近眼显示光学系统技术分析与研究进展

近眼显示技术（Near-Eye Display）是近年来研究的热点技术，被广泛地应用于虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Augmented Reality，AR）智能设备中［1］。VR显示技术能让使用者完全沉浸于虚拟的世界中（如游戏场景、影视中的虚拟场景）。AR技术则是在使用者眼前的真实场景的基础上叠加一些虚拟的事物［2］。VR/AR近眼显示设备（VR-NED/AR-NED）可统称为头戴显示器（Head Mounted Display，HMD）［3］。自1968年第一台虚拟图像头盔显示器问世至今，经过50多年的发展，头盔显示器在尺寸、成本、显示效果等方面都得到了不断的优化，核心技术也得到不断创新［4］。VR/AR设备作为近眼显示技术比较典型的应用产品，现已从原来的军事训练、航空航天领域逐渐发展，广泛应用于医疗、工业、教育、娱乐等民用领域［5］。自从谷歌智能眼镜概念推出后，各大科技公司纷纷看齐，加入到AR眼镜的研发中，AR眼镜产品先后上市。美国智能眼镜科技公司Vuzix推出了Blade系列商业AR眼镜；微软也推出了一款偏向于头显设计的AR产品HoloLens 2；AR科技初创公司Magic Leap也在2018年推出了Magic Leap 1 AR眼镜。日本数码影像公司爱普生推出了一款名为Moverio BT-300的AR眼镜。在国内，影创科技公司也发布了影创Air双目AR眼镜、AirNano、AirVR和Halo头盔等系列产品，具有广阔的应用前景［6-8］。

目前国内研究的各类近眼显示系统的技术方案大致可划分为以下几类：双目视差技术、视网膜成像技术、集成成像显示技术、全息技术［9］。本文针对目前迅速发展的这几类近眼显示技术中的光学原理进行了分析，详细剖析了几类比较典型的系统光路设计结构，对其各自的技术特点和研究进展进行了讨论和概括，并提出了一种双目视网膜投影三维显示装置，结合双目视差技术与视网膜成像技术优势，实现无辐辏聚焦冲突、高清晰度显示的视网膜成像3D显示。

2 双目视差近眼显示系统

双目视差技术是当前国内市场上立体显示产品所采用的主流技术，现有的VR/AR产品大都采用这种3D显示技术，在娱乐、游戏、电商、教育、旅游等行业中迅速兴起，其典型的产品外观如图1所示。