Введение в AR

В настоящее время наблюдается большой интерес к системам дополненной реальности (AR) как промышленности, так и у простых пользователей. Большой интерес обусловлен рядом особенностей AR:

1. Большее погружение в цифровой мир в сравнении с классическими методами отображения цифровой информации (мониторы, экраны смартфонов );
2. Увеличение мобильности (нет необходимости держать гаджет в руках);
3. Большая социальная интеграция пользователя (нет переключения внимания с цифрового потока информации на окружающий мир).

Существует большое разнообразие AR систем. При этом не наблюдается повсеместное внедрение AR в повседневную жизнь людей. Причиной тому является низкое качество отображаемого цифрового изображения и большой размер AR систем (часто, это шлем вместо компактных очков). Это в свою очередь обусловлено особенностями оптической системы глаза человека. Например, глаз человека видит изображения четко только центральной частью, а для охвата большого поля зрения «сканирует» окружающий мир микро-движениями. Также глаз человека не способен сфокусироваться на близких предметах, которые располагаются на расстоянии менее 10 см от его поверхности.

Эти особенности приводят к необходимости создания сложных оптических AR систем, одновременно обладающих большим полем зрения (FOV), высоким разрешением накладываемого изображения, высокой контрастностью, мульти-цветностью и т.д. При этом пользователь ожидает что вся система AR будет компактной и не превышающей габаритов очков для коррекции зрения.

Разные компании производители применяют для построения систем различные технологические подходы и принципы формирования изображения. На данный момент, существующие технологии (free form, VRD,waveguide, holography и пр.) удовлетворяют, только ограниченному набору необходимых параметров системы AR с высоким качеством отображаемой цифровой информации и для повседневного ношения.

AR-система на основе голографического волновода

В ответ на перечисленные проблемы в рамках студенческого проекта была разработана технология и собран функциональный прототип AR очков с использованием голографического оптического волновода. В предлагаемом подходе очковая линза представляет собой “многослойную” плоскопараллельную пластину с интегрированным модулятором изображения (LCD матрицей) и голографическим оптическим элементом. Разработанная технология отличается высокой компактностью конечного устройства, которая достигается за счет отсутствия пространственного разнесения источника изображения (дисплея) и просмотровой части (очковой линзы). Была продемонстрирована корректность работы спроектированной оптической системы в компактном форм-факторе и получен патент.

Подробнее о системе можно почитать на Хабр (ссылка)

3Д-печать бифокальных контактных линз

Однако свое развитие проект получил в виде разнесенной AR-системы. Предложенная система состоит из двух частей: пассивной smart-контактной лины и активной проекционной части. Для изготовления бифокальных контактных линз были использованы наработки в части 3Д-печати элементов оптики с приближенным к оптическому качеством поверхности. 

Разнесение пассивной и активной части позволило использовать пространство между контактной линзой и очками для высококачественного наложения цифрового изображения на образ окружающего мира. Геометрия контактной линзы подобрана таким образом, чтобы глаз мог фокусироваться как на близко расположенных объектах (например, на прозрачной OLED матрице, установленной в оправу очков), так и на окружающем мире.

Патент