Optik dalga kılavuzlarının temel ilkelerini açığa çıkarmak ve AR gözlüklerinin arkasındaki zorlukları anlamak (bölüm 2)
Son makalede, optik dalga kılavuzu kavramını ve diğer AR gözlük optik çözümleriyle karşılaştırmasını tanıttık ve ardından geometrik dalga kılavuzunun (Geometrik Waveguide) çalışma prensibini analiz etmeye odaklandık.
Bu makalede, başka bir optik dalga kılavuzları grubunun analizine odaklanıyoruz - Kırınımlı Dalga Kılavuzu. AR gözlükleri sıradan gözlük görünümüne sahip olmak ve gerçekten tüketici pazarına gitmek istiyor. Kırınımlı optik dalga kılavuzları, özellikle yüzey rölyef ızgarası çözümü şu anda En iyi seçim.
Şu anda, Microsoft Hololens ve Magic Leap One'ın birinci ve ikinci nesilleri gibi birçok yıldız ürünü, kırınımlı optik dalga kılavuzlarının seri üretimini kanıtlamak için tüketici sınıfı ürünler kullanmış ve kullanmıştır.Rokid'in en yeni Rokid Vision AR gözlükleri de dürbün kırınımlı optik dalga kılavuzları kullanır. Program. Güvenilir doğruluk ve hızda kırınımlı optik dalga kılavuzları üretmek için gerekli olan elektron ışınına maruz kalma ve nanoimprint cihazları pahalıdır ve profesyonel bir temiz odaya yerleştirilmesi gerekir.Bu üretim hattını kurabilecek sadece bir avuç üretici vardır.
Ardından, AR gözlükleri için gizemli ve önemli kırınımlı optik dalga kılavuzu teknolojisini anlamak için bu makaleyi kullanalım.
Şekil 1. Optik dalga kılavuzlarının türleri: (a) Geometrik optik dalga kılavuzlarının ve "transflektif" ayna dizilerinin şematik diyagramı, (b) Kırınımlı optik dalga kılavuzlarının ve yüzey rölyef ızgaralarının şematik diyagramları, (c) Kırınımlı optik dalga kılavuzları Ve holografik hacim ızgarasının şematik diyagramı. Bu rakam https://hackernoon.com/fundamentals-of-display-technologies-for-augmented-and-virtual-reality-c88e4b9b0895 adresinden uyarlanmıştır.
Bu yazıda, kırınımlı optik dalga kılavuzlarının çalışma prensibine, geometrik optik dalga kılavuzlarına göre avantaj ve dezavantajlarına ve kırınımlı optik dalga kılavuzlarında kullanılan iki ana ızgaraya - "yüzey kabartma ızgarası (SRG)" ve "holografik hacim ızgarası (VHG) üzerinde odaklanacağız. ".
1. Kırınımlı optik dalga kılavuzu kırınım ızgarasının çekirdeği
Optik makine tarafından oluşturulan sanal görüntünün optik dalga kılavuzu tarafından insan gözüne iletilmesi için, dalga kılavuzunun optik olarak bağlanması ve çıkarılması işlemi gereklidir. Geometrik optik dalga kılavuzunda, her iki işlem de vardır. Prizmalar ve "transflektif" ayna dizileri gibi geleneksel optik bileşenler tamamlanmıştır. İşlem basit ve anlaşılması kolaydır, ancak hacim ve seri üretim teknolojisinde zorluklar vardır. Kırınımlı optik dalga kılavuzunda, geleneksel optik yapının yerini düzlemsel bir kırınım ızgarası (Kırınımlı Izgara) almıştır. Ortaya çıkışı ve popülerliği, optik elemanların milimetre seviyesinden mikro-nano seviyeye, "üç boyutlu" dan "düz" e teknolojik ilerlemesinden yararlanır. akım.
Öyleyse kırınım ızgarası nedir? Basitçe ifade etmek gerekirse, periyodik bir yapıya sahip optik bir elementtir.Bu periyot, malzemenin yüzeyine kabartılan tepe ve çukurlar olabilir (Şekil 1b) veya malzeme içerisindeki holografik teknolojinin maruz kalmasıyla oluşan "açık ve koyu girişim saçakları" olabilir (Şekil 1c) ), ancak son analizde, malzemede kırılma indisinde n (kırılma indisi) periyodik bir değişikliğe neden olur.
