Analisi del conduttore d'onda del carburo di silicio AR, dal punto di vista della progettazione del conduttore d'onda
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Le scoperte nei materiali spesso portano un'industria a nuove vette e addirittura aprono un nuovo spazio scientifico e tecnologico per l'umanità.
La nascita del silicio lanciò l'intera era dei semiconduttori e dell'informatica, diventando la base per la vita basata sul silicio.
Quindi, l'emergere del carburo di silicio porterà le guide d'onda AR a nuove altezze?
Diamo un'occhiata al disegno della guida d'onda.
Solo comprendendo i requisiti a livello di sistema possiamo chiarire la direzione dell'ottimizzazione dei materiali.
L'architettura più classica delle guide d'onda AR proviene dall'ex Hololens Dr. Tapani Levola della Finlandia, e le guide d'onda sono divise in tre regioni: la regione della pupilla di ingresso,la regione della pupilla dilatata, e la regione della pupilla di uscita.
L'AR guida l'onda di questo pezzo, i finlandesi sono la forza motrice assoluta.
Dalla prima Nokia, agli Hololens, ai Dispelix successivi e così via.
(Il brevetto classico di Tapani per la guida d'onda diffratta AR, depositato presso Nokia nel 2002, ha 23 anni)
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La regione della pupilla di ingresso della guida d'onda accoppia l'intero FOV dalla macchina ottica attraverso la griglia nel substrato, che può essere vetro, materiale a carburo di silicio o persino materiale a resina.
Il suo principio di funzionamento è simile alla trasmissione in fibra ottica, quando l'angolo di incidenza soddisfa la condizione di riflessione totale,la luce sarà legata alla base e trasmessa all'area di ingrandimento della pupilla attraverso una riflessione totale.
Nella regione della pupilla dilatata, la luce viene replicata nella direzione X e continua verso la regione della pupilla di uscita.
Nella regione della pupilla di uscita, la luce viene copiata nella direzione Y e infine accoppiata all'occhio umano.
Se la pupilla di uscita della macchina ottica (cioè la pupilla di ingresso della guida d'onda) è confrontata con una "torta rotonda",allora l'essenza della guida d'onda AR è quella di copiare questa "torta" dalla macchina ottica in più, come 4x4, nella regione della pupilla di uscita.
Idealmente, si prevede che queste "torte" si sovrappongano tra loro per formare una superficie liscia e uniforme di luminosità e colore, in modo che l'utente veda la stessa immagine ovunque su questa superficie (alta uniformità).
La progettazione della guida d'onda AR deve prima considerare i requisiti di FOV, che determina le dimensioni dell'immagine vista dall'utente, e influisce anche sui requisiti di progettazione della macchina ottica.
Il secondo è quello dell'Eyebox, che determina se l'utente può vedere l'immagine completa all'interno della gamma di movimenti oculari, influenzando il comfort.
Infine, ci sono altri indicatori, quali l'uniformità della luminosità, l'uniformità del colore e la MTF.
Riassumere il flusso di progettazione della guida d'onda AR:
Determinare il FOV e l'Eyebox, selezionare l'architettura della guida d'onda, impostare le variabili di ottimizzazione e le funzioni obiettive e quindi effettuare aggiustamenti di ottimizzazione continui.
Allora, cosa c'entra il carburo di silicio?
Il diagramma più importante nella progettazione della guida d'onda è il diagramma vettoriale d'onda k-vettore.
In termini semplici, la luce incidente (a una lunghezza d'onda e angolo specifici) può essere rappresentata come un vettore.
La casella quadrata al centro rappresenta la dimensione di FOV dell'immagine incidente, e l'area dell'anello rappresenta la gamma di FOV che il materiale di guida d'onda di quell'indice di rifrazione può supportare,oltre il quale la luce non può esistere nella guida d'onda.
Maggiore è l'indice di rifrazione del materiale di base, maggiore è il cerchio dell'anello più esterno e maggiore è il FOV che può essere sostenuto.
Ogni volta che la griglia viene toccata, un vettore aggiuntivo viene sovrapposto alla luce in entrata.La grandezza del vettore sovrapposto della griglia è correlata alla lunghezza d'onda della luce incidente.
Pertanto, la luce di diversi colori accoppiata nella griglia salterà in posizioni diverse nell'anello (dentro la guida d'onda) a causa di diversi vettori raster.
Pertanto, un singolo chip per ottenere RGB tre colori, può supportare molto meno FOV che monocromo.
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Per ottenere un FOV elevato, non esiste un solo modo per aumentare l'indice di rifrazione della base, ma ci sono almeno due modi da scegliere.
Ad esempio, può essere fatto attraverso lo splicing di FOV, come l'architettura classica Butterfly di Hololens.
La griglia nella regione di ingresso taglia la FOV incidente a metà, la trasmette dai lati sinistro e destro alla regione della pupilla dilatata e la splice nella regione della pupilla di uscita.
In questo modo, anche con materiali a basso indice di rifrazione, è possibile ottenere un FOV elevato.
Con questa architettura, Hololens 2 raggiunge un FOV di oltre 50 gradi basato su un substrato di vetro con un indice di rifrazione inferiore a 1.8.
(FOV Spliced waveguide Classic brevetto depositato da Microsoft Hololens2 nel 2016)
È anche possibile raggiungere un FOV molto grande attraverso un progetto architettonico di raster bidimensionale, che coinvolge molti dettagli ed è scomodo da espandere.
Dal punto di vista FOV, più alto è l'indice di rifrazione della base, maggiore è il limite superiore del sistema.
Da questo punto di vista, il carburo di silicio fornisce un tetto superiore per il sistema.
Come progettista di guide d'onda, mi piace sicuramente il carburo di silicio perché mi dà abbastanza libertà di progettazione.
Ma dal punto di vista dell'utente, non importa davvero quale base usare.
Finché può soddisfare la domanda, buone prestazioni, basso prezzo e macchina leggera, è una buona scelta.
Pertanto, la scelta del carburo di silicio o di altri substrati dovrebbe essere valutata in modo completo dal team di produzione.
Occorre tener conto dello scenario di applicazione, del posizionamento dei prezzi, delle specifiche di progettazione, della maturità della catena industriale e di altri aspetti.
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Per riassumere:
1Se puramente dal punto di vista della FOV, il vetro ad alto indice di rifrazione attuale raggiunge una FOV di 50 gradi senza pressione.
2. ma se si vuole ottenere più di 60 gradi di FOV, carburo di silicio è davvero una buona scelta.
I materiali sono una scelta a livello di componente e architettura, e l'architettura a sua volta serve la funzione del sistema, e in ultima analisi attraverso il prodotto, per servire l'utente.
Questo è un processo di compromesso, dobbiamo scegliere tra molteplici dimensioni come l'esperienza della scena, la forma del prodotto, l'architettura del sistema, componenti e materiali.
Display di tipo ZMSH SIC Substrato 4H/6H-N/Semi/3C/4H/6H-P
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