盖世汽车讯 据外媒报道，印度科学与工业研究理事会中央科学仪器组织（CSIR-CSI）和科学与创新研究院（AcSIR）的研究人员开发出一种全彩近眼显示器，它采用三个堆叠的全息光栅，每个光栅分别用于引导红光、绿光或蓝光。这种新设计有望推动紧凑型、节能型增强现实（AR）眼镜的发展，使其应用于各种专业和消费领域。

图片来源：CSIR-CSI

全息光栅是一种微观光学结构，它利用激光记录的干涉图案来精确地重定向和塑造光线。在近眼显示器中，全息光栅可用于将光耦合进出透明波导，从而将数字图像传输到观看者的眼睛。

“随着增强现实技术日益融入日常生活，对轻便、节能且易于制造的显示技术的需求也日益增长，”印度科学与工业研究理事会中央科学仪器组织（CSIR-CSI）和科学与创新研究院（AcSIR）的研究团队负责人Raj Kumar表示，“我们设计的堆叠光栅能够在降低功耗的同时产生明亮的图像，这对于制造轻便的电池供电型增强现实眼镜尤为重要，这些眼镜能够在明亮的室内外环境中显示清晰的虚拟图像。”

研究人员在期刊《应用光学》（Applied Optics）上发表了一篇关于采用堆叠全息光栅的实验室原型报告。这项新设计得益于一种无需棱镜的制造方法，该方法无需对准多个光栅，从而简化了多层全息光耦合器的制造和复制。

“这项技术可用于增强现实眼镜中的透视显示器，用于导航、工业辅助、教育、医疗可视化、维护、培训以及其他需要将颜色信息叠加到现实世界中的应用，”论文第一作者、来自CSIR的Sheenam Saxena表示。“这项技术也有可能扩展到大型显示器的制造，例如车载抬头显示器（HUD）。”

层叠式设计提升图像亮度

AR眼镜中使用的近眼显示器将小型显示屏与图像合成器相结合，可将数字内容与现实世界环境无缝融合。全息波导是一种很有前景的图像合成器选择，因为它利用全息光栅将数字图像引导至用户眼睛，同时保持轻薄。

然而，传统的全息光栅制造方法依赖于笨重的棱镜，这使得制造过程复杂化。尽管已经实现了全彩全息波导，但红、绿、蓝（RGB）光栅被记录在单个光敏聚合物薄膜上，这降低了衍射效率，导致图像亮度降低。

为了制造能够产生更明亮图像的全彩波导，研究人员开发了一种无棱镜多层结构，该结构将每种颜色的光栅分别记录在光敏聚合物薄膜中，并在制造过程中将这些层堆叠起来。这既保持了它们的相对对准，又无需进行复杂的后处理对准。

“我们的方法采用了一种更简单、更灵活的制造工艺，同时还允许对每个颜色通道进行独立优化，”Kumar说道。“这提高了整体光效率，使得在相同的输入功率下能够产生更明亮的虚拟图像，从而降低了显示光源所需的功率。”

方法测试

为了验证这项技术，研究人员将堆叠式RGB全息光栅集成到透明玻璃波导中，作为输入耦合器和输出耦合器。工作时，显示器发出的光线垂直入射到输入耦合器上，并被以足够大的角度导入玻璃波导，使其被捕获并通过全内反射在波导中传播。当导光到达输出耦合器时，光线将被引导出玻璃波导，进入观看者的眼睛。

研究人员使用微型数字显示器生成测试图像，并使用准直透镜将图像光线垂直导入输入耦合器。结果表明，明亮的红色、绿色、蓝色和全彩图像均成功传播，证实了这种无棱镜堆叠式RGB方法的有效性。

接下来，研究人员计划全面提升显示器的性能，而不仅仅关注单个全息耦合器。这包括扩大视场角和提高色彩均匀性。这项技术在商业化之前，需要将其集成到类似眼镜的紧凑型原型机中，并评估其亮度、图像质量、功耗、佩戴舒适度和长期可靠性等因素。