Bu periyot, ışığı etkin bir şekilde kontrol edebilmek için genellikle görünür ışığın dalga boyuna (~ 450-700nm) sahip bir büyüklük sırası olan mikro-nano seviyesindedir.
Bir kırınım ızgarasının "ışık bölmesi" iki boyutta yapılandırılmıştır.Şekil 2'de gösterildiği gibi, gelen ışığın tek bir dalga boyuna sahip yeşil ışık olduğu varsayıldığında, kırınım ızgarasıyla birkaç kırınım sırasına bölünecek ve her kırınım sırası boyunca olacaktır. Yansıma kırınımı (R0, R ± 1, R ± 2, ...) ve iletim kırınımı (T0, T ± 1, T ± 2, ...) ışığı da dahil olmak üzere farklı yönler yayılmaya devam eder, her kırınım sırası şuna karşılık gelir Kırınım açısı (m, m = ± 1, ± 2,) ışığın geliş açısı () ve ızgaranın periyodu () ile belirlenir ve ızgaranın diğer parametrelerinin tasarlanmasıyla belirlenir (malzeme kırılma indisi n, ızgara şekli, kalınlığı, Uzay oranı, vb.), Belirli bir kırınım düzeninin (yani belirli bir yönün) kırınım verimini en yükseğe optimize edebilir, böylece ışığın çoğu, kırınımdan sonra esas olarak bu yönde yayılır.
Bu, geleneksel optik cihaza benzer şekilde ışığın yayılma yönünü değiştirme etkisine sahiptir, ancak tüm işlemleri düzlem üzerinde mikro-nano yapı aracılığıyla gerçekleştirilir, bu nedenle yerden tasarruf sağlar ve geleneksel optik cihazlardan çok daha fazla özgürlüğe sahiptir.
Optik dalga kılavuzları için, bu kırınım açısının, önceki makalede analiz edilen dalga kılavuzunda yayılması için cam alt tabakadaki toplam yansıma koşullarını da karşılaması gerekir.
Gelen ışığın farklı kırınım sıralarına bölünmesi temelinde, kırınım ızgarasının başka bir "spektral" boyutu dağılımda yansıtılır, yani aynı ızgara periyodu için farklı dalga boylarının kırınım açısı (m) da farklıdır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, gelen ışığın beyaz ışık olduğunu varsayarsak, ışığın dalga boyu ne kadar uzun olursa kırınım açısı, yani kırmızı ışığın kırınım açısı (R) o kadar büyük olur. > Yeşil ışık (G) > Mavi ışık (B) için, bu dağılım hem yansıma kırınımında hem de iletim kırınımında yansıtılır.
Bu fenomen tanıdık geliyor mu? Bence herkes gençken prizmalarla oynamıştır.Güneş ışığı (beyaz ışık) içinden geçtikten sonra bir "gökkuşağına" bölünecek, ancak ışığı bölme prensibi kırınımdan çok ışığı kırmaktır. Şekil 2 (c), kırınım ızgarasının ışık bölme olgusunu (çoklu kırınım sıraları ve dağılma etkileri dahil) prizmanın ışık bölme dağılımı ile karşılaştırır. Kırınım ızgarası ışığı farklı kırınım seviyelerine bölerken, her seviyenin Işın bölme prizmasından çok daha karmaşık bir dağılma olgusu vardır.
Şekil 2. (a) Kısmi kırınım dereceleri ve yüzey kabartmalı ızgaranın dağılımının şematik diyagramı, (b) Kısmi kırınım derecelerinin ve holografik hacim ızgarasının dağılımının şematik diyagramı, (c) Kırınım ızgarası ve ışın yarma prizmasının karşılaştırma diyagramı.
2. Kırınımlı optik dalga kılavuzunun çalışma prensibi
Kırınım ızgarasının çalışma prensibini anladıktan sonra, optik dalga kılavuzunda nasıl çalıştığına bir göz atalım.
