Waveguide Image Combiners para Displays de Realidad Aumentada
La invención que se presenta se refiere a los waveguide image combiners (combinadores de imagen por guía de ondas) utilizados para la transmisión de imágenes monocromáticas o a color en displays de realidad aumentada. Estos dispositivos son esenciales en la creación de experiencias inmersivas al combinar imágenes reales con contenido auxiliar.
El combinador utiliza múltiples sustratos apilados y pares de elementos ópticos holográficos volumétricos (VHOEs) para expandir el campo de visión (FOV) horizontal y un expansor de imagen para aumentar el FOV vertical. Gracias a esta configuración, el combinador proporciona un FOV diagonal de al menos 50°, un FOV horizontal de al menos 40° y un FOV vertical de al menos 25°.
Características Técnicas del Combinador de Imagen
El combinador ofrece una caja ocular horizontal de hasta 20 mm y una vertical de 10 mm, manteniendo una alta eficiencia de luz del 80% o más para la escena real. Este sistema es capaz de usar un motor de luz basado en LEDs de banda ancha, lo que permite mantener un amplio FOV horizontal y una alta transmisión de la imagen real.
Además, la invención aborda problemas comunes en los sistemas existentes, como astigmatismo, superposición de imágenes, balance de color y reducción del tamaño de la caja ocular debido a los pequeños aperturas del motor de luz.
Diseño del Waveguide Image Combiner
El sistema comprende un primer sustrato ópticamente transparente con superficies superior e inferior, y un primer par de VHOEs espaciados y superpuestos en la superficie superior del sustrato. Un segundo sustrato transparente se apila sobre el primero, permitiendo un segundo par de VHOEs que corresponden a un segundo rango angular. Esta disposición asegura que cada VHOE esté diseñado para transmitir luz de forma efectiva a través de reflexión interna total (TIR).
Los elementos VHOE permiten que la luz desde el motor de luz se difracte en rangos angulares no superpuestos pero contiguos, maximizando la eficiencia del sistema.
Expansor de Imagen
El expansor de imagen se utiliza para duplicar el pupilaje del motor de luz en la dirección vertical, maximizando la caja ocular vertical. Este expansor puede implementar diversos elementos reflejantes como espejos o elementos difractivos como HOEs o gratings. Se espera que el expansor proporcione eficiencias de transmisión superiores al 80% y un FOV expandido de al menos 25°.
Rango de Aplicaciones y Eficiencia
Este sistema es particularmente útil en aplicaciones de realidad aumentada, donde se requiere la integración de contenido generado por computadora con imágenes del mundo real. La capacidad de mantener un balance de color y una alta eficiencia de transmisión permite que el usuario tenga una experiencia visual óptima sin distorsiones.
Las innovaciones en el diseño del combinador, como el apilamiento de múltiples sustratos y el uso de estrategias de multiplexión de color, aseguran que los usuarios experimenten una visualización clara y sin artefactos visuales indeseados, lo que representa un avance significativo en la tecnología de displays de realidad aumentada.
Conclusiones sobre el Combinador de Imagen por Guía de Ondas
La invención de un combinador de imagen por guía de ondas presenta una solución eficiente y efectiva para la creación de dispositivos de realidad aumentada con un FOV amplio, alta eficiencia de luz y una experiencia de usuario mejorada. Este avance no solo mejora la calidad de la visualización, sino que también abre nuevas posibilidades para aplicaciones futuras en la realidad aumentada y otros campos tecnológicos relacionados.
Fuente: US20200225416A1 – Waveguide Image Combiners for Augmented Reality Displays
