Дифракционные волноводы дополненной реальности

Дифракционные волноводы — ключевая технология, лежащая в основе передовых устройств дополненной реальности (augmented reality — AR). Именно они позволили ведущим игрокам, включая Snap и Microsoft, создать легкие и компактные AR очки с ярким и чётким изображением. Базовый принцип работы дифракционных волноводов показан на Рис. 1, стекло в таких устройствах выполняет роль перископа, позволяя пользователю заглянуть в миниатюрный экран или проектор, расположенный в оправе очков. Распространение света внутри стекла происходит за счет эффекта полного внутреннего отражения, не требуя нанесения дополнительного отражающего покрытия. Благодаря этому стекло сохраняет прозрачность, и пользователь может одновременно видеть и цифровое изображение, и окружающий мир.

Ввод и вывод изображения в стекло обеспечивают дифракционные оптические элементы (ДОЭ). Современные дифракционные волноводы также используют промежуточный ДОЭ для размножения пятна изображения, что позволяет увеличить размер области зрачка (Eyebox — зона расположения зрачка относительно волновода, при котором пользователь видит всю цифровую картинку, без затемнений и обрезания), при этом не теряя поле обзора (Field of View — параметр, определяющий воспринимаемый размер цифрового изображения). Размножающий ДОЭ может быть выполнен как отдельный элемент либо совмещен с выходным ДОЭ, как показано на Рис 2. Последний вариант реализации устройства позволяет более эффективно использовать площадь волновода.

Рис. 2 Примеры ДОЭ с отдельной и совмещенной размножающей дифракционной решеткой
ДОЭ состоят из массива диэлектрических элементов суб-волнового размера (от 50 до 500 нм), форма, размер и взаимное расположение которых определяет общий отклик структуры. Получение четкого изображения дополненной реальности, без искажений и артефактов, требует тщательной оптимизации параметров ДОЭ.