Önceki makalede anlatılanları hatırlarsak, tek boyutlu bir göz bebeği genişlemesi, bu kavramı Şekil 3'te gösterildiği gibi kırınımlı bir optik dalga kılavuzuna aktarırsak, geometrik bir optik dalga kılavuzunda "transflektif" bir ayna dizisi kullanılarak elde edilebilir. Gösterildiği gibi), sadece olay ızgarasını kullanarak ışığı dalga kılavuzuna bağlayabilir ve ardından ayna dizisi yerine giden ızgarayı kullanabilirsiniz. Yani dalga kılavuzunda bir yılan gibi "dolaşan" toplam yansıma ışığı, cam alt tabakanın yüzeyindeki ızgarayla her karşılaştığında, ışığın bir kısmı kırınım yoluyla göze salınır ve ışığın geri kalan kısmı dalga kılavuzunda bir sonrakine kadar yayılmaya devam eder. Dalga kılavuzunun yüzeyindeki ızgaraya vurulduktan sonra, tek boyutlu göz bebeği genişlemesinin elde edilebileceğini anlamak zor değildir.
Ancak insanlar, hareket eden göz çerçevesini bir yönde (yani gözler arasındaki göz bebeği mesafesinin X yönü boyunca) arttırmaktan memnun değiller. Izgara yapısı, ışığın özelliklerini geleneksel optik cihazlardan daha büyük bir serbestlik derecesinde değiştirebildiğinden, neden olmasın? Göz bebeği genişlemesi aynı zamanda diğer yönde (yani burun köprüsünün Y yönü boyunca) elde edilir, bu sadece AR gözlüklerinin daha geniş bir göz bebekleri arasındaki mesafeyi kabul etmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda farklı yüz şekilleri ve burun köprüsü yükseklikleri olan kişilerle daha uyumlu hale getirir.
İki boyutlu öğrenci genişlemesi sağlamak için kırınım ızgaralarını kullanma kavramı, Finlandiya'daki Nokia Araştırma Merkezi'nden bilim adamı Dr.Tapani Levola tarafından on yıldan fazla bir süre önce önerildi ve sektöre esas olarak yüzey kabartma ızgaraları (SRG) kullanarak birçok değerli makale katkıda bulundu. .
Daha sonra IP'nin bu kısmı Microsoft ve Vuzix tarafından satın alındı veya bir lisans alındı, bu nedenle mevcut Hololens I ve Vuzix Blade benzer ızgara yapısı ve düzenlemesi kullanıyor. Şekil 3 (b) 'de gösterildiği gibi, başka bir holografik hacim ızgarasının (VHG) temsili bir optik şirketi olan Digilens, iki boyutlu göz bebeği genişlemesi elde etmek için benzer bir üç alanlı ızgara düzenlemesi kullanır. Giriş ızgarası çiftleri dalga kılavuzuna ışık tuttuğunda, bir katlama / çevirme ızgarası alanına gireceği görülebilir.Bu alandaki ızgaralı oluk yönü olay ızgarasına belirli bir açıdadır.Anlayış kolaylığı için varsayıyoruz 45 derecelik bir açıdır, bu nedenle ışığı X yönünden Y yönünde yaymak için yansıtan 45 derecelik bir ayna gibidir.
Ve bu dönme işlemi sırasında, toplam yansıma yoluyla hareket eden ışık, döndürme ızgarasını birkaç kez karşılayacağından, ışığın bir kısmı her 90 derece döndürüldüğünde ve ışığın diğer kısmı yatay olarak ilerlemeye devam ettiğinden benzer bir şekil 3 (a) X yönünde tek boyutlu göz bebeği genişlemesi, ancak gözbebeği genişlemesinden sonraki ışık dalga kılavuzundan dışarıya bağlanmaz, ancak Y yönünde üçüncü ızgara bölgesine - çıktı ızgarasına ilerlemeye devam eder.
Çıkış ızgarasının yapısı, olay ızgarasınınkine benzer, ancak alanın çok daha büyük olması ve ızgaranın yiv yönünün olay ızgarasına dik olması, çünkü Y yönünde göz bebeği genişlemesinin ağır sorumluluğunu taşır.İşlem Şekil 3 (a) 'ya benzer, ancak kabul eder Bir yerine birden çok ışın var. Tek bir göz bebeğinin (göz bebeği) gelen ışığının, döner ızgaradan geçtikten sonra M x 1 göz bebeklerine (yani X yönünde tek boyutlu bir dizi) genişlediğini ve ardından çıkış ızgarasından geçtikten sonra M x N ikiye genişlediğini varsayıyoruz. N'nin çıkış ızgarası bölgesindeki ışığın toplam yansıma sayısı, yani göz bebeği genişlemesi sayısı olduğu boyutsal bir matris.
