Forskare har utvecklat en grundläggande ny strategi för en genomskinlig display för augmented reality, eller smarta glasögon. Genom att projicera bilder från glaset direkt på ögat, den nya designen kan en dag göra det möjligt för en användare att se information som vägbeskrivningar eller restaurangbetyg medan den bär en enhet som nästan inte kan skiljas från traditionella glasögon.

"Snarare än att börja med en displayteknik och försöka göra den så liten som möjligt, vi började med idén att smarta glasögon ska se ut och kännas som vanliga glasögon, "sade forskargruppens ledare Christopher Martinez från Laboratoire d'électronique des Technologies de l'information (Leti) i Frankrike." Att utveckla vårt koncept krävde mycket fantasi eftersom vi eliminerade de skrymmande optiska komponenter som vanligtvis krävs och istället använder själva ögat. för att bilda bilden. "

I Optica , Optical Society's journal for high-impact research, författarna beskriver deras nya koncept för retinalprojektion och rapporterar positiva resultat från initiala optiska simuleringar. Även om glasögon som använder denna nya metod inte skulle vara användbara för att visa videor, de kan ge information i form av text eller enkla ikoner.

"Även om vi fokuserar på augmented reality -applikationer, det nya displaykonceptet kan också vara användbart för personer med synproblem, "sa Martinez." Störningen i ögat kan integreras i projektionen, ge synskadade ett sätt att se information som text. "

Bildar en bild i ögat

Den okonventionella skärmdesignen projicerar snabbt enskilda pixlar, som hjärnan sätter ihop för att bilda bokstäver och ord. "Vi tar inte med en bild till glasytan, men istället ta med information som sänds ut i form av fotoner för att göra bilden i ögat, "förklarade Martinez.

Enligt designkonceptet skulle denna prestation åstadkommas genom att skicka fotoner från en laser eller annan ljuskälla genom en ljusstyrande komponent till ett holografiskt optiskt element skapat i glasögonlinsen. Holografiska optiska element som är betydligt mindre än deras traditionella motsvarigheter kan tillverkas i ljuskänslig plast med samma laserljusinteraktioner som gör hologram som de som skyddar kreditkort från förfalskning.

För att konceptet ska fungera, det är kritiskt att alla de projicerade fotonerna har synkroniserade faser och matchar i sammanhang. Annat, en bullrig bild bildas, besläktad med vad du skulle höra om medlemmarna i en körgrupp sjöng samma låt men startade och slutade vid olika tidpunkter. Forskarna använde det holografiska elementet för att synkronisera fasen, som en ledtråd som hjälper sångarna att börja i samma ögonblick.

"Det är mycket komplicerat att använda traditionella metoder som en mask med en optisk struktur för att justera fasen av fotonemitrar som är åtskilda från varandra med bara hundratals mikron, "sa Martinez." Vår design använder ett unikt holografiskt element för att synkronisera fotonerna genom att matcha fasen med en referensstråle. "

Designen innehåller också ett rutnät av ljusguider som gör fotonerna sammanhängande, liknande att se till att sångarna alla sjunger i samma hastighet. Denna komponent gjordes med hjälp av en integrerad fotonikmetod som innehåller samma halvledartillverkningstekniker som används för att göra datorchips och tillverka optiska komponenter i kisel.

Forskarna säger att deras visningskoncept är ett viktigt exempel på de nya möjligheterna för näthinneprojektion som nu kommer att vara möjliga tack vare den senaste utvecklingen inom integrerad fotonik, som har flyttat från applikationer som använder telekommunikationsvåglängder till synliga våglängder som kan användas i displayer.

Att se utanför boxen

På grund av det begränsade utrymmet som finns i glasögonlinser, den första prototypen kommer sannolikt att ha en upplösning på 300 x 300 pixlar, som forskarna säger kan förbättras genom att stapla två skärmar ovanpå varandra. Viktigt, designen möjliggör helt nya sätt att använda tillgängliga pixlar, som inte är begränsade till en fyrkantig form som traditionella skärmar.

"Att använda ett holografiskt element för att bilda en näthinneskärm skiljer sig ganska mycket från det traditionella rutnätet med pixlar som används för traditionella skärmar, "sa Martinez." Till exempel, information kan projiceras till vänster och höger i synfältet utan information däremellan, utan att öka skärmens komplexitet. "

En detaljerad optisk simulering av den nya designen validerade det nya tillvägagångssättet och avslöjade att en tydligare bild skulle skapas om de punkter där ljus sänds ordnades slumpmässigt snarare än med ett periodiskt mönster. Forskarna räknar nu ut hur man bäst åstadkommer detta slumpmässiga arrangemang. De påpekar också att även om enheten ska vara säker eftersom mycket lite ljus kommer att behövas för att bilda bilden på ögat, säkerhetsstudier kommer att behövas när utvecklingen fortskrider.

Forskarna planerar att göra och testa de enskilda komponenterna innan de skapar en fungerande prototyp. Den första prototypen kommer att visa statiska monokromatiska bilder, men forskarna är övertygade om att retinalprojektionsmetoden kan användas för en dynamisk flerfärgad display.