近眼光场显示的几何光导创新_近眼光场显示器-优快云博客

近年来，增强现实（AR）技术的飞速发展对光学显示技术提出了更高的要求。然而，大多数近眼显示设备仍然面临**会聚-调节冲突（Vergence-Accommodation Conflict, VAC）**的问题，导致用户在长时间使用后容易产生视觉疲劳甚至头晕。为了解决这一问题，光场显示（Light Field Display）成为了一种颠覆性的解决方案。本文将介绍一项突破性的研究——基于几何光导的近眼光场显示技术，它不仅优化了视觉体验，还显著提升了光学系统的性能。

1. 传统近眼显示的挑

在AR设备中，光学显示单元的核心功能是引导虚拟图像的光线进入人眼，同时允许真实世界光线透过。然而，现有的光学设计方案存在诸多挑战：

固定焦平面
：传统AR显示通常只有一个固定的焦平面，导致虚拟内容与真实世界的视觉融合感较差，进而引发VAC问题。
光导设计的局限性
：许多轻薄化的光学设计依赖全内反射（Total Internal Reflection, TIR），但这会产生鬼影（Ghost Artifacts）和杂散光（Stray Light），影响图像质量。
眼盒（Eyebox）限制
：较小的眼盒意味着用户需要将眼睛精确对准光学系统，否则可能无法看到完整的虚拟影像。
视场角（Field of View, FOV）受限
：大多数光导的设计都限制了FOV，使得沉浸感较差。

2. 几何光导光场显示技术：创新方案

为了克服上述问题，该研究提出了一种**结合几何光导（Geometric Lightguide）与光场生成器（Light Field Generator, LFG）**的新型光学系统，如下图所示：

2.1 关键光学元件

光场生成器（LFG）
- 采用不同水平和垂直方向焦距的透镜系统，优化视场角。
- 提供30 cm 至无穷远的工作范围，实现连续焦平面显示。
几何光导
- 采用部分反射镜阵列，扩展出瞳（Exit Pupil Expansion, EPE），获得更大的眼盒（13mm × 6.5mm）。
- 避免全内反射
  ，减少鬼影和杂散光，提高图像质量。
- 厚度仅 5 mm，在保持光学性能的同时，实现紧凑轻薄化设计。
准直光学系统（Collimator）
- 使光场生成器的光线进入光导时保持准直，减少像差和模糊问题。
- 采用自由曲面透镜进行优化，提高光学系统的整体性能。