İki boyutlu göz bebeği genişlemesi elde etmek için bir döner ızgaranın kullanılması, Hololens I, Vuzix Blade, Magic Leap One, Digilens vb. Gibi piyasadaki ana ürünler tarafından şu anda benimsenen nispeten sezgisel bir yöntemdir. Üç ızgara bölgesinin alanı, şekli ve düzenlemesi temel alabilir. Gözlüklerin optik parametre gereksinimleri ve şekil tasarımı esnek bir şekilde ayarlanabilir.
İki boyutlu göz bebeği genişlemesi elde etmenin bir başka yolu, doğrudan iki boyutlu bir ızgara kullanmaktır, yani ızgaranın en az iki yönde periyotları vardır Sezgisel olarak konuşursak, tek yönlü "oluk" bir sütun dizisi haline gelir. Bu yapı, Birleşik Krallık'tan bir difraktif optik dalga kılavuzu şirketi olan WaveOptics tarafından benimsenmiştir. Şekil 3 (c) 'de gösterildiği gibi, olay ızgarasından (alan 1) dalga kılavuzuna bağlanan ışık doğrudan alan 3'e girer. Bu alandaki iki boyutlu silindirik dizi aynı anda olabilir Işık, X ve Y yönlerinde genişler ve yayılırken ışığın bir kısmı insan gözüne bağlanır.
Bu iki boyutlu ızgaranın tasarımının çok karmaşık olduğu düşünülebilir, çünkü her çıkış göz bebeğinin ışık homojenliğini dengelerken çoklu yayılma yönlerinin birleştirme verimliliğini hesaba katar.
Avantajı, yayılmadaki ışık kaybını azaltan sadece iki ızgara alanının bulunması ve döner ızgara olmadığından, çıkış ızgarasının sınırlı cam mercek üzerinde daha geniş bir alanı kaplaması ve böylece etkili göz hareketi çerçevesinin artmasıdır. Aralık.
WaveOptics 40 derecelik FOV modülü göz çerçevesi, piyasadaki türünün en büyüğü olan 19 x 15 mm'ye ulaşabilir.
Şekil 3. Kırınımlı optik dalga kılavuzundaki göz bebeği büyütme teknolojisi: (a) Tek boyutlu göz bebeği büyütme, (b) Dönen bir ızgara kullanarak iki boyutlu gözbebeği büyütme, (c) İki boyutlu bir ızgara kullanarak iki boyutlu göz bebeği büyütme.
3. Kırınımlı optik dalga kılavuzlarının avantaj ve dezavantajlarının analizi
Kırınımlı optik dalga kılavuzu teknolojisinin geometrik optik dalga kılavuzu ile karşılaştırıldığında temel avantajı, ister geleneksel yarı iletken mikro-nano üretim süreçlerini kullanan bir yüzey rölyef ızgarası isterse holografik girişim teknolojisi kullanılarak yapılan bir hacim ızgarası olsun, ızgara tasarımı ve üretiminin esnekliğinde yatmaktadır. Cam alt tabakanın düzlemine ince bir film eklenip daha sonra işlenmesidir.Geometrik optik dalga kılavuzları gibi cam dilimleme ve yapıştırma işlemleri gerektirmez, seri üretim ve verim çok daha yüksektir.
Ek olarak, döner bir ızgara veya iki boyutlu bir ızgaranın kullanılması, iki boyutlu göz bebeği genişlemesini sağlayabilir, böylece hareketli göz çerçevesi, burun köprüsü yönünde farklı yüz şekillerine sahip daha fazla insanı kaplayabilir, ergonomik tasarım ve optimize edilmiş kullanıcı deneyimi için daha geniş bir tolerans alanı bırakabilir. . Kırınımlı dalga kılavuzu ayrıca Y yönünde göz bebeği genişlemesi sağladığından, Y yönündeki optik makinenin boyutu da geometrik optik dalga kılavuzunun boyutundan daha küçüktür.
Geometrik bir optik dalga kılavuzunda, her bir çıkış gözbebeğinden tek tip ışık çıkışı elde etmek için ayna dizisindeki her ayna yüzeyinde farklı bir R / T oranına sahip çok katmanlı bir filmin plakalanması gerekir ki bu çok sıkıcı bir çok aşamalı işlem gerektirir. Kırınım ızgaraları için, ızgaranın görev döngüsü, ızgara şekli vb. Gibi tasarım parametrelerini değiştirmeniz ve son yapıyı bir litografi makinesi, elektron ışını pozlama makinesi veya holografik girişim maskesi olarak düzenlemeniz yeterlidir ve sonra yapabilirsiniz Çoklu çıkış göz bebeklerinden tek tip ışık çıkışı elde etmek için ızgaralı film üzerine bir adım "yazın".
