Um display de guia de onda para AR conduz luz de um sistema de imagem por um substrato transparente e a extrai em direção ao olho. As cinco funções principais são gerar a imagem, acoplar, transportar, expandir a pupila e extrair. Nem toda implementação usa as mesmas grades ou índices de refração.
1. Fonte e projeção
A fonte produz a imagem, e a óptica prepara seus ângulos e frente de onda. A guia costuma ser um componente óptico passivo que transporta luz, não um painel que emite cada pixel por conta própria.
A resolução da fonte não determina sozinha a resolução percebida. Aberrações, registro das cores e posição do olho participam. Num visor transparente, a iluminação externa também altera o contraste percebido.
2. Acoplamento de entrada
Prismas ou estruturas difrativas podem orientar luz para propagação interna. Arquiteturas difrativas e de refletores geométricos não exigem os mesmos processos. Um passo de grade de 300–500 nm não é universal.
A difração depende do comprimento de onda e da direção. Para RGB, avalie eficiência, ângulos e polarização por cor. A eficiência de um acoplador não equivale ao rendimento completo da fonte até o olho.
3. Reflexão interna total
Numa interface simples entre meios transparentes com n1 > n2, a reflexão interna total pode ocorrer quando o ângulo, medido desde a normal, supera θc = arcsin(n2/n1).
Com ar externo de índice aproximadamente 1, substratos de índice 1,5, 1,8 e 2,0 dão ângulos críticos de aproximadamente 41,8°, 33,7° e 30°. Não imponha 41° a todo vidro de índice alto. Adesivos e revestimentos mudam a interface a analisar.
A reflexão interna total ideal não perde necessariamente 15–30% em cada reflexão. Na estrutura real, separe absorção, espalhamento, extração intencional e outras perdas. Reflexão total e difração são fenômenos diferentes.
4. Expansão da pupila e eyebox
Distribuir a pupila de saída por várias posições cria a região de posicionamento do olho, chamada eyebox. A expansão pode ocorrer em uma ou duas dimensões conforme a arquitetura.
Lumus descreve, por exemplo, entrada por prisma e dois conjuntos de superfícies refletoras para expansão e saída. É uma construção específica, não a descrição de todas as guias.
Espalhar uma quantidade limitada de luz sobre região maior exige controlar brilho e uniformidade. Eyebox é uma região de posições; campo de visão, FoV, é a extensão angular da imagem. Não são a mesma grandeza.
5. Extração e cena externa
A estrutura de saída dirige uma fração controlada da luz ao olho. Verifique uniformidade de brilho e cor, imagens fantasma e luz que sai na direção externa.
Rastreamento ocular pode ajudar interação e renderização. Ele não muda sozinho foco óptico ou dioptrias. Um sistema de foco variável precisa dos elementos ópticos e de controle correspondentes.
Pancake e guia metálica
Óptica pancake emprega um caminho dobrado com elementos específicos, frequentemente relacionados à polarização. Reflexões internas não transformam toda guia AR numa lente pancake.
Guias metálicas de micro-ondas e ópticas conduzem ondas eletromagnéticas, mas materiais, frequências e condições de contorno diferem. Dimensões WR-90 e regras de flange RF não se transferem diretamente para vidro AR.
Dados para comparação
- FoV horizontal, vertical ou diagonal identificado.
- Eyebox e distância do olho.
- Brilho e eficiência com posições e referências.
- Resolução angular, uniformidade e fantasmas.
- Transmissão da cena, espessura e camadas.
Consulte os princípios de guias ópticas, a reflexão interna total e a arquitetura refletora Lumus. Um resultado de fabricante não garante o mesmo desempenho em todas as tecnologias.
