AR толқын бағыттағыштарына жаңа көзқарас: поляризацияға негізделген аймақтарға бөлу прототипінің жарықтығының біркелкілігін 70%-ға дейін арттырады

AR көзілдірігінің толқын өткізгіштері көз қозғалысы үшін белгілі бір маржаны қажет етеді — бұл 'көз қорабы' деп аталады. Дегенмен, үлкенірек көз қорабы жобаланған жарықтың кеңірек аумаққа таралатынын білдіреді, ал пайдаланушының қарашығы оның аз ғана бөлігін түсіреді. Жеңіл қозғалтқыштың қуатын жай ғана ұлғайту қуат тұтынудың жоғарылауына және үлкен жылу жүктемесіне әкеледі. Кез келген сәтте нақты қажетті аймақты ғана жарықтандыру кезінде функционалды көз қорапшасының ауқымын сақтау мүмкін бе?

2026 жылы журналында жарияланған Nilsen және т.б. мақаласы Advanced Photonics Research нақты тәсілді ұсынады: шығу-қарашықтың экстракция аймағын әртүрлі дөңгелек поляризация күйлеріне жауап беретін аймақтарға бөлу және қай аймақ белсенді екенін таңдау үшін кіріс поляризациясын пайдалану. Бүкіл үлкен көз қорабын бір уақытта жарықтандырудың орнына, бұл әдіс үлкенірек, қолдануға болатын ауқымды қамту үшін 'ауыспалы, кішірек көз жәшіктерін' пайдаланады.

Дәстүрлі шығу-қарашықтың кеңеюінде жоғалтулар қай жерде болады?

Көзге жақын дисплей (NED) жүйелерінде толқын өткізгіш әдетте кіріс қосқышы арқылы оптикалық қозғалтқыштан кескінді алады. Содан кейін жарық шығыс қосқышы арқылы пайдаланушының көзіне бағытталғанға дейін толық ішкі шағылысу (TIR) ​​арқылы толқын өткізгіш арқылы таралады. Көздің орнын ауыстырған кезде де толық көру өрісінің көрінуін қамтамасыз ету үшін шығыс қосқышы шығатын көз қарашығын үлкенірек аумақта қайталауы керек. Мәселе мынада, жарық сәулесі шығыс қосқышымен әрекеттескен сайын оның энергиясының бір бөлігі алынуы мүмкін. Сәйкесінше, жарық тараған сайын шығыс қосқышының келесі бөлімдері үшін аз қуат қолжетімді болып қалады, бұл көз қорабында айқын жарықтық градиентіне әкелуі мүмкін.

Бұл құжат сыртқы байланыстар ретінде пайдаланылатын поляризациялық көлемдік торларды (PVGs) зерттейді. PVG-тер айналмалы поляризацияланған жарықтың берілуіне негізделген селективтілікті көрсетеді. Авторлар, әйтпесе көз қорабының бүкіл аумағын қамтитын бір-бірінен тыс қосылатын аймақты екі бірдей ұзындықтағы сегменттерге бөледі: біреуі сол жақтағы шеңберлі поляризацияланған (LCP) жарыққа және екіншісі оң жақтағы поляризацияланған (RCP) жарыққа жауап береді. Кіріс поляризациясын ауыстыра отырып, жарық тек таңдалған жарты аймақты жарықтандыратын белгілі бір ілінісу және шығу жолдары бойынша бағытталады.

Оңай шатастырылатын екі ұғымды ажырату маңызды: жалпы адрестік диапазон және кез келген сәтте жарықтандырылған аумақ. Екі сегмент біріктірілген көз қорабының бастапқы ұзындығын жабады, бірақ бір уақытта тек бір сегмент белсенді болады. Практикалық өнім үшін жарықтандырылған аймаққа қарашықты бақылауға мүмкіндік беру үшін электронды басқарылатын поляризациялық коммутациямен біріктірілген көзді бақылау технологиясы қажет болады. Қағазда ұсынылған прототип мұндай тұйық жүйені қамтымайды; оның орнына ол поляризацияны қолмен ауыстыру үшін сызықтық поляризаторға және ширек толқынды пластинаға сүйенеді.

Зерттеу жұмысын қалай растауға болады?

Авторлар алдымен OpticStudio көмегімен толық ұзындықтағы ажыратқыш дизайнын қос аймақты дизайнмен салыстырды. Бастапқы модельдеу 550 нм коллимацияланған тікбұрышты сәулені, ұзындығы 55 мм қалыңдығы 1 мм толқын өткізгішін (сыну көрсеткіші 1,8) және 400 нм периоды бар қосқышты пайдаланды; қос аймақты ажыратқыштың жалпы ауданы толық ұзындықтағы нұсқамен бірдей болды. Көру аймағының орталық сәулесінің біркелкілігі 35,8%-дан 69,4%-ға дейін жақсарды. Бұл жұмыста біркелкілік пайызбен көрсетілген ең аз қарқындылықтың іріктеу аймағының ішіндегі максималды қарқындылыққа қатынасы ретінде анықталады; ол жүйенің жалпы оптикалық тиімділігін көрсетпейді.