Bununla birlikte, difraktif optik dalga kılavuzu teknolojisinin de, esas olarak, Şekil 2'de açıklanan açı ve renk için difraktif elemanın yüksek seçicilik derecesine bağlı olarak kusurları vardır.
İlk olarak, diğer kırınım yönlerindeki ışık kaybını azaltmak için çoklu kırınım seviyeleri durumunda kırınım verimliliğini belirli bir yönde optimize etmek gerekir.
Örnek olarak yüzey rölyef ızgarasının olay ızgarasını alırsak, Şekil 3 (a) 'daki simetrik dikdörtgen ızgaralı yapı tarafından sola kırılan ışık toplanmayacak ve gözlere yayılmayacaktır ki bu da ışığın yarısını boşa harcamaya eşdeğerdir. Bu nedenle, genellikle göz yönünde kırılan ışığın bağlantı verimini en üst düzeye çıkarmak için Şekil 1 (b) 'de gösterildiği gibi eğimli bir ızgara veya üçgen bir alevli ızgaranın benimsenmesi gerekir. Bu tür eğimli yüzey rölyef ızgarası, üretim sürecinde geleneksel dikdörtgen ızgaradan daha talepkardır.
Daha sonra dağılım problemiyle nasıl başa çıkılacağı var Şekil 2'de belirtildiği gibi, aynı kırınım ağı farklı dalga boyları için farklı kırınım açılarına karşılık gelecektir.
Optik makineden gelen üç renk kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) olduğundan, her renk farklı bir dalga boyu bandı içerir. Şekil 4 (a) 'da gösterildiği gibi olay ızgarasından kırıldıklarında, +1 dereceli kırınımlı ışığı, yani T + 1'i optimize ettiğimiz varsayılırsa, kırınım açısı + 1T farklı dalga boyları için farklı olacaktır, yani R > G > B.
Bu açının farklılığından dolayı, ışığın toplam yansımayı her tamamladığında yaşadığı yolun uzunluğu da farklı olacaktır.Kırmızıdaki toplam yansıma sayısı yeşilinkinden daha az ve mavideki toplam yansıma sayısı en fazladır. Bu fark nedeniyle, Şekil 4 (a) 'daki ışık nihayet çıkış ızgarasıyla karşılaştığında (lütfen gözlüğü gösteren oka bakın), mavi 3 kez bağlanacak (yani, çıkış göz bebeği 3'e genişleyecektir) ve yeşil iki kez olacaktır. Bir kez kırmızı, gözlerin RGB renk oranının eşit olmadığını görmek için gözü hareket ettiren çerçevenin farklı konumlarına hareket etmesine neden olur.
Ek olarak, aynı rengin kırınım verimi bile geliş açısı ile dalgalanacaktır, bu da tüm görüş alanı (FOV) aralığında, yani "gökkuşağı" olarak adlandırılan alanda farklı kırmızı, yeşil ve mavi ışık dağılım oranlarına yol açacaktır. etki".
Dağılım problemini iyileştirmek için, kırmızı, yeşil ve mavi renkler Şekil 4 (b) 'de gösterildiği gibi üç katmanlı dalga kılavuzuna bağlanabilir ve her katmanın kırınım ızgarası, nihai çıkış göz bebeğini iyileştirebilecek belirli bir renk için optimize edilir. Konumun renk bütünlüğü gökkuşağı efektini azaltır.
Bununla birlikte, RGB LED'in her rengi tek bir dalga boyu olmadığı, ancak küçük bir dalga boyu aralığını kapsadığı için, yine de hafif bir gökkuşağı etkisi olacaktır.Bu, kırınım ızgarasının fiziksel özelliklerinden kaynaklanmaktadır.Renk bütünlüğü problemi sadece tasarım yoluyla olabilir. Sürekli olarak optimize edin ancak tamamen ortadan kaldıramaz.
