AR нүдний шилний дэлгэц дээр дифракцийн долгион хөтлүүрийн технологи хэрхэн ажилладаг вэ?

Бидний өмнөх нийтлэл болох 'AR дифракцийн долгионы хөтлүүр гэж юу вэ?' хэмээх нийтлэлдээ бид дифракцийн долгион хөтлүүрийн үндсэн зарчмуудыг тайлбарлаж, гадаргуугийн рельефийн долгионы хөтлүүр болон эзэлхүүний голограф долгионы хөтлүүрийн хоорондох ялгааг онцолсон. Өнөөдөр бид дифракцийн долгион хөтлүүрийн үндсэн функцууд болон оновчлолын чиглэлийг илүү гүнзгий судалж, яагаад AR нүдний шилний үндсэн дэлгэцийн технологи болж гадаргуугийн рельефийн сараалж дээр суурилсан дифракцийн долгионы хөтлүүр гарч ирж байгаа талаар ярилцах болно.

01 Дифракцийн долгион хөтлүүрийн үндсэн үүрэг

1. Зургийн изометрийн дамжуулалт

Бидний өмнөх нийтлэлүүдээс бид микропроекцийн системээс (оптик хөдөлгүүр) ялгарч буй гэрлийг хүний ​​нүд рүү чиглүүлэхийн тулд дифракцийн долгионы хөтлүүр нь нэгдэх, гадагшлах процессыг туулах ёстой гэдгийг бид мэднэ. Тодруулбал, оптик хөдөлгүүрээс ялгарах гэрэл нь холбох тороор дамжин хавтгай долгионы хөтлүүрт орж, түүний дотор бүхэлдээ дотоод тусгалаар тархаж, эцэст нь холбогч сараалжаар нүд рүү дамждаг.

Энэ үйл явцын хамгийн чухал тал бол бүрэн дотоод тусгал юм. Гэхдээ дотоод тусгал яг юу вэ?

Гэрлийн хугарлын илтгэгч өндөртэй орчноос бага хугарлын илтгэгч рүү шилжих үед тусгалын өнцөг нь эгзэгтэй өнцгөөс их буюу тэнцүү байх үед нийт дотоод тусгал үүсдэг. Нийт дотоод ойлтын нөхцөл хангагдсан тохиолдолд гэрэл нь хавтгай долгионы хөтлүүрээр тусгалаар дамжихгүйгээр тасралтгүй тархаж, гэрлийн чиглэлийг өөрчлөх боломжийг олгоно. Бүхэл бүтэн дотоод тусгалын үр дүнд бий болсон байгалийн алдартай үзэгдэл бол сармагчин юм.

Ихэвчлэн AR нүдний шил нь оптик хөдөлгүүр ашиглан дүрс гаргадаг. Гэсэн хэдий ч оптик хөдөлгүүрийг линз дээр шууд байрлуулах нь хэрэглэгчийн харагдах байдалд саад болж, нүдэнд харагдахгүй байх болно. Түүнээс гадна, зөвхөн оптик хөдөлгүүрт найдах нь виртуал болон бодит зургийг нэгтгэх хүссэн үр дүнд хүрэхгүй.

Нийт дотоод тусгалын зарчмыг ашиглан дифракцийн долгионы хөтлүүр нь оптик хөдөлгүүрээр төсөөлж буй дүрсийг изометрээр дамжуулж, оптик хөдөлгүүрийг нүдний шилний дээд эсвэл хажуу талд байрлуулах боломжийг олгодог. Энэхүү арга нь хэрэглэгчийн хараанд саад учруулахаас зайлсхийж зогсохгүй гэрлийн дамжуулалтын өндөр хурд, дифракцийн долгион хөтлүүрийн нимгэн профайлаас шалтгаалан AR нүдний шилийг энгийн нүдний шилтэй ойртуулж, виртуал бодит интеграцийн хүссэн үр нөлөөг бий болгодог.

Дифракцийн долгионы хөтлүүр нь зөвхөн дүрсийг нүд рүү шилжүүлэх үүрэгтэй бөгөөд зургийн агуулгад нөлөөлөхгүй бөгөөд энэ нь зургийн хэмжээг томруулах, багасгах чадваргүй гэсэн үг юм.

2. Хоёр хэмжээст сурагчийн тэлэлт

Стандарт оптик дэлгэцийн шийдлүүд нь ихэвчлэн хүүхэн харааг тэлэх чадваргүй байдаг тул үзэгч зөвхөн оптик хөдөлгүүрийн гаралтын хүүхэн харааны хэмжээ (өөрөөр хэлбэл, нүдний хөдөлгөөний хүрээ) хүрээнд зураг үзэхийг хязгаарладаг. Жишээлбэл, хэрэв оптик хөдөлгүүрийн гаралтын нүд нь φ5 мм хэмжээтэй бол хэрэглэгч зөвхөн φ5 мм-ийн хүрээнд зургийг үзэх боломжтой. Энэ нь ертөнцийг цоорхойгоор харахтай адил бөгөөд энэ нь усанд орох, харааны мэдрэмжийг эрс бууруулдаг.

Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд дифракцийн долгионы хөтлүүр нь хүүхэн харааг хоёр хэмжээст тэлэх, гарах хүүхэн харааг томруулж, авсаархан хэмжээ, өргөн хүрээг харах боломжтой. Энэ нь нүдний хөдөлгөөний хүрээг хоёр чиглэлд үр дүнтэйгээр нэмэгдүүлж, дүрэх мэдрэмжийг дээшлүүлж, харааны мэдрэмжийг сайжруулж, мөн сурагчдын хоорондын зайг тохируулдаг. Энэ нь дифракцийн долгионы дамжуулагчийн хоёр дахь үндсэн функцийг илэрхийлдэг.

Хоёр хэмжээст сурагчийн өргөтгөлийг хэрэгжүүлэх хоёр арга зам байдаг. Эхнийх нь гурван нэг хэмжээст сараалж (өөрөөр хэлбэл, холбох сараалж, гулзайлтын сараалж, холбогч сараалж) ашиглах явдал юм. Хоёрдахь арга нь нэг хэмжээст сараалж (холбох сараалж) ба хоёр хэмжээст сараалжтай (холбох сараалж) ашигладаг.

Эхний аргад оптик хөдөлгүүрээс ялгарах гэрлийг холбогч тороор дамжуулан долгионы дамжуулагч руу холбодог. Дараа нь гэрэл бүхэлдээ дотоод тусгалд орж, гулзайлтын торыг цохиж, гэрлийн нэг хэсэг нь холбогч сараалж руу шилждэг бол үлдсэн гэрэл тусгалаар урагшаа тархдаг. Энэ гэрэл дахин гулзайлтын сараалж дээр тусах бөгөөд өөр хэсэг нь холболтын сараалж руу шилжих болно. Сурагчийг нэг хэмжээст тэлэхийн тулд энэ үйл явц давтагдана.

Эцэст нь, холбогч сараалж руу хүрч буй гэрэл нь түүний зарим хэсэг нь нүд рүү сарниж, үлдсэн гэрэл нь тусгалаар урагшаа тархаж, дахин холбогч сараалжтай харилцан үйлчилнэ. Энэ үйл явц нь сурагчдын нэг хэмжээст тэлэлтийн өөр чиглэлд хүргэдэг. Эдгээр хоёр нэг хэмжээст тэлэлтийг нэгтгэвэл хоёр хэмжээст сурагчийн тэлэлтийг бий болгодог.

Хоёрдахь аргад оптик хөдөлгүүрээс ялгарах гэрлийг холбох торыг ашиглан долгион хөтлүүр рүү холбосноор процесс эхэлдэг. Дараа нь гэрэл бүхэлдээ дотоод тусгалд орж, хоёр хэмжээст холболтын торыг цохино. Энэ үед гэрлийн нэг хэсэг нь нүд рүү тархаж, үлдсэн гэрэл нь хуваагдаж, хэвтээ болон босоо чиглэлд тусгалаар урагшаа тархдаг.

Дараа нь гэрэл дахин холбогч сараалжтай харилцан үйлчилж, өөр хэсэг нь нүд рүү шилжинэ. Энэ үйл явц давтагдаж, хоёр хэмжээст сурагчийн тэлэлт үр дүнтэй байдаг.

Дээрх нь хоёр хэмжээст сурагчийн өргөтгөлийн схемийн физик процессыг тайлбарласан болно. Харьцуулбал, эхний схем нь дифракцийн долгионы дамжуулагчийн дизайн, үйлдвэрлэлийн хувьд харьцангуй хялбар боловч линзний илүү их талбайг эзэлдэг. Нөгөө талаас, хоёр дахь схем нь хоёр хэмжээст сараалж ашиглахыг шаарддаг бөгөөд энэ нь дизайн хийх, үйлдвэрлэхэд илүү төвөгтэй байдаг тул хэрэгжүүлэхэд илүү төвөгтэй болгодог. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь илүү нягтралтай ерөнхий бүтцийг бий болгож, линзний талбайг багасгах боломжийг олгодог.

Хоёр хэмжээст хүүхэн хараа тэлэлтийг ашигласнаар бид нүдний хөдөлгөөний хүрээг нэмэгдүүлж, хэрэглэгчийн живэх чадварыг нэмэгдүүлээд зогсохгүй хэвтээ болон босоо чиглэлд оптик хөдөлгүүрийн жин, хэмжээсийг багасгаж, AR нүдний шилийг илүү хөнгөн, дасан зохицох чадвартай болгож чадна.

