Negli ultimi decenni la realtà aumentata (AR) si è evoluta da un concetto futuristico a una tecnologia tangibile e pervasiva. L'AR migliora la nostra percezione e interazione con l'ambiente fondendo perfettamente i contenuti virtuali proiettati con scene del mondo reale. I display AR basati su guida d'onda sono emersi e sviluppati come una tecnologia fondamentale per i sistemi AR indossabili, consentendo loro di essere leggeri e avere un fattore di forma sottile pur mantenendo prestazioni ottiche elevate.
I combinatori di guida d'onda sono componenti critici dei display AR basati su guida d'onda. Funzionano come guide luminose per piegare il percorso ottico e replicare la luminosità di una piccola sorgente luminosa su un'area estesa. Ciò si ottiene attraverso un processo chiamato espansione della pupilla di uscita (EPE), che rispecchia il processo di replica di un singolo raggio in entrata in numerosi raggi, ciascuno con la stessa intensità.
In un nuovo articolo pubblicato su eLight , un team di scienziati guidato dal professor Shin-Tson Wu dell'Università della Florida Centrale e dal professor Haowen Liang dell'Università Sun Yat-sen hanno esaminato lo sviluppo di combinatori di guide d'onda per display di realtà aumentata.
Esistono tipi distinti di combinatori di guide d'onda, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi. Gli stili più comuni includono combinatori di guide d'onda geometriche, combinatori di guide d'onda diffrattive e combinatori di guide d'onda olografiche.
I combinatori di guide d'onda geometriche sono il tipo più semplice, ma possono essere ingombranti e avere un campo visivo limitato. I combinatori di guide d'onda diffrattive sono più complessi da produrre ma possono essere più sottili e avere un campo visivo più ampio. I combinatori di guide d'onda olografiche sono il tipo più avanzato e sono costosi da produrre.
I combinatori di guide d'onda vengono generalmente utilizzati con i motori di luce per creare display AR basati su guide d'onda. I light engine sono i componenti che generano la luce iniettata nella guida d'onda. Alcuni dei tipi più comuni di motori di illuminazione per microdisplay includono cristalli liquidi su silicio, micro-LED, micro-OLED, scansione con raggio laser e MEMS.
La progettazione di un combinatore di guide d'onda è un compito impegnativo. I progettisti devono considerare una serie di fattori, come prestazioni ottiche, producibilità e costi. Alcune sfide chiave nella progettazione dei combinatori di guide d'onda includono la progettazione dello schema EPE, l'espansione del campo visivo, la progettazione della geometria anteriore degli accoppiatori, i display a colori, l'efficienza ottica e l'ottimizzazione dell'uniformità.
La tecnologia del combinatore Waveguide è ancora nelle fasi preliminari di sviluppo, ma ha il potenziale per rivoluzionare i display AR. I progettisti stanno lavorando per superare le sfide attuali e sviluppare nuovi combinatori di guide d'onda che siano più efficienti, convenienti e facili da produrre.
I combinatori di guide d'onda geometriche offrono un campo visivo (FoV) potenzialmente ampio, buona uniformità, luminosità trascurabile e alta efficienza, ma hanno un processo di fabbricazione più complicato e una bassa resa. I combinatori di guide d'onda diffrattive hanno un'efficienza relativamente bassa e un campo visivo più piccolo, oltre a soffrire di altri problemi, come la non uniformità del colore, la luminosità degli occhi e l'effetto arcobaleno.
Migliorare l’efficienza della guida d’onda diffrattiva mantenendo una buona uniformità è una sfida cruciale. I progressi nella progettazione EPE, nei metodi di fabbricazione e nelle prestazioni dei materiali degli accoppiatori diffrattivi potrebbero migliorare i combinatori delle guide d'onda diffrattive per adattarli ai combinatori delle guide d'onda geometriche.
Tuttavia, l'attuale modulazione dell'indice di rifrazione dei VHG (reticoli olografici di volume) non è sufficiente per estendere il FoV oltre i 50° e sono necessari processi di produzione a basso costo e di alta qualità per gli SRG (reticoli a rilievo superficiale).
I PVG (reticoli di volume di polarizzazione), un nuovo accoppiatore diffrattivo, forniscono funzionalità di modulazione dinamica, espandendo la funzionalità dei display AR basati su guida d'onda.
Gli accoppiatori basati sulla metasuperficie offrono ampie libertà di progettazione, consentendo nuove funzionalità come le caratteristiche acromatiche. Si prevede che ulteriori progressi nell'ingegneria dei dispositivi e nei processi di produzione miglioreranno le prestazioni dei PVG e degli accoppiatori basati su metasuperficie per i display AR.
Ulteriori informazioni: Yuqian Ding et al, Display di realtà aumentata basati su Waveguide:prospettive e sfide, eLight (2023). DOI:10.1186/s43593-023-00057-z
Informazioni sul giornale: eLight
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
