Разработка российских ученых позволит создавать AR-устройства нового поколения
Ученые ИТМО создали оптический модуль для устройств дополненной реальности, который выдерживает экстремальные температуры и устойчив к механическим и химическим воздействиям. Также он легче аналогов и не создает блики. С его помощью можно создать новое поколение AR-очков для безопасного использования в промышленности, строительстве и энергетике. Кроме того, технология позволит создать панели индикации на лобовом стекле в автомобилях или самолетах.
Большинство устройств дополненной реальности работают на основе оптического модуля-комбинера. Это устройство объединяет для пользователя реальное окружение с виртуальным изображением. Оно состоит из волновой пластины и нанесенной на нее дифракционной решетки — оптического элемента, который чаще всего создают методом фотолитографии с использованием фоторезиста (нанесение рисунка на поверхность материала с помощью засвечивания пленки). Для цветной «картинки» оптические комбинеры обычно разрабатывают на основе нескольких волновых пластин и нанесенных на них дифракционных решеток. Каждая из них настроена под определенный цвет. Такие многослойные устройства изготавливать сложнее, так как каждую пластину нужно позиционировать с высокой точностью. Также эти модули неустойчивы к пыли, грязи, механическому и химическому воздействию. Кроме того, рельефные решетки могут бликовать и обладают низкой дифракционной эффективностью, из-за чего изображение в очках получается неярким.
Поэтому некоторые разработчики выбирают другой метод для создания дифракционной решетки — голографический, с использованием фотополимера. Эта технология решает большинство «старых» проблем, но создает новые. Толщина фотополимеров, которые используют сегодня в голографии – 4-8 микрон. Такие пленки очень чувствительны к влаге и повышенным температурам, и под их воздействием изображение может выводиться не полностью или в неправильном направлении. Поэтому они нуждаются в защитных покрытиях.
Ученые ИТМО разработали новое поколение оптических модулей-комбинеров для устройств дополненной реальности. В их основе лежит специальный фоточувствительный материал — фототерморефрактивное стекло для записи высокоэффективных объемных брэгговских решеток (разновидность дифракционных решеток с более узким спектром отражения). Из этого стекла специалисты сделали волноводную пластину, внутри которой можно записывать брэгговские решетки для ввода и вывода изображения. Новый тип модуля прочный, весит меньше, не бликует, не искажает изображение и передает его с большей эффективностью. Кроме того, он устойчив к влаге, абразивам (обработке материалами высокой твёрдости), высоким и низким температурам (его можно нагревать до 200–500°C и использовать при –30°C) и, наконец, не боится загрязнений. Устройство может переносить внешние воздействия и подходит для использования на улице во время дождя, на опасных производствах, а также на транспорте с высокими скоростями и перегрузками.
«В следующем году мы планируем добиться полноцветного изображения, увеличив количество голограмм, а также расширить поле зрения волновода. Благодаря этому устройство сможет передавать изображение большего размера. Мы предполагаем, что в будущем система может стать не просто ассистентом и указателем, но и, например, полноценной AR-средой проектирования для 3D-объектов. Совместно со схемотехниками и программистами мы планируем сделать дисплей, "железо" и другие компоненты для оптического модуля», — рассказал ведущий исполнитель проекта, инженер научно-исследовательского центра световодной фотоники ИТМО Сергей Иванов.
Проект реализован в научно-исследовательском центре оптического материаловедения ИТМО под руководством профессора, директора научно-исследовательского центра оптического материаловедения Николая Никонорова. Работа поддержана программой «Приоритет-2030».