，設(shè)計了一套無需任何防水處理的水下AR顯示實驗平臺。得益于成像光纖的柔性結(jié)構(gòu)與抗干擾特性，光學(xué)部分可直接置于水中，而電子部分則封裝于安全環(huán)境中，通過光纖遠(yuǎn)程傳輸圖像。這一設(shè)計避免了傳統(tǒng)AR設(shè)備在水下需整體密封的復(fù)雜性與高成本，實現(xiàn)了水下的清晰投影。同時，進一步提出基于μRPD架構(gòu)的智能眼鏡概念模型：圖像源與供電芯片集中放置在眼鏡后端或外部模塊，通過成像光纖連接前端投影組件，實現(xiàn)輕量化、模塊化設(shè)計。未來甚至可以實現(xiàn)光纖組件的可插拔設(shè)計，實現(xiàn)AR/普通眼鏡的無縫切換。
圖3（a）μRPD架構(gòu)的水下驗證平臺；（b）全彩水下顯示效果；（c）μRPD架構(gòu)在各類特殊工作環(huán)境下的應(yīng)用前景；（d-e）基于μRPD架構(gòu)的智能眼鏡概念模型
總結(jié)與展望
該研究構(gòu)建的全彩μRPD架構(gòu)不僅突破了傳統(tǒng)視網(wǎng)膜投影技術(shù)在結(jié)構(gòu)剛性、色彩顯示和環(huán)境適應(yīng)性上的瓶頸，更為可穿戴AR設(shè)備提供了一種高靈活性、高集成度的新范式。隨著后續(xù)與超表面光學(xué)、微納結(jié)構(gòu)、AI圖像處理等技術(shù)的融合，μRPD有望成為新一代近眼顯示系統(tǒng)的核心支撐平臺，推動AR從消費電子向工業(yè)、醫(yī)療、科研等多場景應(yīng)用邁進。
此項工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、福建省科技重大專項、福建省杰出青年科學(xué)基金和閩都創(chuàng)新實驗室產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展項目的支持。福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院平板顯示技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室、福州大學(xué)先進制造學(xué)院金華健碩士研究生為本文第一作者，陳恩果教授為本文唯一通訊作者。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202402083