Хоёр хэмжээст хүүхэн харааны тэлэлт нь зургийг хэд хэдэн удаа давтдаг бол бид үнэндээ олон дүрс биш, зөвхөн нэг зургийг хүлээн авдаг гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Учир нь холбогч сараалжаар дамжуулж буй дүрс нь бодит зураг биш харин виртуал дүрс юм. Нэмж дурдахад, хүний ​​тархи өөрийн харж буй гэрлийн туяаг уртасгасан харааны шугамыг дагаж өөрийгөө хуурах хандлагатай байдаг. Сурагчийн тэлэлтээс үүссэн гэрлийн туяа нь нэг виртуал дүрсний өөр өөр өнцгүүдтэй тохирч байгаа тул нүд нь өргөжсөн гэрлийн туяаны хэчнээн өөр байрлалыг хүлээн авахаас үл хамааран тэдгээр нь уртасгасан харааны шугам дээр тулгуурлан ижил дүрс рүү буцаж очих болно.

Жишээлбэл, энэ нь онгоцны толины тусламжтайгаар лаа ажиглахтай адил юм. Лааны гэрэл нь толин тусгалыг тусгаж, нүд рүү орох бөгөөд дараа нь гэрлийн цацрагийн сунгасан шугам дээр үндэслэн виртуал дүрсийг эрэлхийлдэг. Диаграммд дүрслэгдсэн гурван гэрлийн цацрагийг дифракцийн долгионы дамжуулагчийн гурван өөр байрлалд өргөссөн гэрлийн цацраг гэж ойлгож болно. Диаграммд үзүүлсэнчлэн эдгээр гурван гэрлийн туяаг нэгэн зэрэг харахад тэдгээр нь бүгд ижил дүрс рүү чиглэж байна.

Нэмж дурдахад дифракцийн долгионы хөтлүүр нь эрчим хүчний үр ашиг багатай гэсэн нийтлэг буруу ойлголт байдаг. Бодит байдал дээр энэхүү ойлголт нь хүүхэн харааны хоёр хэмжээст тэлэлтэд хүрэх явцад үүсдэг бөгөөд дифракцийн долгионы дамжуулагч нь гэрлийн энергийг олон хэсэгт хувааж, түүнийг гарах сурагчийн байрлал бүрт жигд хуваарилах шаардлагатай болдог. Үүний үр дүнд нэгж талбайд ногдох эрчим хүч аяндаа буурдаг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид дифракцийн долгионы дамжуулагчаас бүх гэрлийн цацрагийг нүд рүү цуглуулвал түүний эрчим хүчний үр ашиг нь үнэндээ тийм ч бага биш гэдгийг олж мэдэх болно.

Тиймээс дифракцийн долгионы дамжуулагчийн эрчим хүчний үр ашиг багатай гэж үздэг гол шалтгаан нь сурагчийн тэлэлт юм. Гэсэн хэдий ч тэлэлт нь дифракцийн долгионы хөтчийн чухал шинж чанар бөгөөд өмнө дурдсанчлан олон давуу талыг санал болгодог. Тиймээс сурагчдын тэлэлтийн тодорхой түвшинд байлгахын зэрэгцээ эрчим хүчний үр ашгийг нэмэгдүүлэх нь чухал юм.

02 Дифракцийн долгионы хөтлүүрийг оновчтой болгох гурван үндсэн чиглэл

1. Гэрлийн дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгох

Өмнө дурьдсанчлан дифракцийн долгионы хөтлүүр нь эрчим хүчний үр ашиг багатай гэж олон хүмүүс ойлгодог. Энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд сурагчдын тэлэлтийг тодорхой түвшинд байлгахын зэрэгцээ гэрлийн дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгох замаар эрчим хүчний хэмнэлтийг сайжруулах шаардлагатай байна.

Нано хэмжээст торны онцлогийн хэмжээ нь гэрлийн долгионы урттай харьцуулах боломжтой тул тархалтын явцад гэрлийг энгийн туяа биш харин цахилгаан соронзон долгион гэж үзэх нь чухал юм. Гэрэл сараалжтай тулгарах үед хэд хэдэн өөр чиглэлд (дифракцийн дараалал) хуваагддаг бөгөөд энэ үйл явцад гэрлийн энергийн зарим хэсэг нь алдагддаг.

Гэрлийн энергийн дийлэнх хэсгийг дифракцийн долгион хөтлүүртэй холбосон байхын тулд бид дифракцийн долгионы хөтлүүрийн ажлын дараалал болгон тэгээс өөр дифракцийн тодорхой дарааллыг (нийт дотоод ойлтын нөхцлийг хангасан) сонгодог. Сараалжтай ажиллах хугацаа, ажлын мөчлөг, ховилын гүн, хажуугийн өнцөг зэрэг параметрүүдийг нарийн хянаснаар бид гэрлийн дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгож, гэрлийн энергийн ихэнх хэсгийг энэ ажлын дараалалд төвлөрүүлж чадна. Энэ нь эргээд эрчим хүчний хэмнэлтийг нэмэгдүүлж, зургийн тод байдлыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.

