A‑RPD: дисплей дополненной реальности, который формирует изображение прямо на сетчатке глаза

В традиционных near‑eye дисплеях изображение сначала формируется микродисплеем, а затем корректируется линзами или волноводами перед тем, как попасть в глаз.

В системе A‑RPD часть этой оптической работы переносится непосредственно на сам чип дисплея.

В основе устройства — активная матричная micro‑LED панель, где:

• каждый пиксель является источником света micro‑LED;
• массив управляется CMOS‑бэкплейном, контролирующим яркость и время работы;
• над каждым пикселем размещён микроскопический коллиматор.

Эти структуры формируют параллельный (коллимированный) луч света. Благодаря этому луч проходит через зрачок и попадает прямо на сетчатку без необходимости в дополнительных формирующих изображение линзах.

Этот принцип называется pixel‑to‑pixel collimation — каждый пиксель излучает свой направленный луч, который участвует в создании итогового изображения на сетчатке.

Почему система обходится без волноводов

Большинство современных AR‑гарнитур используют волноводы или сложные линзовые системы для вывода виртуального изображения перед глазами пользователя. Такие элементы увеличивают:

• размеры устройства
• вес
• требования к точной юстировке
• оптические потери

В A‑RPD оба этапа происходят прямо в дисплейном модуле:

1. Генерация изображения — micro‑LED формируют пиксельную картину.
2. Формирование лучей — встроенные коллиматоры направляют свет.

Поскольку свет уже выходит из дисплея в нужной форме, система может направлять изображение напрямую через зрачок, устраняя необходимость в волноводах и внешней оптике.

Как это помогает решить проблему VAC

Одной из главных проблем AR и VR‑гарнитур считается конфликт конвергенции и аккомодации (vergence‑accommodation conflict, VAC).

В нормальном зрении:

• глаза сводятся на определённом расстоянии
• хрусталик фокусируется на той же дистанции

В некоторых гарнитурах виртуальное изображение находится на фиксированном расстоянии, тогда как стереоскопические подсказки создают иллюзию другой глубины. Это вызывает усталость глаз.

Ретинальная проекция использует принцип, похожий на Maxwellian‑view дисплеи: свет направляется через центр зрачка непосредственно на сетчатку. В такой конфигурации изображение остаётся чётким при широком диапазоне фокусировки глаза, фактически создавая эффект «всегда в фокусе» и большую глубину резкости.

Поэтому дисплеи с проекцией на сетчатку рассматриваются как способ уменьшить или устранить VAC в AR‑устройствах.

Результаты прототипа

Исследователи создали экспериментальный прототип A‑RPD с архитектурой пиксельной коллимации.

В испытаниях система обеспечила чёткое изображение на сетчатке при расстояниях от примерно 40 см до 160 см, что заметно лучше результатов аналогичного микродисплея без коллимации.

Такой диапазон демонстрирует преимущество отправки уже коллимированных лучей непосредственно в глаз.

Почему важны сверхплотные micro‑LED дисплеи

Для качественной ретинальной проекции требуется дисплей с очень маленькими пикселями и высокой плотностью.

Micro‑LED считаются перспективной технологией для AR/VR благодаря нескольким свойствам:

• очень высокая яркость
• высокая энергоэффективность
• длительный срок службы
• возможность создавать микроскопические пиксели для near‑eye дисплеев.

Исследования показывают быстрый рост плотности пикселей. Например, экспериментальные наностолбиковые GaN‑LED массивы уже продемонстрировали плотность около 6 336 пикселей на дюйм (PPI), что указывает на путь к ещё более высоким значениям для AR и VR.

Чем выше PPI, тем лучше угловое разрешение — критически важный параметр для дисплеев, расположенных всего в нескольких миллиметрах от глаза.

Какие проблемы ещё предстоит решить

Несмотря на многообещающие результаты, A‑RPD пока остаётся исследовательской технологией. Для коммерческих AR‑очков необходимо решить несколько инженерных задач:

• расширить eyebox — область, в которой глаз может двигаться, не теряя изображение
• ещё сильнее миниатюризировать оптические элементы
• добиться массового производства сверхплотных micro‑LED‑матриц.

Если эти задачи удастся решить, активная ретинальная проекция может радикально упростить оптику AR‑гарнитур. В таком устройстве основную работу по формированию изображения будет выполнять сам дисплейный чип — открывая путь к более лёгким и компактным очкам дополненной реальности.