La nueva 贸ptica Pancake transforma las pantallas VR y MR de pr贸xima generaci贸n

Una nueva publicaci贸n en Opto-Electronic Advances, 10.29026/oea.2024.230178, describe una revoluci贸n en las pantallas de realidad virtual y resonancia magn茅tica de pr贸xima generaci贸n con nuevas 贸pticas tipo panqueque.

La realidad aumentada (AR), la realidad virtual (VR) y la realidad mixta (MR) han ampliado nuestra percepci贸n, han superado los l铆mites de las pantallas planas tradicionales y han profundizado la interacci贸n humano-digital. Esta evoluci贸n ha abierto una gama de nuevas e interesantes posibilidades, incluidos metamundos, gemelos digitales y computaci贸n espacial, que han encontrado aplicaciones generalizadas en campos tan diversos como la educaci贸n inteligente, la formaci贸n, la atenci贸n sanitaria, la navegaci贸n, los juegos, el entretenimiento y la fabricaci贸n inteligente. . .

Para que las pantallas AR, VR y MR se puedan usar durante mucho tiempo, son esenciales un factor de forma compacto y elegante, peso ligero y bajo consumo de energ铆a. En comparaci贸n con las lentes Fresnel y las lentes refractivas, las 贸pticas plegadas basadas en polarizaci贸n, a menudo llamadas 贸pticas tipo panqueque, han supuesto un gran avance en los cascos de realidad virtual compactos y livianos como Apple Vision Pro y Meta Quest 3 en los 煤ltimos a帽os. La 贸ptica Pancake reduce significativamente el volumen de la pantalla de realidad virtual, lo que mejora el centro de gravedad del auricular. Sin embargo, el semiespejo utilizado provoca una gran p茅rdida 贸ptica, lo que limita la eficiencia m谩xima al 25%. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de nuevas estructuras 贸pticas que puedan plegarse como lentes tipo panqueque y no tener p茅rdida 贸ptica.

Los autores de este art铆culo han estudiado cuidadosamente el motor de luz, la 贸ptica de im谩genes y el consumo de energ铆a de las pantallas AR, VR y MR. Este art铆culo propone un sistema 贸ptico panqueque innovador dise帽ado para un volumen reducido y una alta eficiencia de pantallas de realidad virtual y resonancia magn茅tica. La motivaci贸n de esta investigaci贸n es la creciente demanda de cascos VR/MR que no s贸lo sean visibles, sino que tambi茅n puedan usarse c贸modamente durante largos per铆odos de tiempo. Los cascos de realidad virtual con 贸ptica tipo panqueque tradicional enfrentan desaf铆os como una baja eficiencia 贸ptica, que aumenta el impacto t茅rmico del casco y acorta la duraci贸n de la bater铆a debido a las grandes p茅rdidas 贸pticas causadas por los semiespejos. Como se muestra en la Figura 1(ab), s贸lo alrededor del 25% de la luz emitida por el panel de visualizaci贸n (suponiendo que no haya otras p茅rdidas) llega al ojo del observador. Sin embargo, si la micropantalla emite luz no polarizada, la eficiencia 贸ptica m谩xima cae al 12,5%. Los auriculares absorber谩n la luz no utilizada, lo que aumentar谩 el efecto t茅rmico o se convertir谩 en luz dispersa, degradando la calidad de la imagen.

El nuevo sistema 贸ptico tipo panqueque resuelve este desaf铆o introduciendo un dise帽o te贸ricamente sin p茅rdidas que incluye un rotador de polarizaci贸n rec铆proca, conocido como rotador de Faraday, entre los polarizadores reflectantes que se muestran en la Figura 1(cd). En tales dise帽os, los rotadores de polarizaci贸n no rec铆proca desempe帽an un papel importante en la curvatura de la trayectoria 贸ptica. En comparaci贸n con un rotador de polarizaci贸n rec铆proca (p. ej., una placa de media onda), un rotador de polarizaci贸n no rec铆proca hace girar la luz polarizada linealmente independientemente de la direcci贸n de propagaci贸n de la onda 贸ptica, como se muestra en la Figura 2. Como resultado, la rotaci贸n de la propagaci贸n hacia adelante y hacia atr谩s a trav茅s del girador de polarizaci贸n no rec铆proca da como resultado una rotaci贸n neta de 2胃.

Se llevaron a cabo experimentos preliminares utilizando una fuente l谩ser y un panel micro-OLED para investigar la eficiencia 贸ptica y la capacidad de curvatura que se muestran en las figuras 3 (a) y (bc). La eficiencia 贸ptica medida aproximada es de alrededor del 71,5% debido a la ausencia de un revestimiento antirreflectante (AR) y al rendimiento insuficiente del polarizador reflectante utilizado. Despu茅s de usar el polarizador reflectante de alta potencia y el recubrimiento AR, la eficiencia 贸ptica mejora al 93,2%, lo que se acerca a la predicci贸n te贸rica. Adem谩s, este nuevo sistema 贸ptico pancake analiza cuatro tipos de im谩genes fantasma. Al identificar la causa ra铆z de estas im谩genes fantasma, se proponen nuevos m茅todos para mejorar la relaci贸n de contraste de la imagen. Adem谩s, se propone una estructura multicapa para ampliar el ancho de banda del rotor de Faraday para permitir pantallas a todo color. Como se muestra en la Fig. 3 (df), tres secuencias de rotadores de polarizaci贸n alterna y placas de cuarto de onda son suficientes para una respuesta espectral de banda ancha. Finalmente, en el art铆culo se analizar谩n y discutir谩n algunos candidatos potenciales para materiales magneto贸pticos de pel铆cula delgada con el fin de lograr formas verdaderamente compactas y a gran escala.

En general, estas demostraciones muestran que un nuevo sistema 贸ptico pancake puede revolucionar las pantallas de realidad virtual y resonancia magn茅tica de pr贸xima generaci贸n con un peso liviano, un factor de forma compacto y un bajo consumo de energ铆a. Adem谩s, la necesidad de rotores Faraday de pel铆cula delgada que sean no magn茅ticos, altamente transparentes y posean grandes constantes de Verdet en la regi贸n visible inspirar谩 la pr贸xima etapa de materiales magneto贸pticos en el futuro.

Palabras clave: visualizaci贸n de ojo cercano / realidad virtual / 贸ptica tipo panqueque / 贸ptica plegada / rotador de polarizaci贸n variable

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