Дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR) — это инновационные технологии отображения, способные революционизировать то, как мы взаимодействуем и воспринимаем мир.

В отличие от виртуальной реальности, которая погружает пользователей в полностью виртуальную среду, AR накладывает цифровой контент на реальный мир, позволяя использовать обширные приложения в сфере образования, обучения, розничной торговли, маркетинга и навигации, и это лишь некоторые из них. Доступ к AR-возможностям можно получить через различные устройства, включая смартфоны, планшеты и умные очки.

Среди них стильные AR-очки станут мейнстримом, поскольку они предлагают беспрецедентное удобство и погружение, легкий и компактный форм-фактор, плавно интегрируя цифровой контент в реальный мир.

AR-очки обычно состоят из двух основных компонентов: светового двигателя, отвечающего за генерацию цифровых изображений, и оптической системы, которая доставляет сгенерированный контент пользователям. В коммерческих продуктах применяются различные оптические системы, такие как оптика для птичьих ванн и волноводная оптика.

Световые двигатели должны быть очень компактными, сохраняя при этом высокую оптическую эффективность, чтобы обеспечить длительное комфортное ношение и высокий коэффициент контрастности окружающей среды.

«Жидкий кристалл на кремнии (LCoS) или микросветодиод: кто победит?» стал предметом горячих дискуссий. Дисплей Micro-LED — это излучающая технология, которая обещает произвести революцию в визуальном восприятии благодаря высокой пиковой яркости, быстрому времени отклика, истинному темному состоянию и длительному сроку службы. Однако его технологичность остается серьезной проблемой.

С другой стороны, LCoS представляет собой неизлучающий отражающий микродисплей, для которого требуется система передней подсветки. Обычная система LCoS сталкивается с огромными проблемами из-за своей громоздкой системы освещения. Для достижения высокой оптической эффективности он часто включает в себя громоздкий куб поляризационного светоделителя (PBS). Поэтому создание сверхкомпактной, но высокоэффективной системы освещения для очков дополненной реальности на базе LCoS является актуальной необходимостью.

Чтобы минимизировать форм-фактор системы LCoS, исследователи предложили сверхкомпактную систему освещения со световодной пластиной (LGP), позволяющей эффективно направлять используемый источник света на панель LCoS.

Их исследование опубликовано в Оптоэлектронные достижения.

Свет от источника света, например, матрицы светодиодов или лазерных диодов, подается в LGP с помощью входной призмы. Затем связанный свет распространяется внутри LGP за счет полного внутреннего отражения (TIR) ​​на верхней и нижней поверхностях. Некоторая часть захваченного света попадает в экстракционные призмы, распространяясь в направлении Z, а оставшийся свет продолжает распространяться вперед по LGP.

Свет внутри экстракционной призмы отражается к нижней панели LCoS через другой TIR на наклонной поверхности призмы. Аналогичная концепция была предложена группой профессора Ву для создания равномерного освещения для жидкокристаллических дисплеев.

Панель LCoS попиксельно управляет состояниями поляризации и отражает входящий свет обратно в LGP. Большая часть отраженного света с закодированной информацией будет проходить через LGP и очищающий поляризатор сверху и, наконец, попадет в систему проекционных линз, которая, в свою очередь, будет подключена к последующему оптическому объединителю системы AR.

Исследователи говорят, что четвертьволновая пластинка (QWP) не является обязательной, в зависимости от используемого режима LC. Например, если используется обычно черный LCoS с вертикальным выравниванием (VA), то свет с круговой поляризацией после QWP помогает обойти эффекты краевого поля.

С другой стороны, обычно белый MTN (смешанный витой нематик) LCoS может воспринимать свет как с линейной, так и с круговой поляризацией. В Magic Leap 2 круговая поляризация выбрана для уменьшения рассеянного света от отражений от поверхности в проекционной системе. Еще одним преимуществом MTN является быстрое время отклика (~ 1 мс) и слабый эффект краевого поля.

Авторы также провели обширную оптимизацию структуры системы для повышения общей производительности. Например, экстракционные призмы разделены на несколько зон с разным коэффициентом заполнения, чтобы обеспечить равномерность освещения. Оптимизация конфигурации системы и размера каждого компонента была проведена для достижения превосходной однородности освещенности и высокого коэффициента контрастности ANSI, который равен или превосходит коэффициент контрастности панели LCoS.

Кроме того, выдающиеся цветовые характеристики демонстрируются за счет учета дисперсии показателя преломления материала стекла. Кроме того, для снижения стоимости также можно использовать пластиковый материал с более низким показателем преломления n = 1,7.

Его оптические характеристики приемлемы, хотя предпочтительным является материал с более высоким индексом. Ожидается, что такой тонкий форм-фактор и высокая оптическая эффективность окажут большое влияние на легкие и маломощные AR-очки следующего поколения.