Light Efficient and Foveated Head-Worn Displays

Arttırılmış gerçeklik gözlükleri geleceğin ekran teknolojisi olarak görülmektedir. Arttırılmış gerçeklik gözlüklerine görüntü oluşturma görevi gören uzaysal ışık modülatörleri ve bunun yanısıra optik mimariler güncel gözlüklerin performansını kısıtlayan temel bileşenlerdir. Hayal edilen arttırılmış gerçeklik deneyimi için yüksek çözünürlüklü ve insan gözünün görüş açısının geniş bir kısmını kaplayan görüntüler oluşturulmalıdır. Günümüz teknolojisi ile geniş görüntü açısı ve düşük çözünürlüklü görüntü veya dar görüş açısı ve yüksek çözünürlüklü görüntü sağlanabilmektedir. Bu ödünleşme arttırılmış gerçeklik gözlüklerinin tasarımında temel sorunlardan birisidir. İnsan gözünün yalnızca merkezi görüş açısında dar bir bölgeyi net ve yüksek çözünürlükte, geri kalan bölgeleri bulanık gördüğü düşünüldüğünde çok daha verimli ve insan gözüne benzer özellikte görüntü üreten optik sistemler üretilmesi mümkündür. Gözün net gördüğü bölgeye yüksek çözünürlüklü, geri kalan bölgelere düşük çözünürlüklü görünüler sağlayan sistemlere foveated display denilmektedir. Foveated displayler gözün gerçek zamanlı takibini ve görüntüyü gözün başış açısı içinde uygun yere kaydırabilecek özel optik mimarilere ihtiyaç duymaktadır. Bu tezde bu işlevi yerine getirebilen üç farklı optik mimari anlatılmaktadır. Bunun yanı sıra hızlı ve güvenilir göz takip algoritmamız da anlatılmaktadır. İğne deliği kamerası ilkesi ile çalışan AR gözlük mimarimizde, bu tekniğin doğası gereği tek nokta olan görüntü penceresi ışık kaynağı dizini kullanılarak genişletilmiştir. Işık dizinindeki her LED gözün gerçek zamanlı yerine bağlı olarak uygun şekilde açılmaktadır bu sayede görüntü penceresi genişletilmektedir. 37° görüş açısı olan ve yalnızca 0.42 lumenlik LED ile 360 cd/m2 parlaklığında görüntü elde edilmiştir. Tek LED için 1mm olan görüntü penceresi 14x10 mm kadar genişletilmiştir. Gözlüğümüz iğne deliği kamerası ilkesi sayesinde ışığı çok verimli kullanarak parlak görüntüler oluşturmaktadır. Dönen yarı-ayna tabanlı holografik gözlük mimarimizde sabit olarak 7x4° görüş açısı sağlayabilen SLM'in sanal görüntüsü göz açısına bağlı olarak yarı-aynalar yardımıyla gezdirilmektedir. Bu sayede küçük açılı görüntü sürekli gözün önünde oluşarak daha büyük bir ekran etkisi yaratmaktadır. Bu teknik ile görüş açısı 37x4° ye çıkarılmıştır. Gözlüğümüz literatürde göz pozisyonun bağlı olarak geri beslemeli olarak çalıştırılan ilk foveated holografik gözlüktür. Bir diğer mimarimiz ise SLM'in gözün dönme merkezine optik olarak görüntülenmesi ile oluşturulmuştur. Bu sayede göz nereye bakarsa baksın otomatik olarak SLM'in görüntüsü gözde oluşmaktadır. Hiçbir hareketli parça içermeyen bu mimari SLM üstündeki hologramın değiştirilmesitle fovea üzerine yüksek çözünürlüklü görüntü oluşturmaktadır. Oluşturulan görüntü tek bir bakış açısı için 28x28° görüş açısına sahip olup, gözün hareketleri 60x40° lik bir aralıkta otomatik olarak takip edilmektedir.