Details

Предмет исследования. Волноводные голографические перископы и искажения виртуального изображения, возникающие в схемах дисплеев дополненной реальности. Цель работы. Определение основных источников возникновения искажений виртуального изображения, формируемого при помощи волноводного голографического перископа. Исследование выявленных специфических типов искажений. Метод. На первом этапе осуществлялось математическое моделирование различных вариантов погрешностей при изготовлении волноводных голографических перископов. Моделирование проводилось в приближении геометрической оптики с использованием векторных диаграмм, на основе чего в MATLAB реализована программа для симуляции виртуального изображения в схемах наголовных систем дополненной реальности на основе волноводных голограмм. Также использовалась специализированная программа для трассировки лучей, созданная авторами. На втором этапе были изготовлены и экспериментально исследованы образцы волноводных голографических перископов с заданными параметрами. Основные результаты. Установлено, что непостоянство периода волноводных голограмм и клиновидность волноводов приводят к возникновению искажений схожего характера, которые не могут быть вполне скомпенсированы проекционной системой. Погрешности в ориентации волноводных голограмм относительно друг друга, так же как и погрешности в их периодах, приводят к появлению тангенциальной дисторсии и хроматизма увеличения. Кроме того, сильно изменяется средний угол вывода излучения из волновода. Практическая значимость. Выявлены погрешности изготовления, которые приводят к появлению характерных искажений виртуального изображения, на основе чего получены оценочные требования к некоторым типам погрешностей изготовления волноводных голографических перископов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых схем дисплеев дополненной реальности.

Subject of study. Waveguide holographic periscopes and virtual image distortions arising in augmented reality display circuits. Aim of study. Determination of the main sources of distortion in the virtual image formed by a waveguide holographic periscopic displays. Study of identified specific types of distortions. Method. At the first step, we used mathematical modeling for analyzing the influence of various errors arising in the process of manufacturing of waveguide holographic periscopes. The simulation was carried out in the geometric optics approximation with application of the vector diagrams method. We created a program for simulating a virtual image forming in head mounted of the display circuits based on waveguide holograms which uses the mentioned approaches. A specialized ray tracing program designed by the authors was also used. At the second step, the recording and experimental study of the samples of waveguide holographic periscopes with specified parameters were carried out. Main results. It has been defined that the inconstancy of the period of waveguide holograms and the wedge shape of the waveguides leads to distortions of a similar nature that cannot be fully compensated by the projection system. Errors in the orientation of waveguide holograms relative to each other, as well as errors in their periods, lead to the appearance of tangential distortion and magnification chromatism. The average output angle (angle of beams after the waveguide outcoupling) also changes greatly. Practical significance. We have identified the manufacturing errors that lead to specific distortions of the virtual image. The estimated requirements for certain types of errors in the waveguide holographic periscopes manufacturing process were determined. The results of the study can be used in the new designs development for augmented reality displays.