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导读

戴上AR眼镜，想要身临其境却总被“眩晕感”劝退？想要大视野，却无法兼顾真实的3D景深？近日，中山大学董建文教授与秦宗副教授团队在Light: Science & Applications 发表最新研究成果。团队研发了一种异构超构透镜阵列（MeLA），成功打破传统光学瓶颈，实现了无眩晕、大视场（50°）的单目3D XR显示。

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痛点：为什么戴AR会头晕？

目前市面上的AR眼镜普遍存在“视觉辐辏调节冲突”（VAC）——屏幕光线距离固定，但眼睛试图对焦虚拟的远方，导致大脑产生分歧，引发眩晕。虽然“光场显示”技术能提供真实的3D景深来消除眩晕，但受限于传统微透镜的边缘像差，其视场角极小（通常只有13°左右），就像透过一根吸管看世界。

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破局：给光线加上“定制导航”

为了兼顾“不晕”和“看得广”，中山大学团队巧妙设计了异构超构透镜阵列（MeLA）。与传统完全相同的微透镜不同，该阵列中的每一个超小透镜都经过个性化定制，将“球面透镜”与“微棱镜”的功能合二为一。它能像变魔术一样，将大角度的边缘光线精准“掰弯”并高清聚焦，完美消除了边缘图像的模糊与畸变。

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核心硬核突破

• 视场角狂飙4倍： 利用现有的商用微显示器，实验成功实现了50°的超大视场角，是传统技术的近四倍。仿真表明，若搭配更大屏幕，视场角可达86°，足以覆盖人类双目视觉极限。
• 纳米压印，走向大面积量产： 摒弃了昂贵低效的加工方式，团队采用纳米压印技术，成功制造出厘米级、具备7:1高深宽比的超构透镜阵列，为未来XR眼镜的低成本量产铺平了道路。
• 140 FPS 超高流畅度： 团队专门开发了专用的像素映射校正算法，在普通笔记本电脑上就能跑出 140 帧/秒（FPS）的渲染速度，彻底告别画面延迟。

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设计结果

整体设计结果如下，其中，波长532 nm，光栅周期330 nm，纳米柱高度700

最小直径100 nm，最大直径230 nm，眼距18 mm，扫参时间6 s，一共9列

稀疏排布，横跨约13.2 mm，真实焦距1.8 mm，GDS出图15 min（3.7G）

总结来说，这项研究利用一片超薄的超构透镜，同时实现了像差校正与视场扩展。未来，该技术有望在下一代消费级AR眼镜、工业制造及眼科医疗中大放异彩。

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论文信息

• 论文标题： Expanded field of view light-field extended-reality displays with metalens array
• 发表期刊： Light: Science & Applications (Nature Portfolio)
• 通讯作者： 秦宗（副教授）、董建文（教授）
• 第一作者： 卢文龙
• 通讯单位： 中山大学物理学院、光电材料与技术国家重点实验室
• 文章链接： https://doi.org/10.1038/s41377-026-02266-w