Кейіннен авторлар қос аймақтық прототипті жасап, оны ұзындығы 15 мм толық ұзындықтағы ажыратқышпен салыстырды. Қос аймақтық дизайн әрқайсысы қарама-қарсы дөңгелек поляризацияға жауап беретін ұзындығы 7,5 мм екі бөліктен тұрды. Қалыпты жағдайда 532 нм лазермен сынау дифракция тиімділігі төмен үлгілер үшін шамамен 6 ×1 мм саңылау арқылы өлшенген, сәйкесінше 9,11 мкВт және 9,85 мкВт жалпы қуаттармен біркелкіліктің 44,0%-дан 70,1%-ға дейін жақсарғанын көрсетті. Бұл нәтижелер 'бөлу біркелкілікті жақсартады' деген пікірді қолдағанымен, үлгілердің екі түрі үшін жалпы қуат мәндері тек салыстырмалы; сондықтан жарықтықтың екі еселенуі тәжірибе жүзінде тексерілді деп айту қате болар еді.

Авторлар сонымен қатар сұйық кристалды материалдың құрамын түзетіп, қосылыс торларының дифракциялық тиімділігін шамамен 60,5%-дан 74%-ға дейін арттырды. Сәйкес толық ұзындықты және қос аймақты үлгілер үшін біркелкі мәндері сәйкесінше 15,9% және 38,8% болды, ал көз қорабындағы өлшенген жалпы қуат 10,52 мкВт және 11,01 мкВт болды. Айысу коэффициентін арттыру жарықтың үлкен бөлігінің толқын өткізгіштен ертерек шығуына әкеледі; демек, жалпы қуаттың ұлғаюы кеңістіктегі біркелкіліктің төмендеуімен сәйкес келуі мүмкін. Қос аймақтық тәсіл оны толығымен жоймаса да, бұл айырбастауды жеңілдетеді. Сондай-ақ жұмыста төрт аймақты, екі өлшемді шығу-оқушыны кеңейту жүйесінің дизайны мен имитациясы ұсынылған; 532 нм коллимацияланған жарықты пайдаланатын жеке модельде біркелкілік 19,2%-дан 51,2%-ға дейін жақсарды. Төрт аймақтық конфигурация тәжірибе жүзінде тексерілмегендіктен, бұл көрсеткішті жоғарыда аталған екі аймақтық прототиптен алынған өлшенген нәтижелермен бірдей дәлелдеу деңгейіне қою мүмкін емес.

Жарықтық және көз қорабы: бір үлкейту факторынан тыс

Автор әлеуетті көрсету үшін жеңілдетілген бір өлшемді модельді қолданады: бір әрекеттесу үшін 20% қосылыс тиімділігін болжасақ — толық ұзындықтағы қосылыс аймағындағы 10 өзара әрекеттесу және жарты ұзындықтағы аймақтағы 5 әсерлесумен — есептелген біркелкі ұзындықтың жартылай аймағы үшін шамамен 41% және толық ұзындықтағы аймақ үшін шамамен 41% құрайды. Жартылай ұзындықтағы аймақтың қосылыс тиімділігін одан әрі арттыру арқылы теориялық тұрғыдан алғанда, жарықтандырылған кішірек аймақтан толық ұзындықтағы аймақпен салыстырылатын жалпы қуатты алуға болады, нәтижесінде жергілікті жарық қарқындылығы екі есеге жуық жоғары болады.

Дегенмен, бұл 'екі есе' ұлғайту физикалық прототип үшін эмпирикалық түрде өлшенген жарықтық артуын емес, идеалдандырылған үлгіден алынған жоғарғы шекті білдіреді. Шындығында, PVG (Поляризация көлемінің торы) тиімділігі толқын ұзындығына, бұрышқа және поляризация күйіне байланысты өзгереді; сонымен қатар таралу кезіндегі поляризацияның ауытқуы және қабаттар арасындағы интерфейстердегі жоғалтулар да нәтижені өзгерте алады. Ең бастысы, егер кішірек аймақ таңдалса, пайдаланушының көзі шекараға немесе басқа аймаққа ауысса, жүйе динамикалық түрде ауысуы керек; егер екі аймақ бір уақытта жарықтандырылса, қолда бар қуатты олардың арасында қайта бөлу керек. Демек, мақаланың атауында ұсынылғандай 'кеңейтілген' көз қорабы және 'жақсартылған' жарықтық талаптарын бір уақытта және сөзсіз қол жеткізуге болатын артықшылықтар емес, сәулет ұсынған екі ерекше дизайн мүмкіндігі ретінде түсіну керек.

Мұны көзілдірікке айналдыру үшін әлі не қажет?

