A‑RPD 主動式視網膜投影顯示：AR 眼鏡可能迎來更簡單的光學架構

為何可以不需要波導或大型光學系統

目前多數 AR 裝置依賴波導或複雜透鏡系統，把影像投射到使用者眼前的某個虛擬距離。

這些元件會帶來幾個問題：

• 裝置體積增加
• 光學效率降低
• 系統對準與製造難度高

A‑RPD 的不同之處在於，顯示器本身同時完成兩個任務：

1. 產生影像（micro‑LED 像素）
2. 控制光束方向（像素級準直器）

因為光在離開顯示晶片時就已經被整理為平行光束，因此可以直接穿過瞳孔到達視網膜，不再需要額外的波導或投影光學模組。

這意味著未來 AR 眼鏡的光學架構可能大幅簡化。

為何能減少「聚焦‑會聚衝突」（VAC）

AR 與 VR 頭戴裝置的一個主要舒適度問題，是所謂的Vergence‑Accommodation Conflict（VAC）。

正常視覺中：

• 眼睛會**會聚（vergence）**到物體所在距離
• 晶狀體會**調焦（accommodation）**到同一距離

但許多頭戴顯示器把影像固定在某個光學距離，卻利用雙眼視差模擬不同深度，造成大腦收到矛盾訊號，進而導致眼睛疲勞或不適。

視網膜投影顯示採用與 Maxwellian‑view（麥克斯韋視圖） 類似的原理：光束從瞳孔中心進入並直接落在視網膜上。

在這種情況下：

• 影像在不同眼睛對焦距離下仍能保持清晰
• 系統具有很大的景深（depth of field）
• 幾乎呈現「永遠對焦」的視覺效果

因此，視網膜投影技術被視為降低甚至消除 VAC 的重要方向。

原型系統的測試結果

研究團隊建立了一個 A‑RPD 原型裝置，使用像素級準直 micro‑LED 顯示架構。

在實驗中，系統能在約 40 公分到 160 公分的觀察距離範圍內維持清晰的視網膜影像。

相較沒有準直設計的 microdisplay，影像清晰範圍明顯提升，顯示這種架構確實能擴大景深。

為何超高像素密度 micro‑LED 很關鍵

要讓視網膜投影顯示提供高品質畫面，顯示器必須在非常小的面積內放入大量像素。

micro‑LED 技術被認為是 AR/VR 顯示的熱門候選方案，因為它具有：

• 極高亮度
• 高能源效率
• 長壽命
• 可製作極小像素尺寸

這些特性非常適合近眼顯示設備。

近期研究也顯示像素密度正快速提升。例如奈米柱（nanopillar）GaN LED 陣列已實現約 6,336 PPI（pixels per inch） 的實驗顯示密度。

對近眼顯示而言，PPI 越高，**角解析度（angular resolution）**就越高，而顯示器距離眼睛往往只有幾毫米。

仍需解決的工程挑戰

儘管 A‑RPD 展現了很有潛力的架構，但仍處於研究早期階段。要走向商用 AR 眼鏡，仍需解決幾個問題：

• 擴大 eyebox（可視區域），讓眼睛移動時仍能看到完整畫面
• 進一步 縮小光學與顯示元件尺寸
• 大規模製造 均勻且高解析的 micro‑LED 陣列

如果這些問題逐步被解決，主動式視網膜投影顯示可能帶來一種截然不同的 AR 光學架構：

顯示晶片本身就完成大部分成像工作，直接把高解析數位影像投射到人眼視網膜。