Nas últimas décadas, a realidade aumentada (AR) evoluiu de um conceito futurista para uma tecnologia tangível e difundida. A AR aprimora nossa percepção e interação com o ambiente, combinando perfeitamente o conteúdo virtual projetado com cenas do mundo real. Os monitores AR baseados em guia de ondas surgiram e se desenvolveram como uma tecnologia crítica para sistemas AR vestíveis, permitindo que sejam leves e tenham um formato fino, mantendo alto desempenho óptico.



Os combinadores de guia de ondas são componentes críticos dos monitores AR baseados em guias de onda. Eles funcionam como guias de luz para dobrar o caminho óptico e replicar a luminosidade de uma pequena fonte de luz em uma área extensa. Isto é conseguido através de um processo denominado expansão da pupila de saída (EPE), que reflete o processo de replicação de um único feixe de entrada em vários feixes, cada um com intensidade igual.

Em um novo artigo publicado na eLight , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Shin-Tson Wu da Universidade da Flórida Central e pelo professor Haowen Liang da Universidade Sun Yat-sen revisou o desenvolvimento de combinadores de guias de ondas para exibições de realidade aumentada.

Existem tipos distintos de combinadores de guias de ondas, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Os estilos mais comuns incluem combinadores de guias de ondas geométricos, combinadores de guias de ondas difrativos e combinadores de guias de ondas holográficos.

Os combinadores de guias de onda geométricos são do tipo mais simples, mas podem ser volumosos e ter um campo de visão limitado. Os combinadores de guias de onda difrativos são mais complexos de fabricar, mas podem ser mais finos e ter um campo de visão mais amplo. Os combinadores de guias de onda holográficos são do tipo mais avançado e caros de fabricar.

Os combinadores de guia de ondas são normalmente usados ​​com motores leves para criar exibições AR baseadas em guias de ondas. Os motores leves são os componentes que geram a luz injetada no guia de ondas. Alguns dos tipos mais comuns de mecanismos de luz de microdisplay incluem cristal líquido sobre silício, micro-LED, micro-OLED, varredura por feixe de laser e MEMS.

O projeto do combinador Waveguide é uma tarefa desafiadora. Os projetistas devem considerar uma variedade de fatores, como desempenho óptico, capacidade de fabricação e custo. Alguns desafios importantes no projeto de combinadores de guia de ondas incluem o projeto do esquema EPE, a expansão do campo de visão, o projeto da geometria frontal dos acopladores, displays coloridos, eficiência óptica e otimização da uniformidade.

A tecnologia do combinador Waveguide ainda está em seus estágios preliminares de desenvolvimento, mas tem o potencial de revolucionar os monitores AR. Os projetistas estão trabalhando para superar os desafios atuais e desenvolver novos combinadores de guias de onda que sejam mais eficientes, acessíveis e fáceis de fabricar.

Os combinadores de guias de onda geométricos oferecem um campo de visão potencialmente grande (FoV), boa uniformidade, brilho ocular insignificante e alta eficiência, mas possuem um processo de fabricação mais complicado e baixo rendimento. Os combinadores de guia de onda difrativo têm uma eficiência relativamente baixa e um FoV menor, e também sofrem de outros problemas, como não uniformidade de cor, brilho nos olhos e efeito arco-íris.

Melhorar a eficiência do guia de ondas difrativo e ao mesmo tempo manter uma boa uniformidade é um desafio crucial. Avanços nos projetos de EPE, métodos de fabricação e desempenho de materiais de acopladores difrativos poderiam aprimorar os combinadores de guias de ondas difrativos para combinar com os combinadores de guias de ondas geométricos.

No entanto, a atual modulação do índice de refração dos VHGs (redes holográficas de volume) é insuficiente para estender o FoV além de 50°, e são necessários processos de fabricação de baixo custo e alta qualidade para SRGs (redes de relevo de superfície).

PVGs (redes de volume de polarização), um novo acoplador difrativo, fornece recursos de modulação dinâmica, expandindo a funcionalidade de monitores AR baseados em guias de ondas.

Os acopladores baseados em metasuperfície oferecem amplas liberdades de design, permitindo novas funcionalidades, como características acromáticas. Espera-se que novos avanços nos processos de engenharia e fabricação de dispositivos melhorem o desempenho de PVGs e acopladores baseados em metassuperfícies para monitores AR.

Mais informações: Yuqian Ding et al, Exibições de realidade aumentada baseadas em Waveguide:perspectivas e desafios, eLight (2023). DOI:10.1186/s43593-023-00057-z
Informações do diário: eLight

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências