Augmented Reality (AR) nimmt digitale Bilder auf und überlagert sie mit Ansichten der realen Welt. Aber AR ist mehr als eine neue Art, Videospiele zu spielen; es könnte die Chirurgie und selbstfahrende Autos verändern. Um die Technologie einfacher in gängige persönliche Geräte integrieren zu können, haben Forscher Bericht In ACS Photonics wie man zwei optische Technologien in einem einzigen hochauflösenden AR-Display kombiniert. In einem Brillenprototyp verbesserten die Forscher die Bildqualität mit einem Computeralgorithmus, der Verzerrungen entfernte.
AR-Systeme, wie sie in sperrigen Brillen und Head-up-Displays in Autos verbaut sind, erfordern tragbare optische Komponenten. Doch das Verkleinern eines typischen AR-Systems mit vier Linsen auf die Größe einer Brille oder kleiner verringert in der Regel die Qualität des computergenerierten Bildes und verkleinert das Sichtfeld.
Youguang Ma und seine Kollegen haben möglicherweise eine Lösung gefunden, um die Technologie zu verdichten. Sie kombinierten zwei optische Technologien – eine Metaoberfläche und eine Brechungslinse – mit einem Mikro-LED-Bildschirm (der Reihen winziger grüner LEDs zur Bildprojektion enthält) und schufen so ein kompaktes Hybrid-AR-Design mit einer einzigen Linse.
Die Metaoberfläche ihres Displays ist ein ultradünner, leichter Siliziumnitridfilm, in den ein Muster eingeätzt wurde. Das Muster formt und fokussiert das Licht der grünen Mikro-LEDs. Dann bildet sich ein schwarz-grünes Bild auf einer Brechungslinse aus einem synthetischen Polymer, die das Bild verfeinert, indem sie das Licht schärft und Aberrationen im Licht reduziert.
Das endgültige Bild wird aus dem System projiziert und auf ein Objekt oder einen Bildschirm projiziert. Um die Auflösung des projizierten Bildes weiter zu verbessern, verwendeten Ma und das Team Computeralgorithmen, um kleinere Unvollkommenheiten im optischen System zu identifizieren und zu korrigieren, bevor das Licht die Mikro-LED verlässt.
Die Forscher integrierten das hybride AR-Display in eine Brille und testeten die Leistung des Prototyps mit computergestützter Bildverbesserung. Die projizierten Bilder des Einlinsen-Hybridsystems wiesen in einem Sichtfeld von 30° eine Verzerrung von weniger als 2 % auf – eine Bildqualität, die mit der aktueller kommerzieller AR-Plattformen mit vier Linsen vergleichbar ist. Anschließend bestätigten die Forscher, dass ihr computergestützter Vorverarbeitungsalgorithmus ein neu projiziertes AR-Bild eines Roten Pandas verbesserte.
Der neu projizierte Rote Panda war strukturell dem Originalbild zu 74,3 % ähnlich – eine Verbesserung um 4 % gegenüber der unkorrigierten Projektion des Bildes. Mit weiterer Entwicklung, so die Forscher, könnte die Plattform von Grün auf Vollfarbe erweitert werden und eine neue Generation von Mainstream-AR-Brillen ermöglichen.
Weitere Informationen:
Qikai Chen et al, Hybrid Meta-Optics Enabled Compact Augmented Reality Display mit Computational Image Reinforcement, ACS Photonics (2024). DOI: 10.1021/acsphotonics.4c00989