2. Янз бүрийн тохиолдлын өнцөгт дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгох

Сараалжийг оновчтой болгоход анхаарах бас нэг чухал хүчин зүйл бол гэрлийн тусгалын өнцгийн дифракцийн үр ашигт үзүүлэх нөлөө юм.

Оптик хөдөлгүүрээр төсөөлж буй дүрс нь гэрлийн гадаргууг бүрдүүлдэг тул энэ гадаргуу дээрх янз бүрийн байрлалаас гэрэл нь дифракцийн долгионы дамжуулагч руу янз бүрийн өнцгөөр ордог. Дифракцийн долгионы хөтлүүрүүдийн хувьд өөр өөр өнцгүүд нь дифракцийн үр ашгийг өөр өөр үр дүнд хүргэдэг бөгөөд энэ нь зургийн ерөнхий тод байдлын зөрчилд хүргэдэг.

Тиймээс дифракцийн тодорхой дарааллын хувьд дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгохоос гадна жигд тод байдлыг хангахын тулд янз бүрийн өнцгөөр тусах гэрлийн дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгох нь чухал юм.

3. Янз бүрийн долгионы уртын дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгох

Гэрлийн янз бүрийн өнгө нь янз бүрийн долгионы урттай байдаг бөгөөд энэ нь тэдний дифракцийн үр ашигт нөлөөлдөг. Нэмж дурдахад, янз бүрийн долгионы урт нь дифракцийн янз бүрийн өнцгийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хүүхэн хараа тэлэх явцад янз бүрийн өнгөт гэрлийн холболтын сараалжтай харилцан үйлчлэлийн давтамж өөр өөр байх болно гэсэн үг юм. Эдгээр хоёр хүчин зүйл нь гэрлийн өнгө бүрийг ижил энергийн харьцаатай нүд рүү нэвтрүүлэхэд хүндрэл учруулж, өнгөний жигд байдалд асуудал үүсгэдэг. Тиймээс нэг давхаргат дифракцийн долгионы хөтлүүрийг ашиглан зураг дээр сайн өнгөний жигд байдалд хүрэх нь хэцүү байдаг.

Янз бүрийн долгионы урттай гэрэл ижил энергийн харьцаатай гарахын тулд ихэвчлэн дифракцийн долгионы хөтлүүрийг олон давхаргат (хоёр давхарга ба түүнээс дээш) давхарлан ашигладаг. Дифракцийн долгионы хөтлүүрийн давхарга бүр нь тодорхой долгионы уртын муж дахь энергийг хянах, сайжруулахын тулд оновчлогдсон бөгөөд давхаргууд хоорондын харилцан яриаг дарах болно. Энэ арга нь янз бүрийн долгионы урттай гэрэл эцэстээ ижил энергийн харьцаатай нүд рүү орж, өнгөний жигд байдлыг сайжруулж, хэвийн, тод дүрсийг харуулах боломжийг олгодог.

03 Дүгнэлт

Нэг талаас, дифракцийн долгионы хөтлүүр нь дүрсийг изометрийн дамжуулалт ба хоёр хэмжээст хүүхэн хараа тэлэх гэсэн хоёр үндсэн үүрэгтэй. Эдгээр функцүүд дээр тулгуурлан AR нүдний шилийг хөнгөн, нарийхан болгохын зэрэгцээ өргөн хүрээний хэрэглэгчдийг багтаах боломжтой болгож, гүн гүнзгий мэдрэмж, харааны гайхалтай мэдрэмжийг өгдөг. Нэмж дурдахад, хагас дамжуулагч процессыг нэгтгэх нь дифракцийн долгионы хөтлүүрийг үйлдвэрлэх чадварыг сайжруулж, AR нүдний шилийг хэрэглэгчийн зах зээлд нэвтрүүлэх бат бөх суурийг тавьдаг.

Нөгөөтэйгүүр, AR нүдний шилний дэлгэцийн гол технологи болохын хувьд дифракцийн долгионы хөтлүүр нь асар их боломжийг санал болгодог боловч нэлээд төвөгтэй байдлыг бий болгодог. Дифракцийн үр ашгийг оновчтой болгохын тулд дифракцийн дараалал, ослын өнцөг, долгионы урт зэрэг олон талаас нь авч үзэх шаардлагатай.

Технологийн тасралтгүй дэвшил, цаашдын гүйцэтгэлийн оновчлолын ачаар AR дифракцийн долгионы хөтлүүр нь AR нүдний шилийг өрхүүдэд авчрахад бэлэн байна.