Single-layer golfgeleiderweergave maakt gebruik van achromatische metagratings voor meer compacte augmented reality bril

Augmented Reality (AR), de technologie die digitale inhoud bedekt op wat gebruikers in realtime om hen heen zien, wordt nu veel gebruikt in de retail-, gaming- en entertainmentindustrie, evenals in sommige educatieve instellingen en leeromgevingen. Een belangrijk onderdeel van AR-systemen zijn zogenaamde golfgeleiderschermen, transparante optische lagen die licht van een projector naar de ogen van gebruikers leiden, waardoor ze geprojecteerde afbeeldingen kunnen zien die bovenop hun omliggende omgeving zijn geïntegreerd.

WaveGuide -displays, gemonteerd op de meeste AR -headsets of slimme glazen, bestaan ​​meestal uit verschillende substraten en roosterkoppelingen (dat wil zeggen structuren die licht in de golfgeleider afwijken). Hoewel deze meerlagige golfgeleider displays veel worden gebruikt, kunnen ze soms kleuren vervormen en tegelijkertijd limieten stellen in de mate waarin AR-headsets of glazen in grootte kunnen worden verminderd.

Onderzoekers van Samsung Electronics en Pohang University of Science and Technology (Postech) hebben onlangs een nieuw WaveGuide-display met één laag ontwikkeld dat de realisatie van meer compacte AR-headsets voor dagelijks gebruik mogelijk zou kunnen maken en tegelijkertijd de helderheid en kleuruniformiteit van afbeeldingen van gebruikers kunnen vergroten. Het nieuwe display, geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Natuurnanotechnologiewerd gefabriceerd met behulp van achromatische metagratings, arrays van rechthoekige nanostructuren die rood, groen en blauw licht onder identieke hoeken verschillen.

“Een ideale golfgeleiderweergave voor AR zou een single-layer golfgeleider-substraat hebben gecombineerd met dispersievrije koppelingen”, schreef Seokil Moon, Seokwoo Kim en hun collega’s in hun paper. “Hoewel metasurfaces zijn onderzocht als een potentiële oplossing voor golfgeleiderschermen, worden ernstige beperkingen-zoals lage efficiëntie, slechte uniformiteit en chromatische aberratie-niet opgelost. We introduceren een golfgeleider met één laag met behulp van achromatische metagratings.”

Het nieuw ontwikkelde golfgeleiderscherm van de onderzoekers integreert achromatische metagrerende koppelingen en geavanceerde optische componenten die licht verschillen, die verschillende kleuren (dwz rood, groen en blauw licht) in dezelfde richting richten zonder ze te vervormen. Om de geometrische parameters in de beelden te optimaliseren die door deze nanostructuren zijn gereproduceerd, gebruikten de onderzoekers een nieuw stochastisch topologie -optimalisatie -algoritme dat in hun lab is ontwikkeld.

“De voorgestelde metagratings omvatten periodieke arrays van rechthoekige nanostructuren, die rode, groene en blauwe lichten in dezelfde richting diffracteren”, legt Moon, Kim en hun collega’s uit. “Daarom zorgen ze voor een achromatische propagatiehoek binnen het enkelwolfgeleider-substraat, waarbij hoogwaardige geprojecteerde beelden worden gehandhaafd.”

Het nieuwe golfgeleiderweergave heeft verschillende voordelen die het onderscheiden van conventionele meerlagen golfgeleider displays en nieuwere metasurface-gebaseerde displays voor AR. Ten eerste is het aanzienlijk dunner dan meerlagige golfgeleiderschermen, wat betekent dat het kan worden gebruikt om AR-brillen te ontwikkelen die compacter, comfortabeler en gemakkelijker is voor gebruikers om dagelijks te dragen dan bestaande headsets.

Bovendien produceert het display van het team van betere kwaliteit afbeeldingen dan veel metasurface-gebaseerde en meerlagige golfgeleiderschermen, omdat het kleuren niet zoveel vervormt en gebruikers in staat stelt een groter deel van hun omgeving te zien. In de toekomst zou het nieuwe display kunnen worden geïntegreerd in zowel bestaande als nieuw ontwikkelde AR -headsets, waardoor het gebruik ervan mogelijk het gebruik van een breder scala aan dagelijkse instellingen vergemakkelijkt.

“Als proof of concept demonstreren we een full-colour AR-golfgeleiderweergave met een 500-μm dikke single-layer golfgeleider-substraat dat de apparaatvormfactor en het gewicht aanzienlijk vermindert en tegelijkertijd de helderheid en kleuruniformiteit verbetert met een voldoende oogkist,” schreef Moon, Kim en hun collega’s.

“Deze benadering overwint de beperkingen van traditionele AR bijna-eye optische ontwerpen, die afhankelijk zijn van meerlagige roosterkoppelingen die complexe fabricageprocessen vereisen en te zwaar zijn voor ergonomische koptoepassingen.”