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圖1為傳統(tǒng) RPD 的基本原理圖,。在圖1（a）中,，點光源經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后,，平行照射空間光調(diào)制器（Spatial light modulator，SLM）加載數(shù)字圖像信息，經(jīng)目鏡在人眼瞳孔處匯聚成光點,，直接投射到人眼視網(wǎng)膜上成像,而不受人眼調(diào)焦的影響,。平行光源在瞳孔處的成像產(chǎn)生了小于瞳孔直徑的出瞳孔徑，大幅增加了近眼顯示系統(tǒng)的景深,。

圖1（b）是另一種采用 LBS（Laser beam scanning, LBS）方式的 RPD 顯示原理,。微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mec hanical System, MEMS）掃描鏡對激光束做二維方向的掃描偏轉(zhuǎn)，同時對激光束的強度進行同步調(diào)制,，加載圖像信息,，實現(xiàn)激光束掃描投影。再通過目鏡在人眼瞳孔處匯聚成光點,，實現(xiàn)視網(wǎng)膜投影顯示,。LBS 方式利用激光的高準(zhǔn)直性實現(xiàn)小出瞳孔徑，與圖1（a）中的被動式光機相比,，是一種主動式的顯示方法,。

由于光線被匯聚至一點，過小的出瞳（eyebox）尺寸使得人眼瞳孔必須正好位于光點上時才能接收到圖像,，而微小的偏移將導(dǎo)致圖像消失。因此出瞳拓展是 RPD 所要解決的關(guān)鍵問題,。圍繞該問題,，國內(nèi)外學(xué)者給出了形式多樣的解決方案，主要分為幾何光學(xué)與衍射光學(xué)兩大類,。

基于幾何光學(xué)的 RPD 通過透鏡等幾何光學(xué)元件,，將光束匯聚到人眼瞳孔中，基于幾何光學(xué)的 RPD 的出瞳拓展方法可分為視點復(fù)制和視點轉(zhuǎn)向兩類,。

圖2：視網(wǎng)膜投影出瞳拓展,；（a）分光鏡陣列；（b）機械轉(zhuǎn)向鏡,；（c）LED 陣列

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 641. Fig.2

視點復(fù)制通過產(chǎn)生多個視點,，以覆蓋較大的眼動范圍。圖2(a)所示是分光鏡陣列方法,，使光路多次透反射后形成 3×3 個視點陣列來拓展出瞳,。這種視點復(fù)制方法簡單有效，但需要格外注意視點間距與瞳孔直徑之間的匹配,。如圖3所示,，視點間距小于瞳孔直徑時會導(dǎo)致視點間串?dāng)_，視點間距大于瞳孔直徑時會導(dǎo)致圖像丟失,。由于人眼瞳孔直徑隨環(huán)境光強的變化而改變,，視點間距的設(shè)計也面臨挑戰(zhàn)。此外，視點復(fù)制得越多,，每一視點圖像亮度也隨之降低,。

圖3：（a）視點間距過小導(dǎo)致串?dāng)_；（b）視點間距過大導(dǎo)致圖像丟失

圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 641. Fig.3

相比之下,，如圖2(b)所示,，視點轉(zhuǎn)向方法會根據(jù)瞳孔的位置動態(tài)地改變視點的位置。圖2(c)所示是一種利用發(fā)光二極管（Light-emitting diode ,，LED）光源陣列方案來實現(xiàn)視點轉(zhuǎn)向的方法,，根據(jù)