Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Нарастающая вычислительная мощность современных устройств и повсеместная цифровизация позволили вывести технологии дополненной и виртуальной реальности на принципиально новый уровень, в результате чего они могут выйти за пределы индустрии развлечений и охватить широкий спектр новых сфер деятельности человека. Анализ таких устройств и различных способов вывода изображения пользователю показывает, что с точки зрения обеспечения наилучших рабочих параметров, а именно рабочее угловое поле и размер выходного зрачка устройства, на данный момент лидирующие позиции занимает технология голографических волноводов [1, 2].
Голографические волноводы представляют собой стеклянные плоскопараллельные пластины, в которых излучение распространяется за счет полного внутреннего отражения (ПВО), а в качестве компонентов ввода и вывода излучения применяются дифракционные оптические элементы в виде рельефно-фазовых или объемных дифракционных решеток, сформированных на поверхности или внутри волновода [2, 3].
Задача разработки оптической системы устройства дополненной реальности заключается в соблюдении лучшего компромисса между эффективностью волновода, размером рабочего углового поля и выходного зрачка, равномерностью яркости в пределах поля зрения, затратами на производство и размером/весом. В данной работе анализируется влияние структуры и формы профиля дифракционных решеток на качество изображения, выражаемого присутствием хроматических аберраций и других артефактов по равномерности яркости. Исследования направлены на обеспечение качественной передачи изображения через голографический волновод, полученный по аналоговой технологии.
Наиболее перспективной реализацией с точки зрения обеспечения наилучшей равномерности яркости наблюдаемого изображения на базе аналоговой технологии является конфигурация, описанная ниже. Голографический волновод разбит на 5 зон: две для ввода излучения внутрь пластины, две для расширения выходного зрачка по горизонтали и одна — для вывода излучения в сторону глаза оператора. В первой зоне записываются две отдельные решетки под углом плюс и минус 60° друг относительно друга, т. е. область ввода физически разбита на 2 части, каждая из которых отвечает за дифракцию и ввод в пластину своей части падающего излучения. В промежуточной зоне 2 записывается одномерная дифракционная решетка, причем для правой и левой части записываются две разные решетки с углами поворота минус и плюс 60° соответственно, таким образом, чтобы дифрагировавшее на ней излучение направлялось вниз в сторону области вывода. При этом период всех трех решеток на отдельной световодной пластине одинаковый, т.е. отличается только ориентация штрихов.
В данной реализации голографический волновод состоит из трех отдельных пластин для RGB-составляющих. Периоды структур составляют 380, 430 и 520 нм (для каждой из трех RGB-пластин), а рекомендованная глубина поверхностного рельефа составляет от 130 до 180 нм. Это условие, во-первых, согласуется с выравниванием дифракционной эффективности при дифракции пучков с различным углом падения. Во-вторых, при такой глубине профиля меньше проявляется свойство зависимости дифракционной эффективности от поляризации. Для определения эффективности дифракционных решеток в зависимости от формы профиля, глубины поверхностного рельефа и углов падения излучения использовался метод фурье-мод [4, 5].
