A metrologia atende aos desafios das tecnologias de realidade imersiva

Há apenas cinco anos, era questionável prever o avanço da tecnologia de realidade imersiva. Muitos especialistas da indústria hoje perceberam que manipular uma tela 3D rica em informações é muito melhor do que usar uma tela 2D. Ainda não está claro como essa revolução se desdobrará nas comunicações digitais interativas, mas com certeza virá.

A definição de realidade imersiva ou aumentada (XR) inclui realidade virtual (VR) para uma visão completamente artificial (veja a Figura 1), realidade aumentada (AR) e realidade mista (MR) para adicionar informações digitais à visão normal. .) Conecta totalmente o mundo real e o mundo digital.

As novas soluções XR já impactaram uma variedade de aplicações, incluindo entretenimento, esportes e recreação, implantação corporativa, defesa e saúde. Faça programas de treinamento e desenvolvimento profissional que forneçam acesso virtual a ambientes muito altos ou inseguros no mundo real. Ele também transforma o design industrial e a fabricação de design acelerado para entrada no mercado, melhorando processos que aumentam a produtividade, eficiência e precisão por meio de prototipagem rápida.

tecnologias de realidade aumentada

O XR requer hardware de display digital óptico (DOID) e, para expandir o mercado desses dispositivos, eles devem ser leves, confortáveis, fáceis de usar e oferecer grande qualidade visual, confiabilidade e poder computacional.

A miniaturização das inúmeras peças e componentes usados ​​em dispositivos de exibição óptica digital é muito importante e é um dos principais fatores que impulsionam o uso crescente de realidade aumentada. Ele se concentra no uso de micro-óptica compacta e óptica integrada, sensores MEM, telas de micro LED e muitas outras peças e componentes essenciais. O sistema XR inclui muitos dispositivos adicionais, incluindo sistemas de projeção que criam a ilusão de objetos tridimensionais no espaço, bem como sistemas ópticos para rastreamento ocular, medição de distância e conscientização ambiental.

Um dos aspectos surpreendentes dos dispositivos de realidade imersiva é o uso generalizado de sistemas ópticos inovadores com componentes não tradicionais, talvez guias de onda e estruturas holográficas e metasuperfícies voltadas para a luz. não vejo. Os avanços na realidade aumentada colocam uma demanda sem precedentes por microesferas e sistemas ópticos autônomos, apresentando sérios desafios para os fabricantes, especialmente no que diz respeito ao controle de qualidade e validação do projeto. A metrologia desempenha aqui um papel central, apoiando e estimulando a inovação.

pré-ópticos e guias de onda

Dispositivos de realidade imersiva requerem um amplo campo de visão e grandes volumes “ibox”. Uma caixa de olho é um conjunto de posições de olho para o qual existe uma imagem aceitável. Um parâmetro importante no projeto óptico é o XR. Quanto maior o campo de visão, melhor e mais realista será a experiência do usuário. A realidade simulada deve abranger toda a gama de visão periférica e rotação ocular. Isso não é possível em dispositivos portáteis práticos usando óptica geométrica convencional.

Superfícies ópticas livres carecem de simetria rotacional ou podem ser descritas como constantes cônicas e evoluíram de um conceito de design óptico interessante para uma necessidade real em aplicações de eletrônica de consumo aeroespacial e de defesa. A realidade aumentada, que combina o desempenho óptico ultra-alto com as limitações ergonômicas da tecnologia interativa do corpo, geralmente exige que os projetos funcionem no limite de difração em um amplo campo de visão em uma direção fora do eixo. A óptica de forma livre é muitas vezes a única maneira de corrigir as aberrações resultantes e apresenta alguns desafios para a técnica de medição. Como a óptica flutuante geralmente não possui simetria axial ou fora do eixo, ambas são difíceis de projetar, medir e fabricar.

