Análise do guia de ondas de carburo de silício AR, do ponto de vista do projeto do guia de ondas
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Os avanços nos materiais muitas vezes levam uma indústria a novos patamares e até abrem novos espaços científicos e tecnológicos para a humanidade.
O nascimento do silício lançou toda a era dos semicondutores e da computação, tornando-se a base para a vida baseada no silício.
Então, o surgimento do carburo de silício levará os guias de ondas AR a novos patamares?
Vamos primeiro olhar para o projeto do guia de ondas.
Só compreendendo os requisitos a nível do sistema podemos esclarecer a direcção da otimização dos materiais.
A arquitetura mais clássica dos guias de onda AR vem do ex-Hololens Dr. Tapani Levola da Finlândia, e os guias de onda são divididos em três regiões: a região da pupila de entrada,região dilatada da pupila, e a região da pupila de saída.
A AR guia esta peça, os finlandeses são a força motriz absoluta.
Desde a Nokia mais antiga, até os Hololens, até ao Dispelix mais recente e assim por diante.
(A patente clássica de Tapani para o guia de ondas difractado AR, registada na Nokia em 2002, tem 23 anos)
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A região da pupila de entrada do guia de ondas acopla todo o FOV da máquina óptica através da grade no substrato, que pode ser vidro, material de carburo de silício ou mesmo material de resina.
O seu princípio de funcionamento é semelhante ao da transmissão de fibra óptica, quando o ângulo de incidência preenche a condição de reflexo total,a luz será ligada na base e transmitida para a área de alargamento da pupila através de reflexão total.
Na região da pupila dilatada, a luz é replicada na direção X e continua para a região da pupila de saída.
Na região da pupila de saída, a luz é copiada na direção Y e eventualmente acoplada ao olho humano.
Se a pupila de saída da máquina óptica (ou seja, a pupila de entrada do guia de ondas) for comparada com um " bolo redondo ",então a essência do guia de ondas AR é copiar este " bolo " da máquina óptica em múltiplos, como 4x4, na região da pupila de saída.
Idealmente, espera-se que esses "pastéis" se sobreponham entre si para formar uma superfície lisa e uniforme de brilho e cor, de modo que o usuário veja a mesma imagem em qualquer lugar dessa superfície (alta uniformidade).
O projeto do guia de ondas AR deve primeiro considerar os requisitos da FOV, que determina o tamanho da imagem que o usuário vê, e também afeta os requisitos de projeto da máquina óptica.
O segundo são os requisitos da Eyebox, que determina se o usuário pode ver a imagem completa dentro da faixa de movimento ocular, afetando o conforto.
Por último, existem outros indicadores, tais como a uniformidade do brilho, a uniformidade da cor e a MTF.
Resuma o fluxo do projeto do guia de ondas AR:
Determinar o FOV e o Eyebox, selecionar a arquitetura do guia de ondas, definir variáveis de otimização e funções objetivas e, em seguida, fazer ajustes de otimização contínuos.
O que tem isto a ver com o carburo de silício?
O diagrama mais importante no projeto de guia de ondas é o diagrama vetorial de onda vetorial de vetor k.
Em termos simples, a luz incidente (a um comprimento de onda e ângulo específicos) pode ser representada como um vetor.
A caixa quadrada no centro representa o tamanho FOV da imagem incidente, e a área do anel representa a faixa FOV que o material de guia de ondas desse índice de refração pode suportar,além do qual a luz não pode existir no guia de ondas.
Quanto maior o índice de refração do material base, maior o círculo do anel mais externo e maior a FOV que pode ser suportada.
Cada vez que a grelha é tocada, um vetor adicional é sobreposto à luz que entra.A magnitude do vetor sobreposto da grade está relacionada com o comprimento de onda da luz incidente.
Portanto, a luz de cores diferentes acoplada à grade saltará para posições diferentes no anel (dentro do guia de ondas) devido a diferentes vetores raster.
Portanto, um único chip para alcançar RGB três cores, pode suportar muito menos FOV do que monocromático.
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Para alcançar um FOV grande, não há apenas uma maneira de aumentar o índice de refração da base, há pelo menos duas maneiras de escolher.
Por exemplo, pode ser feito através do empalhe de FOV, como a arquitetura clássica da borboleta Hololens.
A grelha na região de entrada corta a FOV incidente pela metade, transmite-a dos lados esquerdo e direito para a região da pupila dilatada e a emoldura na região da pupila de saída.
Desta forma, mesmo com materiais com baixo índice de refração, pode ser alcançado um grande FOV.
Com esta arquitetura, a Hololens 2 atinge FOV de mais de 50 graus com base em um substrato de vidro com um índice de refração inferior a 1.8.
(FOV Spliced waveguide Classic patente registada pela Microsoft Hololens2 em 2016)
Também é possível alcançar FOV muito grande através de algum projeto arquitetônico de raster bidimensional, que envolve muitos detalhes e é inconveniente de expandir.
Do ponto de vista FOV, quanto maior o índice de refração da base, maior o limite superior do sistema.
A partir deste ponto de vista, o carburo de silício proporciona um teto mais elevado para o sistema.
Como designer de guias de ondas, gosto muito do carburo de silício porque me dá liberdade suficiente para desenhar.
Mas do ponto de vista do utilizador, não importa qual a base a usar.
Enquanto puder atender à demanda, bom desempenho, baixo preço e máquina leve, é uma boa escolha.
Por conseguinte, a escolha do carburo de silício ou de outros substratos deve ser considerada de forma abrangente pela equipa de produção.
Devem ser consideradas em função do cenário de aplicação, do posicionamento dos preços, das especificações de projeto, da maturidade da cadeia industrial e de outros aspectos.
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Resumindo:
1Se puramente da perspectiva da FOV, o vidro de alto índice de refração atual alcança uma FOV de 50 graus sem pressão.
2. mas se você quiser alcançar mais de 60 graus de FOV, carburo de silício é de fato uma boa escolha.
Os materiais são uma escolha ao nível dos componentes e da arquitetura, e a arquitetura por sua vez serve a função do sistema e, finalmente, através do produto, para servir ao usuário.
Este é um processo de compensação, precisamos escolher entre múltiplas dimensões, como experiência da cena, forma do produto, arquitetura do sistema, componentes e materiais.
Display tipo ZMSH SIC Substrato 4H/6H-N/Semi/3C/4H/6H-P
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