Det finns stor spänning kring headset med virtuell verklighet (VR) som visar en datorsimulerad värld och augmented reality (AR) -glasögon som överlagrar datorgenererade element med den verkliga världen. Även om AR- och VR -enheter börjar slå ut på marknaden, de förblir mestadels en nyhet eftersom ögontrötthet gör dem obekväma att använda under längre perioder. En ny typ av 3D-skärm kan lösa detta mångåriga problem genom att avsevärt förbättra betraktningskomforten hos dessa bärbara enheter.

"Vi vill ersätta nuvarande använda AR- och VR-optiska displaymoduler med vår 3D-display för att bli av med problem med ögontrötthet, "sa Liang Gao, från University of Illinois i Urbana-Champaign. "Vår metod kan leda till en ny generation av 3D -skärmar som kan integreras i alla typer av AR -glasögon eller VR -headset."

Gao och Wei Cui rapporterar sin nya 3D-display för optisk kartläggning i tidskriften The Optical Society (OSA) Optikbokstäver . Mäter bara 1 x 2 tum, den nya displaymodulen ökar tittarkomforten genom att producera djupsignaler som uppfattas på ungefär samma sätt som vi ser djupet i den verkliga världen.

Övervinna ögontrötthet

Dagens VR -headset och AR -glasögon presenterar två 2D -bilder på ett sätt som visar tittarens hjärna att kombinera bilderna till intrycket av en 3D -scen. Denna typ av stereoskopisk display orsakar det som kallas en konflikt mellan boende och logi, vilket med tiden gör det svårare för betraktaren att smälta ihop bilderna och orsakar obehag och trötthet i ögonen.

Den nya skärmen presenterar faktiska 3D -bilder med hjälp av en metod som kallas optisk kartläggning. Detta görs genom att dela upp en digital display i underpaneler som var och en skapar en 2D -bild. Underpanelbilderna flyttas till olika djup medan alla bildernas centrum är i linje med varandra. Detta gör att det ser ut som om varje bild är på olika djup när en användare tittar genom okularet. Forskarna skapade också en algoritm som blandar bilderna, så att djupen ser kontinuerliga ut, skapa en enhetlig 3D-bild.

Nyckelkomponenten för det nya systemet är en rumslig multiplexeringsenhet som axiellt förskjuter subpanelbilder till de angivna djupen samtidigt som mitten av subpanelbilderna flyttas till visningsaxeln. I den nuvarande inställningen, den rumsliga multiplexeringsenheten är gjord av spatiala ljusmodulatorer som modifierar ljuset enligt en specifik algoritm utvecklad av forskarna.

Även om tillvägagångssättet skulle fungera med vilken modern bildskärmsteknik som helst, forskarna använde en organisk ljusemitterande diod (OLED), en av de senaste displayteknikerna som används på kommersiella tv -apparater och mobila enheter. Den extremt höga upplösningen från OLED -skärmen säkerställde att varje underpanel innehöll tillräckligt med pixlar för att skapa en tydlig bild.

"Människor har provat metoder som liknar vår för att skapa flera plandjup, men istället för att skapa flera djupbilder samtidigt, de ändrade bilderna väldigt snabbt, "sa Gao." Men detta tillvägagångssätt kommer med en avvägning i dynamiskt område, eller nivå av kontrast, eftersom varaktigheten varje bild visas är mycket kort."

Skapa djupled

Forskarna testade enheten genom att använda den för att visa en komplex scen med parkerade bilar och placera en kamera framför okularet för att spela in vad det mänskliga ögat skulle se. De visade att kameran kunde fokusera på bilar som dök upp långt borta medan förgrunden förblev ur fokus. Liknande, Kameran kunde fokuseras på de närmare bilarna medan bakgrunden verkade suddig. Detta test bekräftade att den nya skärmen producerar fokuspunkter som skapar djupuppfattning ungefär som hur människor uppfattar djup i en scen. Denna demonstration utfördes i svartvitt, men forskarna säger att tekniken också kan användas för att producera färgbilder, fast med en reducerad lateral upplösning.

Forskarna arbetar nu för att ytterligare minska systemets storlek, vikt och strömförbrukning. "I framtiden, vi vill ersätta de rumsliga ljusmodulatorerna med en annan optisk komponent, till exempel ett volymholografi -galler, "sa Gao." Förutom att vara mindre, dessa galler använder inte aktivt energi, vilket skulle göra vår enhet ännu mer kompakt och öka dess lämplighet för VR -headset eller AR -glasögon. "

Även om forskarna för närvarande inte har några kommersiella partners, de för diskussioner med företag för att se om den nya skärmen kan integreras i framtida AR- och VR-produkter.