- 29,084
- 46
- 8 Ноя 2022
Решение оказалось в трёх голографических слоях вместо одного.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Полноцветным AR-очкам мешает довольно приземлённая проблема: чем больше света теряется внутри оптики, тем ярче приходится включать миниатюрный дисплей и тем быстрее садится аккумулятор. Исследователи предложили разделить красный, зелёный и синий свет между тремя голографическими слоями. Лабораторный прототип провёл через прозрачное стекло отдельные изображения каждого цвета и собрал из них полноцветную картинку.
В обычных очках дополненной реальности перед глазом нельзя просто поставить непрозрачный экран. Пользователь должен одновременно видеть комнату, улицу или рабочее место и цифровую графику поверх окружающих объектов. Поэтому изображение формирует маленький дисплей, а прозрачная оптическая система доставляет свет от него к глазу.
Одним из вариантов служит тонкий стеклянный волновод. Свет вводят внутрь стекла под нужным углом, после чего луч распространяется внутри пластины за счёт полного внутреннего отражения. При полном внутреннем отражении свет достигает границы материала под достаточно большим углом и не выходит наружу, а отражается обратно. Благодаря серии таких отражений изображение проходит вдоль прозрачной пластины, хотя сам дисплей находится в стороне от глаза. В конце пути другая оптическая структура направляет свет наружу, к наблюдателю. Именно по такой схеме работают экспериментальные голографические волноводные дисплеи .
Для ввода и вывода света используют объёмные голографические решётки. Лазер записывает внутри светочувствительного материала интерференционную структуру с очень мелкими периодическими изменениями оптических свойств. Полученная решётка дифрагирует падающий свет и отправляет его в рассчитанном направлении. Поэтому один голографический элемент может завести изображение в волновод, а второй вывести его к глазу. В англоязычных работах такие элементы называют <em>in-coupler</em> и <em>out-coupler</em>. На русский можно перевести как "вводная" и "выводная" голографические решётки.
С полноцветной картинкой задача усложняется. Красный, зелёный и синий свет имеют разные длины волн, поэтому одна и та же голографическая структура взаимодействует с ними по-разному. Один из уже применявшихся вариантов предполагает запись решёток для всех трёх цветов в одном слое фотополимера. Несколько голограмм оказываются наложены друг на друга внутри одного материала, но такое совмещение снижает дифракционную эффективность. Меньшая доля света попадает по назначению, поэтому изображение теряет яркость.
В новой конструкции каждому цвету выделили отдельный фотополимерный слой. Сначала записывают решётку для одного спектрального канала, затем для двух остальных, а готовые красный, зелёный и синий слои объединяют в многослойный элемент. Параметры каждой решётки можно настраивать отдельно, не пытаясь одновременно подобрать одну структуру для трёх участков спектра. Разделение цветовых каналов повышает эффективность передачи света и позволяет получить более яркую картинку при той же мощности источника. Альтернативный вариант даёт другой выигрыш: сохранить прежнюю яркость и снизить мощность миниатюрного дисплея, что особенно важно для очков с небольшим аккумулятором.
Авторы изменили и способ изготовления многослойной оптики. При традиционной записи голографических волноводов для формирования нужной геометрии световых пучков могут использоваться призмы. Призменная схема усложняет установку, а несколько самостоятельно изготовленных слоёв затем приходится точно совмещать. Малейшее смещение между решётками влияет на направление света и работу цветовых каналов.
Новая схема обходится без призм. Геометрия записи основана на брэгговской вырожденной конфигурации, которая позволяет последовательно формировать согласованные по положению решётки. Поэтому красный, зелёный и синий слои получают необходимое взаимное расположение непосредственно при изготовлении, без отдельной сложной юстировки после записи. В предыдущих работах тот же принцип уже использовали для эффективного ввода света в голографические волноводы при нормальном падении луча.
Для проверки конструкции исследователи встроили трёхслойные решётки в прозрачный стеклянный волновод. Один многослойный элемент работал на входе, второй на выходе. Миниатюрный цифровой дисплей создавал тестовое изображение, а коллимирующая линза превращала расходящиеся лучи в почти параллельный световой пучок и направляла его перпендикулярно на вводную решётку.
