封 底 文 章 | Zhang X, Huang YL, Fan WY et al. Active retinal projection augmented reality display v i a pixel-to-pixel collimati on. Opto-Electron A dv 9, 250252 (2026).

第一作者：张翔、黄元龙

通信作者：罗家俊

研究背景

视觉感知是人类扩展对周围环境认知的关键途径 ，推动了从平板显示器到近眼显示器的持续进步 。增强现实显示技术(augmented reality, AR)作为有望连接虚拟与现实世界的桥梁 ，是最典型的代表之一。在持续开发过程中 ，以人为本的理念鼓励着AR显示器朝着沉浸、舒适和便携的形态发展。近年来 ，AR显示器已经在轻量化和克服“纱门效应 ”上取得了显著的进展 ，实现了初步商业化。 目前 ，市面上的主流AR显示器都是通过波导等光 学 元 件 进 行 眼 外 虚 像 投 影 ， 存 在 着 非 常 严 重 的 辐 辏 调 节 冲 突 (vergence- accommodation conflict, VAC)问题。

早在百年前 ，James Clerk Maxwell发现用透镜将光聚焦在人眼瞳孔处 ，视网膜上能够投影出一片均匀亮斑 ，人眼也能够感知到对应的信息 ，这就是麦克斯韦观察法[ 1] 。视网膜投影显示技术正是依赖这一原理而诞生 ，并有望解决VAC问题。具体来说 ，光学元件可以将包含图像信息的光束在人眼瞳孔处聚焦成点， 继而直接投射到人眼视网膜上 。 1980 年 ， R. H. Webb 等 人 根 据 该 原 理 发 明 了 激 光 扫 描 检 眼 镜 (scanning laser ophthal moscope, SLO)， 并提出通过调制扫描激光束实现显示功能[2] 。 1993年， 华盛顿大学J. S. Kollin等人利用激光光源结合水平扫描仪 ，通过光束扫描产生图像 ，成功实现了图像信息的显示 ，研制出了全球首款视网膜投影显示原型样机[3] 。在视网膜投影显示器中， 由于光束通过了人眼瞳孔中心 ，无论晶状体如何调焦到不同深度的实际物体上 ，对应的图像都将不会受到影响 ，并保持清晰的视网膜成像。

在超过30年的发展时间中 ，视网膜投影设备都依赖于激光或容易准直的点光源 ，来保证光能够被良好的汇聚成点 。 这种结构必须具有一个额外的图像源来实现图像显示， 例如 ：微机电系统(MEMS)、数字微镜(DMD)、硅基液晶(LCoS)等。这种光源受图像源调控的结构与传统的液晶显示原理类似， 同样也存在着类似的缺点 ，包括额外扩展的体积、延缓的图像显示响应速度， 以及激光等高功率光源潜在的人眼健康风险。如何克服这些缺点 ，实现更加符合人体需求的视网膜投影系统是未来研究深入的重心。

本文亮点

这 种 传 统 的 、 类 似 于 液 晶 现 实 的 视 网 膜 投 影 设 备 被 视 作 被 动 式 视 网 膜 投 影(passive retinal projection dislay, P-RPD) 。从被动显示向主动显示发展的集成模式中得到灵感 ，华中科技大学单片集成光电子器件与系统团队罗家俊教授联合福州大学陈恩果教授提出了主动式视网膜投影(active retinal projection dislay, A-RPD)的概念。这种概念的可行性来源于发光二极管(LED)尺寸的持续微缩 ，且其能够很好地以光源阵列的方式集成在显示芯片面板上。这种具有微型化LED的显示芯片给新兴微纳米光学元件提供了很好的集成平台 ，有望实现具有准直光束的图像直接输出。这不仅能够大大降低图像源所必须的空间 ，给架构设计和简化提供更好的基础 ，还可以保留微显示芯片本征的特征 ，例如高响应、高分辨率等。与传统的P-RPD相比 ，A-RPD在实现更小体积、更舒适且无激 光 伤 害 的 AR 设 备 中 更 具 潜 力 。 该 工 作 以 “Active retinal projection augmented reality display via pixel-to-pixel collimation ” 为 题 作 为 封 底 文 章 发 表 在 Opto - Electronic Advances 2026年第5期。

图1（a）被动视网膜投影与（b）主动视网膜投影显示技术的基本架构

文章首先提出了A-RPD的概念 ，强调其优异性能的核心是集成光源的高准直特征。并基于此 ，进一步推导了焦深与出瞳孔大小（受微显面板准直影响） 之间的关系。 随后 ，通过模拟和演示基于像素级准直的AM微显示器面板， 以平衡设计和性能验证了A-RPD原型的推导。最终搭建了A-RPD的基本原型 ，能够在人眼聚焦40 cm ~ 160 cm范围内物体上时 ，实现清晰的视网膜成像。

图2 （a） 基于微透镜的A-RPD原型示意图及实际搭建的原型光路图；（b） A-RPD原型投影出的高分辨率图像；（c） 全彩视网膜成像 ， 随着聚焦范围从40厘米变化到160厘米均能清晰成像

事实上 ，主动视网膜架构仍是一个很新的概念 ，而本文所展示的原型样机仍有进一步研究和提升的可能。 围绕着未来的潜在发展路径 ，文章也同样进行了详细的探讨 ，为实际落地应用提供了一些见解 。 其中最重要的就是整个架构中各个光学元件的微型化 、 优化， 以及创新应用。在这方面 ，依靠独特的集成优势和光场调控优势 ，新兴的衍射光学元件将会极具潜力 。 另外， 由于视网膜投影设备的光束需要通过眼瞳中心， 其眼盒(eyebox)大小十分受限， 因此也是一个不可回避的问题。 当然， 目前一些方案 ，如眼球跟踪、视点复制等技术将可以有效地缓解或克服这一问题。 随着技术的进一步拓展 ，主动视网膜投影架构的简易和集成特性将在透明显示、 隐形眼睛显示等应用中大放光彩。

研究团队简介

罗家俊 ， 男 ， 华中科技大学武汉光电研究中心教授 、 博士生导师 ， 国家基金委优秀青年基金获得者 ， 国际信息显示学会（SID） 中韩青年领袖。主要从事新兴光电子材料、器件、系统架构设计及集成的研究 。 在Nature、 Nature Photonics、 Nature Reviews Materials等期刊发表论文50余篇 ， 申请/授权中国发明专利20余项。先后主持了国家自然科学基金、重点研发计划课题 、湖北省重点研究课题等多个项目 。获2017 、 2018 、 2023年中国光学十大进展、中国年度百篇高国际影响力论文、中国光学学会优博、王大珩光学奖、中国光学工程学会自然科学一等奖等多个奖项。

参考文献：

1. Zhu Jiaxin, Luo Dan. Research progress on retinal projection AR near-eye displays [J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2024, 39 (5): 656-671. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0080.

2. Webb RH, Hughes GW, Pomerantzeff O. Flying spot TV ophthal moscope [J]. Applied Optics, 1980, 19 (17): 2991-2997. DOI: 10. 1364/ao.19.002991

3. Kollin J. A retinal display for virtual-environment applications [J]. Proceedings of Society for Information Display, 1993, 24: 827.

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