Analyse des guides d'onde AR au carbure de silicium, du point de vue de la conception des guides d'onde
01
Les découvertes en matière de matériaux font souvent monter une industrie à de nouveaux sommets et ouvrent même un nouvel espace scientifique et technologique à l'humanité.
La naissance du silicium a lancé toute l'ère des semi-conducteurs et de l'informatique, devenant la base de la vie basée sur le silicium.
Alors, l'émergence du carbure de silicium portera-t-elle les guides d'ondes AR à de nouveaux sommets?
Regardons d'abord la conception du guide d'ondes.
Ce n'est qu'en comprenant les exigences au niveau du système que nous pouvons clarifier la direction de l'optimisation des matériaux.
L'architecture la plus classique des guides d'ondes AR provient de l'ancien Hololens Dr. Tapani Levola de Finlande, et les guides d'ondes sont divisés en trois régions: la région de l'entrée pupille,la région dilatée de la pupille, et la région de la pupille de sortie.
Les Finlandais sont la force motrice absolue.
Du plus ancien Nokia, aux Hololens, au Dispelix ultérieur et ainsi de suite.
(Le brevet classique de Tapani pour le guide d'onde diffracté AR, déposé auprès de Nokia en 2002, date de 23 ans)
02
La région de la pupille d'entrée du guide d'onde coupe l'intégralité de la FOV de la machine optique à travers la grille dans le substrat, qui peut être du verre, du carbure de silicium ou même du matériau en résine.
Son principe de fonctionnement est similaire à celui de la transmission par fibre optique, lorsque l'angle d'incidence répond à la condition de réflexion totale,la lumière sera liée à la base et transmise à la zone d'élargissement de la pupille par réflexion totale.
Dans la région de la pupille dilatée, la lumière est répliquée dans la direction X et continue vers la région de la pupille de sortie.
Dans la région de la pupille de sortie, la lumière est copiée dans la direction Y et finalement couplée à l'œil humain.
Si la pupille de sortie de la machine optique (c'est-à-dire la pupille d'entrée du guide d'onde) est comparée à un " gâteau rond ",alors l'essence du guide d'ondes AR est de copier ce " gâteau " de la machine optique en multiples, comme 4x4, dans la région de la pupille de sortie.
Idéalement, on s'attend à ce que ces " gâteaux " se chevauchent pour former une surface lisse et uniforme de luminosité et de couleur, de sorte que l'utilisateur voit la même image partout sur cette surface (uniformité élevée).
La conception d'un guide d'onde AR doit d'abord tenir compte des exigences de la FOV, qui détermine la taille de l'image vue par l'utilisateur, et affecte également les exigences de conception de la machine optique.
La seconde est les exigences de l'Eyebox, qui détermine si l'utilisateur peut voir l'image complète dans la plage de mouvements oculaires, ce qui affecte le confort.
Enfin, il existe d'autres indicateurs tels que l'uniformité de la luminosité, l'uniformité des couleurs et la MTF.
Résumer le flux de la conception des guides d'ondes AR:
Déterminez la FOV et l'eyebox, sélectionnez l'architecture du guide d'onde, définissez les variables d'optimisation et les fonctions objectives, puis effectuez des ajustements d'optimisation continus.
Qu'est-ce que cela a à voir avec le carbure de silicium?
Le diagramme le plus important dans la conception des guides d'ondes est le diagramme vectoriel d'onde à vecteur k.
En termes simples, la lumière incident (à une longueur d'onde et à un angle spécifiques) peut être représentée comme un vecteur.
La boîte carrée au centre représente la taille de la FOV de l'image incident, et la zone de l'anneau représente la plage de FOV que le matériau de guidage d'onde de cet indice de réfraction peut supporter,au-delà duquel la lumière ne peut exister dans le guide d'onde.
Plus l'indice de réfraction du matériau de base est élevé, plus le cercle de l'anneau le plus externe est grand et plus la FOV qui peut être supportée est grande.
Chaque fois que la grille est touchée, un vecteur supplémentaire est superposé à la lumière entrante.La grandeur du vecteur superposé de la grille est liée à la longueur d'onde de la lumière incident.
Par conséquent, la lumière de différentes couleurs couplée à la grille sautera à différentes positions dans l'anneau (à l'intérieur du guide d'onde) en raison de différents vecteurs raster.
Par conséquent, une seule puce pour atteindre RGB trois couleurs, peut supporter beaucoup moins FOV que monochrome.
03
Pour atteindre un grand FOV, il n'y a pas qu'une seule façon d'augmenter l'indice de réfraction de la base, il y a au moins deux façons de choisir.
Par exemple, cela peut être fait par l'épissage de FOV, comme l'architecture classique de Hololens Butterfly.
La grille dans la région d'entrée coupe la FOV incidente en deux, la transmet des côtés gauche et droit à la région de la pupille dilatée et l'éplace dans la région de la pupille de sortie.
De cette façon, même avec des matériaux à faible indice de réfraction, un grand FOV peut être atteint.
Grâce à cette architecture, Hololens 2 atteint une FOV de plus de 50 degrés sur un substrat en verre avec un indice de réfraction inférieur à 1.8.
(FOV Spliced waveguide Classic brevet déposé par Microsoft Hololens2 en 2016)
Il est également possible d'obtenir un très grand FOV grâce à une conception architecturale de raster bidimensionnel, qui implique de nombreux détails et est inconfortable à étendre.
Du point de vue de la FOV, plus l'indice de réfraction de la base est élevé, plus la limite supérieure du système est élevée.
De ce point de vue, le carbure de silicium offre un plafond plus élevé pour le système.
En tant que concepteur de guides d'ondes, j'aime certainement le carbure de silicium parce qu'il me donne assez de liberté pour concevoir.
Mais du point de vue de l'utilisateur, il n'a pas vraiment d'importance quelle base utiliser.
Tant qu'il peut répondre à la demande, aux bonnes performances, au faible prix et à la machine légère, c'est un bon choix.
Par conséquent, le choix du carbure de silicium ou d'autres substrats devrait être examiné de manière exhaustive par l'équipe du produit.
Il convient de prendre en considération le scénario d'application, le positionnement des prix, les spécifications de conception, la maturité de la chaîne industrielle et d'autres aspects.
04
Pour résumer:
1Si l'on considère purement le point de vue de la FOV, le verre à haut indice de réfraction actuel atteint une FOV de 50 degrés sans pression.
2. mais si vous voulez obtenir plus de 60 degrés de FOV, le carbure de silicium est en effet un bon choix.
Les matériaux sont un choix au niveau des composants et de l'architecture, et l'architecture à son tour sert la fonction du système, et finalement à travers le produit, pour servir l'utilisateur.
Il s'agit d'un processus de compromis, nous devons choisir parmi plusieurs dimensions telles que l'expérience de la scène, la forme du produit, l'architecture du système, les composants et les matériaux.
L'affichage de type ZMSH SIC Substrate 4H/6H-N/Semi/3C/4H/6H-P
* Veuillez nous contacter pour toute préoccupation concernant les droits d'auteur, et nous y répondrons rapidement.