Вводная решётка меняла направление света и отправляла его внутрь стекла под углом, при котором начиналось полное внутреннее отражение. Дальше изображение проходило вдоль волновода, многократно отражаясь от его границ. Добравшись до выводной решётки, свет снова менял направление и покидал стекло в сторону глаза. Таким способом прозрачная пластина переносит цифровую картинку от миниатюрного дисплея к нужной области перед наблюдателем без громоздкой системы зеркал и линз.
Во время испытаний через волновод успешно передали красное, зелёное и синее изображения, а затем полноцветную картинку. Эксперимент подтвердил, что три независимо записанные голографические решётки могут работать вместе внутри одной прозрачной оптической системы и проводить все основные цветовые каналы по одному волноводу.
Лабораторная установка пока не равна готовым AR-очкам. Следующий этап затронет весь дисплей, а не отдельные голографические элементы. Исследователям предстоит увеличить поле зрения и добиться более равномерной цветопередачи. Поле зрения определяет, какую часть пространства перед человеком может занимать виртуальная графика. Цветовая равномерность нужна, чтобы один участок изображения не уходил, например, в красный или зелёный оттенок по сравнению с соседним.
Перед коммерческим применением оптику также придётся уменьшить до размеров обычной оправы. В компактном прототипе потребуется измерить яркость, качество изображения и энергопотребление, проверить комфорт для глаз и убедиться, что характеристики не ухудшаются при длительной эксплуатации.
Трёхслойную схему рассматривают прежде всего для прозрачных дисплеев дополненной реальности . Через них можно выводить навигационные подсказки, инструкции при ремонте и обслуживании оборудования, учебную графику, медицинские изображения и материалы для профессиональной подготовки, сохраняя перед глазами реальную обстановку. Тот же принцип допускает увеличение размеров оптических элементов. В перспективе многослойные голографические решётки могут пригодиться в автомобильных проекционных дисплеях на лобовом стекле, чтобы водитель видел цифровую информацию в поле зрения и реже переводил взгляд на приборную панель.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Полноцветным AR-очкам мешает довольно приземлённая проблема: чем больше света теряется внутри оптики, тем ярче приходится включать миниатюрный дисплей и тем быстрее садится аккумулятор. Исследователи предложили разделить красный, зелёный и синий свет между тремя голографическими слоями. Лабораторный прототип провёл через прозрачное стекло отдельные изображения каждого цвета и собрал из них полноцветную картинку.
В обычных очках дополненной реальности перед глазом нельзя просто поставить непрозрачный экран. Пользователь должен одновременно видеть комнату, улицу или рабочее место и цифровую графику поверх окружающих объектов. Поэтому изображение формирует маленький дисплей, а прозрачная оптическая система доставляет свет от него к глазу.
Одним из вариантов служит тонкий стеклянный волновод. Свет вводят внутрь стекла под нужным углом, после чего луч распространяется внутри пластины за счёт полного внутреннего отражения. При полном внутреннем отражении свет достигает границы материала под достаточно большим углом и не выходит наружу, а отражается обратно. Благодаря серии таких отражений изображение проходит вдоль прозрачной пластины, хотя сам дисплей находится в стороне от глаза. В конце пути другая оптическая структура направляет свет наружу, к наблюдателю. Именно по такой схеме работают экспериментальные голографические волноводные дисплеи .
Для ввода и вывода света используют объёмные голографические решётки. Лазер записывает внутри светочувствительного материала интерференционную структуру с очень мелкими периодическими изменениями оптических свойств. Полученная решётка дифрагирует падающий свет и отправляет его в рассчитанном направлении. Поэтому один голографический элемент может завести изображение в волновод, а второй вывести его к глазу. В англоязычных работах такие элементы называют <em>in-coupler</em> и <em>out-coupler</em>. На русский можно перевести как "вводная" и "выводная" голографические решётки.