Жүйе құрастырушылары үшін бұл жұмыстың құндылығы тек тордың басқа түрін қолдануда ғана емес, сонымен қатар «барлық аймақты пассивті түрде жарықтандырудан» «көз қарашығының позициясына қарай жарықты таратуға» көшу тәсілін өзгертуде. Бұл сонымен қатар жаңа инженерлік қиындықтарды тудырады:

1. Көзді жабық цикл арқылы бақылау

Бақылау дәлдігін, поляризацияны ауыстыру кезіндегі кідірісті және көз әртүрлі аймақтарда қозғалған кезде кескіннің үздіксіздігін тексеру қажет. Қағазда ұсынылған прототип бұл жабық жүйені әлі растаған жоқ.

2. Шекаралар және қиылысу

Аймақтар арасындағы шекаралар көру өрісін (FOV) қысқартуы мүмкін, ал күтпеген қосылу жолдары таңдалмаған аймақтарда 'елес' кескіндердің (жарық) пайда болуына әкелуі мүмкін. Қағазда осы елес суреттердің фотосуреттері ұсынылғанымен, ол жаппай өндіріс дизайнына тікелей қолдануға болатын төзімділік бюджетін қамтамасыз етпейді.

3. Толық түсті және кең көру өрісі

Тәжірибелер негізінен 532 нм монохроматикалық қондырғыға негізделген. Толық түсті өнімділікке қол жеткізу төрт аймақтық дизайнда қолданылатын поляризациялық көлем торларының (PVGs) және геометриялық фазалық дефлекторлардың дисперсиялық және бұрыштық жауап сипаттамаларын шешуді талап етеді. Авторлар сонымен қатар аймақтардың санын көбейту FOV қиюына немесе оптикалық қиылысуға әкелуі мүмкін екенін атап өтеді.

4. Көп қабатты дайындау және теңестіру

Қос аймақтың прототипі арасында ауа саңылауы бар бір-бірімен байланыстырылған айқын поляризациялық жауаптары бар екі толқын өткізгіштен тұрады. Аймақтар саны артқан сайын біріктіргіштер, жиналмалы муфталар және ажыратқыштар арасындағы кеңістіктік байланыстар айтарлықтай күрделене түседі; кез келген сәйкессіздік әртүрлі аймақтар шығарған кескіндер арасында салыстырмалы орын ауыстыруды тудыруы мүмкін.

Сондықтан, осы жұмыстың сенімді қорытындысы қағазда ұсынылған нақты монохроматикалық жағдайларда, прототип конфигурациясында және өлшем параметрлерінде поляризациялық-селективті аймақтарға бөлу көздің қабығының жарықтығының біркелкілігін айтарлықтай жақсартады; Сонымен қатар, төрт аймақты, екі өлшемді схема одан да үлкен кеңейту мүмкіндігін ұсынады. Егер мақсат тозуға болатын, толық түсті AR жүйесі болса, онда оптикалық тиімділік, көру өрісі, қозғалыстың фотонға кідірісі, айқаспалы байланыс және жинаққа төзімділік сияқты қосымша факторлар да жүйе деңгейіндегі кешенді сипаттамалар шеңберінде бағалануы керек.

Бұл жасанды интеллектпен жұмыс істейтін жеңіл көзілдірік үшін нені білдіреді?

Бұл 'аймақтастырылған қосылыс' тәсілінің құндылығы, ең алдымен, өндіруге дайын, толық түсті шешімді қамтамасыз етудің орнына, толқын өткізгіштерде оптикалық шығысты таратудың жаңа инженерлік нұсқаларын ұсынуда жатыр. SOTECH-те көзге жақын дисплей технологияларын бағалау кезінде біз олардың сыртқы ашық жарықта оқу мүмкіндігі, ұзақ тозу кезінде қуат тұтыну және жылу өндіру, көз қорабының біркелкілігі және құрылғының жалпы салмағы мен киюге ыңғайлылығы арасындағы нәзік тепе-теңдік сияқты нақты әлемде пайдалану сценарийлерінде нақты артықшылықтар беру қабілетін де бағалаймыз.

Жеңіл AI көзілдіріктері үшін SOTECH G55, қазіргі басты назар жетілген толқындық оптика, Micro-LED дисплейлері және біріктірілген құрылымдық дизайн арасындағы синергияға бағытталған. Бұл субтитрлер, шарлау шақырулары немесе телепромптер мәтіні сияқты ақпараттың күнделікті пайдалану кезінде пайдаланушының табиғи көру өрісіне кедергі келтірместен анық және тұрақты болып қалуын қамтамасыз етеді. Көзді бақылау, поляризацияны ауыстыру және аймақтан тыс байланыстыру сияқты технологиялар жетілдіріліп жатқандықтан, ұқсас тәсілдер мұндай құрылғыларға жарықтық, қуат тиімділігі мен көз-бокс тәжірибесінің сапасы арасындағы нақтырақ тепе-теңдікке қол жеткізуге көмектесуі мүмкін.