Yakın zamanda piyasaya sürülen Hololens II, LED ışık kaynağını çok dar spektrumlu bir lazer ışık kaynağıyla değiştirerek gökkuşağı etkisini büyük ölçüde azaltacaktır. Gözlük camlarını daha hafif ve daha ince yapmak için, piyasadaki çoğu ürün kırmızı ve yeşili (RG) çoğaltmak için bir dalga kılavuzu katmanına dahil eder. Waveguide şirketi Dispelex gibi, RGB'nin üç rengini de tek bir dalga kılavuzu katmanına dahil etmek için bazı yeni ızgara tasarımlarını kullanmayı keşfetmeye cesaret eden şirketler de var, ancak mevcut tam renkli demo yalnızca yaklaşık 30 derecelik bir görüş alanına sahip.
Özetlemek gerekirse, kırınımın fiziksel sürecinin kendisi açı ve dalga boyu için seçiciliğe sahiptir, bu da esas olarak FOV ve gözü hareket ettiren çerçevede eşit olmayan renkte, yani "gökkuşağı etkisi" ile ortaya çıkan kromatik dağılımın varlığına yol açar. Izgara tasarım optimizasyonu sürecinde, renk bandının kapsamını ve olay açısı (yani FOV) aralığını dengelemek zordur.RGB üç rengi üzerinde hareket etmek ve en büyük FOV'u elde etmek için bir ızgara katmanının nasıl kullanılacağı endüstrinin karşı karşıya olduğu bir zorluktur.
Şekil 4. Kırınımlı optik dalga kılavuzlarında dağılma sorunları: (a) Tek katmanlı optik dalga kılavuzları ve ızgaralar, yayılan ışığın "gökkuşağı etkisine" neden olur, (b) Çok katmanlı optik dalga kılavuzları ve ızgaralar, yayılan ışığın renk homojenliğini iyileştirir.
Dördüncü olarak, kırınımlı optik dalga kılavuzlarının sınıflandırılması
Şu anda, yüzey kabartmalı ızgaralar (SRG), geleneksel optik iletişim endüstrisindeki tasarım ve üretim teknolojilerinin birikiminden yararlanarak piyasadaki kırınımlı optik dalga kılavuzu AR gözlük ürünlerinin çoğunu oluşturmaktadır.
Tasarım eşiği geleneksel optiklere göre daha yüksektir.Başlıca nedeni, mikro-nano aralığa giren kırınım ızgarasının yapısı nedeniyle fiziksel optik simülasyon araçlarına ihtiyaç duyulmasıdır.Daha sonra ışık dalga kılavuzuna girdikten sonra ışın izleme parçasının geleneksel optik ile karşılaştırılması gerekir. Geometrik optik simülasyon araçlarını birleştirin.
Üretim süreci, ızgaralı baskı kalıbını yapmak için ilk olarak geleneksel yarı iletken mikro / nano imalat süreci (Mikro / Nano imalat), silikon alt tabaka üzerinde elektron ışınına maruz kalma (Elektron Işını Litografisi) ve iyon aşındırma (İyon Işını Aşındırma) yoluyla yapılır. (Master Stamp), bu kalıp Nanoimprint Litografi ile binlerce ızgarayı basabilir.
Nano-baskı, cam alt tabaka (yani dalga kılavuzu tabakası) üzerinde homojen bir organik reçine (reçine) kaplamasını gerektirir ve ardından baskı kalıbı ile kaplanır İşlem, eski zamanlarda "Game of Thrones" da kullanılan sızdırmazlık mumuna çok benzer. Poke, ama burada reçineyi ultraviyole ışınlarla ışınlayarak reçineyi iyileştirmemiz ve ardından kürlemeden sonra "dürtmeyi" yukarı kaldırmamız ve dalga kılavuzunda kırınım ızgarasının oluşması gerekir.
Bu reçine genellikle görünür ışık bandında yüksek şeffaflığa sahip bir materyaldir ve ayrıca dalga kılavuzu camına benzer yüksek bir kırılma indisi gerektirir. Yüzey rölyef ızgaraları, işleme teknolojisinin yüksek hacimli üretimini kanıtlamak için Microsoft, Vuzix, Magic Leap ve diğer ürünler tarafından tanıtıldı, ancak elektron ışınına maruz kalma ve güvenilir doğruluk ve hıza sahip nano baskı aletleri pahalıdır ve yerleştirilmesi gerekir. Profesyonel ultra temiz odada, bu üretim hattını kurma şartlarına sahip yalnızca bir avuç yerli üretici var.