С полноцветной картинкой задача усложняется. Красный, зелёный и синий свет имеют разные длины волн, поэтому одна и та же голографическая структура взаимодействует с ними по-разному. Один из уже применявшихся вариантов предполагает запись решёток для всех трёх цветов в одном слое фотополимера. Несколько голограмм оказываются наложены друг на друга внутри одного материала, но такое совмещение снижает дифракционную эффективность. Меньшая доля света попадает по назначению, поэтому изображение теряет яркость.
В новой конструкции каждому цвету выделили отдельный фотополимерный слой. Сначала записывают решётку для одного спектрального канала, затем для двух остальных, а готовые красный, зелёный и синий слои объединяют в многослойный элемент. Параметры каждой решётки можно настраивать отдельно, не пытаясь одновременно подобрать одну структуру для трёх участков спектра. Разделение цветовых каналов повышает эффективность передачи света и позволяет получить более яркую картинку при той же мощности источника. Альтернативный вариант даёт другой выигрыш: сохранить прежнюю яркость и снизить мощность миниатюрного дисплея, что особенно важно для очков с небольшим аккумулятором.
Авторы изменили и способ изготовления многослойной оптики. При традиционной записи голографических волноводов для формирования нужной геометрии световых пучков могут использоваться призмы. Призменная схема усложняет установку, а несколько самостоятельно изготовленных слоёв затем приходится точно совмещать. Малейшее смещение между решётками влияет на направление света и работу цветовых каналов.
Новая схема обходится без призм. Геометрия записи основана на брэгговской вырожденной конфигурации, которая позволяет последовательно формировать согласованные по положению решётки. Поэтому красный, зелёный и синий слои получают необходимое взаимное расположение непосредственно при изготовлении, без отдельной сложной юстировки после записи. В предыдущих работах тот же принцип уже использовали для эффективного ввода света в голографические волноводы при нормальном падении луча.
Для проверки конструкции исследователи встроили трёхслойные решётки в прозрачный стеклянный волновод. Один многослойный элемент работал на входе, второй на выходе. Миниатюрный цифровой дисплей создавал тестовое изображение, а коллимирующая линза превращала расходящиеся лучи в почти параллельный световой пучок и направляла его перпендикулярно на вводную решётку.
Вводная решётка меняла направление света и отправляла его внутрь стекла под углом, при котором начиналось полное внутреннее отражение. Дальше изображение проходило вдоль волновода, многократно отражаясь от его границ. Добравшись до выводной решётки, свет снова менял направление и покидал стекло в сторону глаза. Таким способом прозрачная пластина переносит цифровую картинку от миниатюрного дисплея к нужной области перед наблюдателем без громоздкой системы зеркал и линз.
Во время испытаний через волновод успешно передали красное, зелёное и синее изображения, а затем полноцветную картинку. Эксперимент подтвердил, что три независимо записанные голографические решётки могут работать вместе внутри одной прозрачной оптической системы и проводить все основные цветовые каналы по одному волноводу.
Лабораторная установка пока не равна готовым AR-очкам. Следующий этап затронет весь дисплей, а не отдельные голографические элементы. Исследователям предстоит увеличить поле зрения и добиться более равномерной цветопередачи. Поле зрения определяет, какую часть пространства перед человеком может занимать виртуальная графика. Цветовая равномерность нужна, чтобы один участок изображения не уходил, например, в красный или зелёный оттенок по сравнению с соседним.
Перед коммерческим применением оптику также придётся уменьшить до размеров обычной оправы. В компактном прототипе потребуется измерить яркость, качество изображения и энергопотребление, проверить комфорт для глаз и убедиться, что характеристики не ухудшаются при длительной эксплуатации.
Трёхслойную схему рассматривают прежде всего для прозрачных дисплеев дополненной реальности . Через них можно выводить навигационные подсказки, инструкции при ремонте и обслуживании оборудования, учебную графику, медицинские изображения и материалы для профессиональной подготовки, сохраняя перед глазами реальную обстановку. Тот же принцип допускает увеличение размеров оптических элементов. В перспективе многослойные голографические решётки могут пригодиться в автомобильных проекционных дисплеях на лобовом стекле, чтобы водитель видел цифровую информацию в поле зрения и реже переводил взгляд на приборную панель.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
