Analiza przewodnika fal węglanu krzemu AR z punktu widzenia projektowania przewodnika fal
01
Przełomy w dziedzinie materiałów często przynoszą przemysłowi nowe osiągnięcia, a nawet otwierają nowe przestrzenie naukowe i technologiczne dla ludzkości.
Narodziny krzemu zapoczątkowały całą erę półprzewodników i komputerów, stając się podstawą życia opartego na krzemu.
Czy pojawienie się węglanu krzemowego doprowadzi do nowych osiągnięć w zakresie wielofunkcji?
Najpierw spójrzmy na konstrukcję przewodnika fal.
Tylko zrozumienie wymagań na poziomie systemu pozwala nam wyjaśnić kierunek optymalizacji materiałów.
Najbardziej klasyczna architektura przewodników fal AR pochodzi od byłego Hololens dr Tapani Levola z Finlandii, a przewodniki fal są podzielone na trzy regiony:rozszerzony obszar źrenice, a także regionu źrenice wyjściowej.
AR przewodzi falą w tym kawałku, Finlandiowie są absolutną siłą napędową.
Od najwcześniejszej Nokii, do Hololens, do późniejszego Dispelixu i tak dalej.
(Klasyczny patent Tapani na rozczłonkowany przewodnik fal AR, złożony w Nokia w 2002 roku, ma 23 lata)
02
Obszar źrenice wejściowej przewodnika fal łączy cały FOV z maszyny optycznej przez siatkę do podłoża, które może być szkłem, materiałem z węglanu krzemu lub nawet materiałem z żywicy.
Jego zasada działania jest podobna do transmisji światłowodowej, gdy kąt incidencji spełnia warunek całkowitego odbicia,światło będzie związane w podstawie i przekazywane do obszaru powiększenia źrenice poprzez całkowite odbicie.
W rozszerzonym obszarze źrenice światło jest replikowane w kierunku X i kontynuuje się do regionu źrenice wyjściowej.
W regionie źrenice wyjściowej światło jest kopiowane w kierunku Y i ostatecznie połączone z okiem ludzkim.
Jeżeli pupilę wyjściową maszyny optycznej (tj. pupilę wejściową przewodnika fal) porównuje się z "okrąglonym ciastem",Więc istotą wiodącego fal AR jest kopiowanie tego "ciasta" z maszyny optycznej do wielu, np. 4x4, w obszarze źrenice wyjściowej.
W idealnym przypadku oczekuje się, że te "ciasteczka" pokryją się ze sobą, tworząc gładką, jednolitą powierzchnię jasności i koloru, tak aby użytkownik widział ten sam obraz wszędzie na tej powierzchni (wysoka jednolitość).
Projektowanie przewodnika fal AR musi najpierw uwzględniać wymagania FOV, które określają rozmiar obrazu widzianego przez użytkownika, a także wpływa na wymagania projektowe maszyny optycznej.
Po drugie, wymagania Eyebox, które określają, czy użytkownik może zobaczyć pełny obraz w zakresie ruchów oczu, wpływając na komfort.
Wreszcie, istnieją inne wskaźniki, takie jak jednolitość jasności, jednolitość koloru i MTF.
Podsumować przepływ projektowania przewodnika fal AR:
Określ FOV i Eyebox, wybierz architekturę przewodnika fal, ustaw zmienne optymalizacyjne i funkcje obiektywne, a następnie wprowadź ciągłe dostosowania optymalizacyjne.
Co to ma wspólnego z węglem krzemowym?
Najważniejszym diagramem w projektowaniu przewodników fal jest k-wektorowy diagram wektorowy fali.
W prostych słowach, światło uderzające (w określonej długości fali i kącie) może być przedstawione jako wektor.
Pudełko kwadratowe w środku reprezentuje rozmiar FOV obrazu incydenta, a obszar pierścienia reprezentuje zakres FOV, który może obsługiwać materiał przewodnika fal tego wskaźnika załamania,powyżej którego światło nie może istnieć w przewodniku fal.
Im wyższy wskaźnik załamania materiału podstawowego, tym większy okrąg najdalej znajdującego się pierścienia, a tym większy FOV, który może być podtrzymywany.
Za każdym razem, gdy sieć jest dotykana, dodatkowy wektor nakłada się na światło wchodzące.Wielkość nakładanej na siebie wektora siatki zależy od długości fali światła wpadającego.
Dlatego światło o różnych kolorach połączone z siatką przeskoczy do różnych pozycji w pierścieniu (wewnątrz przewodnika fal) z powodu różnych wektorów rasterów.
Dlatego też, jeden chip do osiągnięcia RGB trzy kolory, może obsługiwać znacznie mniej FOV niż monochromatyczne.
03
Aby osiągnąć duże FOV, nie ma tylko jednego sposobu zwiększenia wskaźnika załamania podstawy, istnieją co najmniej dwa sposoby wyboru.
Na przykład można to zrobić poprzez splicing FOV, jak w przypadku klasycznej architektury Hololens Butterfly.
Roztwór w obszarze wejściowym przecięcia incydenta FOV na pół, przesyła go z lewej i prawej strony do rozszerzonej pupilii, i splice go w obszarze pupilii wyjściowej.
W ten sposób nawet przy materiałach o niskim wskaźniku załamania można osiągnąć duże FOV.
Dzięki tej architekturze Hololens 2 osiąga FOV ponad 50 stopni na bazie szklanego podłoża o wskaźniku załamania mniejszym niż 1.8.
(FOV Spliced waveguide Classic patent zgłoszony przez Microsoft Hololens2 w 2016 r.)
Możliwe jest również osiągnięcie bardzo dużego FOV poprzez pewien projekt architektoniczny dwuwymiarowego rasteru, który obejmuje wiele szczegółów i jest niewygodny do rozszerzenia.
Z punktu widzenia FOV, im wyższy wskaźnik załamania podstawy, tym wyższa górna granica systemu.
Z tego punktu widzenia węglik krzemowy zapewnia wyższy pułap dla systemu.
Jako projektant przewodników fal bardzo lubię węglik krzemowy, ponieważ daje mi to wystarczającą swobodę projektowania.
Ale z punktu widzenia użytkownika nie ma znaczenia, jaką bazę użyć.
Tak długo, jak może spełniać zapotrzebowanie, dobre osiągi, niską cenę i lekką maszynę, jest dobrym wyborem.
Z tego względu zespół zajmujący się produkcją powinien w pełni rozważyć wybór węglanu krzemu lub innych substratów.
Należy je rozpatrywać w zależności od scenariusza zastosowania, pozycjonowania cen, specyfikacji konstrukcji, dojrzałości łańcucha przemysłowego i innych aspektów.
04
Podsumowując:
1Jeśli chodzi o czyste spojrzenie z punktu widzenia FOV, bieżące szkło o wysokim wskaźniku załamania osiąga FOV 50 stopni bez ciśnienia.
2. ale jeśli chcesz osiągnąć więcej niż 60 stopni FOV, węglik krzemowy jest rzeczywiście dobrym wyborem.
Materiały są wyborem na poziomie komponentów i architektury, a architektura z kolei służy funkcji systemu, a ostatecznie poprzez produkt, służy użytkownikowi.
To proces kompromisu, musimy wybierać spośród wielu wymiarów takich jak doświadczenie sceny, forma produktu, architektura systemu, komponenty i materiały.
Wyświetlacz typu ZMSH SIC Substrat 4H/6H-N/Semi/3C/4H/6H-P
* Prosimy o kontakt z nami w przypadku jakichkolwiek problemów związanych z prawami autorskimi, a my niezwłocznie je rozwiążemy.
