متافرم اپتیک

سمت چپ: نمونه ای از برنامه ترکیب کننده متافرم در یک نمایشگر واقعیت افزوده. سمت راست: تصویری از مفهوم متافرم، که یک متاسطح مطابق با یک بستر آزاد را نشان می دهد.

نیازهای تکنولوژیکی دستگاه‌های مصرف‌کننده مدرن مانند نمایشگرهای واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR) و دوربین‌های موبایل فراتر از آن چیزی است که با اپتیک‌های معمولی ممکن است. الزامات چالش برانگیز برای فشردگی دستگاه، کیفیت تصویر و وزن، کشف و پیاده سازی اجزا و معماری های نوری جدید را ضروری می کند. دو فن‌آوری نوری که در دهه گذشته مورد توجه خاص قرار گرفته‌اند، اپتیک آزاد و متاسطح‌ها هستند. 1،2 در کاری که در سال جاری منتشر شد، ما فرآیندهای طراحی تا ساخت را توسعه دادیم که این فناوری‌ها را برای ساخت یک جزء نوری جدید - یک متافرم، ترکیب می‌کند.

سطوح نوری آزاد، سطوحی هستند که هیچ محور تغییر ناپذیری چرخشی (داخل یا فراتر از قسمت نوری) ندارند. 3 اپتیک آزاد سنگ بنای انقلاب اخیر در طراحی اپتیکی است.1 تحولات در نظریه انحراف گرهی همچنین منجر به یک چارچوب طراحی جدید برای فرم آزاد شده است. اپتیک.4 این روش، همراه با پیشرفت در ساخت و آزمایش، اپتیک آزاد را به فناوری مناسبی برای کوچک سازی دستگاه های نوری تبدیل کرده است.

در حالی که اپتیک آزاد نور را بر اساس شکل منحنی ذاتی سطح آزاد کنترل می‌کند، فراسطح‌ها از طریق تعامل نور با ساختارهای زیرموجی که سطح مسطح را تزئین می‌کنند، به کنترل نور می‌رسند. تا به امروز، اجزای مختلف نوری مانند عدسی‌ها، پلاریزرها، و توری‌های پراش با استفاده از سطوح مسطح اجرا شده‌اند.

اخیراً، ما متوجه یک جزء نوری جدید شده‌ایم که آن را متافرم می‌نامیم. یک متافرم از یک متاسطح منطبق با یک بستر آزاد منحنی تشکیل شده است. ما بر اساس چارچوب طراحی آزاد که قبلاً توسعه داده شده بود، ساخته شدیم تا از مزایای تصویربرداری اپتیک آزاد و متاسرفیس استفاده کنیم. ما همچنین یک فرآیند لیتوگرافی پرتو الکترونی پیشرفته را توسعه دادیم (معمولاً فقط در بسترهای مسطح استفاده می شود) تا ساخت متافرم را ممکن کنیم.

برای نشان دادن کاربرد اپتیک متافرم، یک سناریوی کاربردی با الهام از نیازهای نمایشگرهای AR انتخاب کردیم. یک چالش رایج با نمایشگرهای واقعیت افزوده مبتنی بر ترکیب‌کننده فضای آزاد، یک فرم فاکتور نامطلوب است که در آن آینه ترکیب‌کننده به سمت صورت کاربر کج می‌شود و در نتیجه ظاهری «باگ» ایجاد می‌کند. استفاده از آینه متافرم به عنوان ترکیب کننده، این مشکل را با استفاده از متاسطح برای کج کردن تصویر بدون کج کردن خود متافرم حل می کند. علاوه بر این، عملکرد تصویربرداری متافرم را می توان بین بستر آزاد و متاسطح بر اساس نظریه انحراف توسعه یافته و چارچوب طراحی توزیع کرد. دستگاه به دست آمده یک تصویربردار مینیاتوری با فاکتور شکل مطلوب است که می تواند در عینک آفتابی معمولی جای بگیرد.

ما معتقدیم که فرآیندهای طراحی تا ساخت که توسعه داده‌ایم، اپتیک متافرم را به یک فناوری قابل دوام برای عینک‌های AR/VR فشرده‌تر و همچنین برای کاربردهایی از نورپردازی LED گرفته تا دستگاه‌های نوری پزشکی و نظامی تبدیل می‌کند.

اپتیک در سال 2021 و بعد از آن