On yıl önce ABD askeri endüstrisi için AR kaskları yapan Digilens, bir zamanlar monokrom AR gözlükleri üreten ve Appleın satın alınmasıyla çok gizemli hale gelen Sony de dahil olmak üzere holografik hacim ızgarası (VHG) dalga kılavuzu çözümleri yapan nispeten az sayıda üretici var. Akonia'da, hacim ızgarası tasarımı ve üretimi konusunda uzmanlaşmış bazı üreticiler var.
Kullandıkları malzemeler genellikle, temelde fotopolimer ve sıvı kristal veya her ikisinin karışımı olan kendi formülasyonlarıdır. Üretim süreci ayrıca ilk olarak cam alt tabaka üzerine bir organik film tabakası kaplamak ve ardından filmi açığa çıkarmak için girişim saçakları oluşturmak için iki lazer ışını kullanmaktır.Açık ve karanlık girişim saçakları, malzemenin farklı pozlama özelliklerine neden olarak kırılma indisi farkına neden olur (n , indeks kontrastı), kırınım ızgarasının gerekli periyodikliğini oluşturur.
Hacim ızgarası mevcut malzemelerle sınırlı olduğundan, elde edilebilecek n sınırlıdır, bu da FOV, ışık verimliliği ve netlik açısından yüzey rölyef ızgarası ile aynı seviyeye henüz ulaşmamış olmasına neden olur. Bununla birlikte, tasarım engelleri, süreç zorluğu ve üretim maliyetlerinde belirli avantajları olduğu için, endüstri bu yönü keşfetmekten asla vazgeçmedi.
Beş, özet
Pekala, bu kadarını söyledikten sonra, kimin alacağını görmek için optik dalga kılavuzlarının çeşitli teknik çözümlerini karşılaştıralım.Yatay karşılaştırmayı kolaylaştırmak için daha detaylı bir tablo özetledik.
Geometrik optik dalga kılavuzu, geleneksel optik tasarım konseptine ve üretim sürecine dayanır ve tek boyutlu öğrenci genişlemesini gerçekleştirir. Lider İsrail şirketi Lumus'tur, şu anda demo 55 derece görüş alanına sahip ve görüntü parlaklığı ve kalitesi çok iyi. Ne yazık ki, geometrik optik dalga kılavuzlarının üretim süreci çok zahmetlidir ve bu da endişe verici nihai verime yol açar.Tüketici seviyesine ulaşan AR gözlük ürünleri henüz piyasada görünmediğinden, seri üretimleri hala bilinmemektedir.
Kırınımlı optik dalga kılavuzları, iki boyutlu göz bebeği genişlemesi sağlayabilen mikro-nano yapıların ve "düzlemsel optik" teknolojisinin geliştirilmesinden yararlanır. Ana yüzey kabartma ızgaralar birçok yıldız şirket tarafından kullanıldı ve seri üretimini Hololens II'nin 52 derece FOV'a ulaştığı tüketici sınıfı ürünlerle kanıtladı.
Diğer bir holografik hacim ızgarası türü de paralel geliştirme aşamasındadır.Malzeme, optik parametreleri iyileştirmek için darboğazı aşabilirse, gelecekte seri üretim de çok umut vericidir. Kırınımlı optik dalga kılavuzunun, özellikle yüzey kabartma ızgaralı çözümün, AR gözlükleri için tüketici pazarına yönelik en iyi seçim olduğuna inanıyoruz.
Bununla birlikte, kırınım ızgarası tasarımının yüksek eşiği ve "gökkuşağı etkisinin" varlığı nedeniyle, ideal AR camlarını yapmak için hala uzun bir yol vardır ve sektördeki tüm endüstriyel zincirlerin ortak çabaları gereklidir.
Lei Feng
Yazar tanıtımı: Li Kun, Zhejiang Üniversitesi'nden Optoelektronik alanında lisans derecesi ve California Üniversitesi, Berkeley, ABD'den doktora derecesi ile mezun olmuştur. Ana araştırma yönleri arasında optik görüntüleme sistemleri, optoelektronik cihazlar, yarı iletken lazerler ve nanoteknoloji bulunmaktadır. Şimdi San Francisco Körfez Bölgesi'ndeki Rokid R-lab'da optik araştırma bilimcisi ve çoklu proje lideri olarak çalışıyor.
