Анализ волновода карбида кремния AR с точки зрения проектирования волновода
01
Прорывы в области материалов часто приносят промышленности новые высоты и даже открывают для человечества новое научное и технологическое пространство.
Рождение кремния положило начало всей эре полупроводников и вычислений, став основой для жизни на основе кремния.
Итак, появится ли карбид кремния, который выведет волноводы AR на новые высоты?
Давайте сначала посмотрим на конструкцию волновода.
Только с пониманием требований на уровне системы мы можем прояснить направление оптимизации материалов.
Наиболее классическая архитектура волноводов AR происходит от бывшего Hololens д-ра Tapani Levola из Финляндии, и волноводы разделены на три области: область входа ученика,расширенная область зрачка, и область выхода зеницы.
АР волноводитель этой части, финны являются абсолютной основной движущей силой.
От самой ранней Nokia, до гололен, до более позднего Dispelix и так далее.
(Классическому патенту Тапани на дифракционный волновод AR, поданному в Nokia в 2002 году, 23 года)
02
Регион входного зрачка волновода соединяет весь FOV от оптической машины через решётку в подложку, которая может быть стеклом, материалом из карбида кремния или даже смолой.
Его принцип работы аналогичен оптической передаче волокна, когда угол попадания соответствует условию полного отражения,свет будет связываться в основе и передаваться в область увеличения зрачка через полное отражение..
В области расширенного зрачка свет воспроизводится в направлении X и продолжается до области выхода зрачка.
В области выхода зрачка свет копируется в направлении Y и в конечном итоге соединяется с человеческим глазом.
Если выходной зрачок оптической машины (т.е. входной зрачок водовода) сравнить с "круглым пирогом",то суть волновода AR заключается в том, чтобы скопировать этот "пирог" из оптической машины в многочисленные, например, 4x4, в области выхода зрачка.
В идеале, эти "пирожки" должны перекрываться друг с другом, чтобы сформировать гладкую, равномерную поверхность яркости и цвета, так что пользователь видит одну и ту же картинку в любом месте на этой поверхности (высокая однородность).
Разработка волновода AR должна сначала учитывать требования FOV, который определяет размер изображения, которое видит пользователь, а также влияет на требования к проектированию оптической машины.
Во-вторых, это требования к Eyebox, которые определяют, может ли пользователь видеть полную картину в пределах диапазона движений глаз, что влияет на комфорт.
Наконец, есть и другие показатели, такие как однородность яркости, однородность цвета и MTF.
Обобщить процесс проектирования волновода AR:
Определить FOV и Eyebox, выбрать архитектуру волновода, установить переменные оптимизации и объективные функции, а затем внести постоянные корректировки оптимизации.
Так какое это имеет отношение к карбиду кремния?
Наиболее важная диаграмма в проектировании волновода - это k-векторная волновая векторная диаграмма.
Проще говоря, падающий свет (на определенной длине волны и угол) может быть представлен как вектор.
Квадратная коробка в центре представляет размер FOV на инцидентной картинке, а область кольца представляет диапазон FOV, который может поддерживать волноводный материал этого показателя преломления,за которым свет не может существовать в волноводе.
Чем выше показатель преломления базового материала, тем больше круг внешнего кольца, и тем больше FOV, который может быть поддержан.
Каждый раз, когда решетка касается, дополнительный вектор накладывается на входящий свет.Величина наложенного вектора решетки связана с длиной волны падающего света.
Следовательно, свет разных цветов, соединенный в решетку, будет прыгать на разные позиции в кольце (внутри волновода) из-за разных растровых векторов.
Таким образом, один чип для достижения RGB трех цветов, может поддерживать гораздо меньше FOV, чем монохромный.
03
Для достижения большого FOV существует не только один способ увеличения показателя преломления основания, есть по крайней мере два способа выбора.
Например, это может быть сделано с помощью сплайсинга FOV, такого как классическая архитектура Hololens Butterfly.
Решетка в области ввода разрезает инцидентный FOV наполовину, передает его с левой и правой сторон в область расширенного зрачка и соединяет его в области выхода зрачка.
Таким образом, даже с низким показателем преломления материала, может быть достигнута большая FOV.
С помощью этой архитектуры Hololens 2 достигает FOV более 50 градусов на основе стеклянной подложки с индексом преломления менее 1.8.
(FOV Spliced waveguide Classic патент, поданный Microsoft Hololens2 в 2016 году)
Также можно достичь очень большого FOV с помощью архитектурного дизайна двумерного растра, который включает в себя много деталей и неудобен для расширения.
С точки зрения FOV, чем выше показатель преломления основания, тем выше верхняя граница системы.
С этой точки зрения, карбид кремния обеспечивает более высокий потолок для системы.
Как дизайнер волноводов, я, конечно, люблю карбид кремния, потому что он дает мне достаточно свободы для дизайна.
Но с точки зрения пользователя, не имеет значения, какую базу использовать.
До тех пор, пока он может удовлетворить спрос, хорошую производительность, низкую цену и легкую машину, это хороший выбор.
Таким образом, выбор карбида кремния или других субстратов должен быть тщательно рассмотрен группой производителей.
Необходимо учитывать сценарий применения, ценовое положение, спецификации конструкции, зрелость промышленной цепочки и другие аспекты.
04
Подводя итог:
1Если смотреть исключительно с точки зрения FOV, то текущее стекло с высоким показателем преломления достигает FOV 50 градусов без давления.
2. но если вы хотите достичь более 60 градусов FOV, карбид кремния действительно хороший выбор.
Материалы являются выбором на уровне компонентов и архитектуры, а архитектура, в свою очередь, служит функции системы, и в конечном итоге через продукт, чтобы служить пользователю.
Это процесс компромисса, мы должны выбирать из нескольких измерений, таких как опыт сцены, форма продукта, архитектура системы, компоненты и материалы.
Дисплей типа ZMSH SIC Substrate 4H/6H-N/Semi/3C/4H/6H-P
* Пожалуйста, свяжитесь с нами для любых проблем с авторским правом, и мы немедленно решим их.