Projetos típicos para lentes XR incluem uma estrutura de guia de onda planar que é importante para transmissão de imagem e conectividade. Um guia de ondas óptico é uma estrutura que restringe as ondas de luz a viajar ao longo de um caminho específico. Como o guia de onda planar é usado rotineiramente em lentes de RM para imitar a pupila na imagem, o volume do ibox é muito maior. Eles geralmente são formados como filmes finos transparentes de índice de refração aumentado dentro de um substrato ou como sanduíches entre camadas de duas superfícies. O guia de onda plano multi-comprimento de onda para sistemas DOID é uma estrutura óptica complexa. e têm os mesmos problemas de medição que a óptica de forma livre.

Resolver Problemas Métricos

A ferramenta de metrologia para dispositivos de realidade imersiva mede o terreno da superfície. ângulo de difração e ângulo de eficiência Tolerâncias de instalação e rugosidade da superfície para apoiar o desenvolvimento e prototipagem. avaliação de desempenho e controle de qualidade do produto

Soluções de metrologia sem contato são comumente usadas para evitar danos a superfícies de alto valor e fornecer medições 3D completas em altas taxas de dados. Melhores em comparação com perfis 2D, essas especificações suportam medição óptica por toque ou soluções de toque sempre que possível.

Os interferômetros usam comprimentos de onda de luz e interferência óptica para medir distâncias e tamanhos de superfície. A interferometria é frequentemente considerada uma solução de alta precisão para medir peças planas e esféricas. Mas é difícil aplicá-lo a texturas modernas de forma livre e estruturas de textura complexas. Os projetistas de dispositivos de medição introduziram métodos para expandir a gama de métodos de medição interferométrica de precisão. Especialmente para componentes de medição e sistemas DOID.

Um bom exemplo é como desenvolver interferometria para resolver óptica de forma livre sem simetria esférica. Medição precisa da orientação da superfície em relação aos pontos de referência bem como a forma da superfície Desempenha um papel importante no controle de qualidade e feedback necessários durante o processo de fabricação. Uma solução para medições interferométricas de forma livre é um holograma gerado por computador (CGH) usado em conjunto com um interferômetro a laser Fizeau, como o Zygo Verifire. Superfícies altamente inclinadas e muitas vezes assimétricas criam uma frente de onda para compensar e forma livre óptica.

O controle de processo óptico de estilo livre requer mapas topográficos 3D e metrologia relacional para localizar pontos de referência e âncoras. O microscópio de interferência Zygo Compass aceita superfícies de forma livre que podem ser vistas de várias perspectivas. A imagem final é criada pela sobreposição de imagens menores que são combinadas usando um software especial baseado na relação de textura fina entre imagens adjacentes. Medições de superfície completa mostram erros perdidos ao usar ferramentas de ponta de contato. e o erro no processo de conformação e o erro devido ao encolhimento podem ser detectados (ver Fig. 2).

O desafio para todos os métodos ópticos é o controle de qualidade de um guia de ondas plano composto por duas ou mais superfícies semitransparentes revestidas com hologramas para luz direta do guia de ondas para o olho. A solução interferométrica para medição de superfície usa uma fonte de luz avançada com poder de comprimento de onda de varredura que dá a cada superfície refletora uma frequência de modulação exclusiva. Instrumentos como o interferômetro a laser Fizeau Zygo Verifire MST A planicidade da superfície do guia de onda é avaliada. Variação geral da espessura e a consistência do material

Uma metrologia de chaminé de guia de onda completa requer uma avaliação da distância entre as superfícies de vidro. suavidade após a montagem e a uniformidade da distância entre as placas Essas características dimensionais influenciam muito a qualidade e a consistência da imagem no DOID.Finalmente, uma solução eficaz para medir todos os feixes de guias de onda é a interferometria de varredura interferométrica. que usa contraste de borda em superfícies discretas. O sistema de amostra é um microscópio de interferência Zygo Nexview com uma objetiva de grande angular (ver Fig. 3).

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