掌握AR/VR全局，高折射率波导制成的显示屏提供更大的视场和更加身临其境的用户体验

时间： 2024-11-04 来源：COHERENT官网

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掌握 AR/VR 全局

采用高折射率波导制成的显示屏可提供更大的视场，从而提供更加身临其境的用户体验。

还记得第一代像砖头一样大小而且只能拿在手里的手机吗？现在，它们已成为时尚而功能强大的奇迹，我们只需一秒钟就能将其放入口袋或钱包中，并且离不开它们。

增强现实 (AR) 眼镜也即将发生类似的转变，目标是变得像传统眼镜一样舒适且易于佩戴。微处理器、传感器和连接方面的技术进步已经结合起，共同支持这一转变。

但 AR 设备仍然面临的最大技术挑战之一是显示屏本身。具体来说，问题在于创造出满足人类视觉系统严格性能要求的显示屏，同时显示屏还要小且轻。当然，生产成本也要低廉。

AR 头显设计目标

要实现这一切，需要 AR 显示屏设计师同时满足多个不同的目标。首先，AR 眼镜的整体尺寸、重量和重心必须保证其足够舒适，可以长时间佩戴。

其次，显示屏的视觉特性有几个重要的要求。我们可能只是将其中一些东西归于“清爽”标签下。这包括角分辨率和填充系数（像素之间的空白空间）等属性。色域和色彩准确度也需要考虑。

另外，显示屏还需要提供立体感。也就是说，头显所显示物体的外观尺寸、距离和位置必须与现实世界的直接视图正确匹配。当佩戴者或外部物体移动时，显示屏需要以足够快的速度更新。

融合立体图像（由显示屏呈现的单独左眼和右眼视图在大脑中创造）是否容易实现也至关重要，因为此问题几乎会立即导致大多数人眼睛疲劳和不适。如果您不相信这一点，只需询问人们对 3D 电影的看法即可。

围绕“沉浸感”的概念还有一些其他关键考虑因素。具体来说，随着显示屏覆盖的佩戴者视野扩大，沉浸感会增强。从技术上讲，这称为显示屏视场 (FOV)。还需要注意的是，消费型 AR 眼镜需要满足具有各种头部尺寸和眼睛间距（称为瞳距或 IPD）的人群的所有这些要求。

波导展现光明前景

正如我们之前关于 AR 技术的博客中详细介绍的那样，AR 头显面临的特殊挑战是显示屏并不位于观看者眼睛的正前方。相比之下，在 VR 头显中，观看者直视显示屏，并使用光学器件使其显得更远、更大。但是，从光学角度来说，这是一个相对简单的任务。

AR 头显的光学器件必须使用一种称为“光学组合器”的透明部件，它传输来自外部的光，这样使用者就能够直接看到现实世界。另外，它必须将显示屏引擎输出从组合器的边缘引导到中心，然后将其重定向到观看者的眼睛。这样计算机生成的图像就会叠加在现实世界视图上。这项任务比 VR 头显光学器件执行的任务复杂得多。

为此，人们开发出了各种非常巧妙的光学系统，其中平面波导是目前使用的最有前途的技术之一。平面波导就像一个微小的透明通道，将光线从显示屏引擎引导向观看者的眼睛。波导利用“全内反射”(TIR) 现象将光限制在自身内部，这与光纤中使用的原理相同。

当光从密度较大的材料（如玻璃）进入密度较低的介质（如空气）时，就会发生 TIR。在这种情况下，光线会发生折射 — 它会改变方向。折射是镜片的工作方式。

但是，如果光线以足够大的角度撞击两种材料之间的边界，它将被完全反射回来，根本不会离开材料。光线无法射出材料的角度称为“临界角”。

从材料射出进入空气的光线会发生折射（改变方向）。但是，在入射角较大的情况下，它们会完全反射回材料中，根本无法逸出。材料的折射率越高，这种效应开始发生的角度越小。

要在 AR 眼镜中利用这种现象，只需想象一下“内耦合器”允许来自显示屏引擎的光以大于临界角的角度引入波导。然后，光线将在玻璃内传播并纳入 TIR。在组合器的中心，光线遇到“输出耦合器”，然后就会被提取并引导至观看者的眼睛。

在基于波导的 AR 头显中，使用输入耦合器将来自显示屏的光引入波导边缘附近。然后，它利用 TIR 穿过波导，并在到达观看者眼睛正前方时耦合输出。

实际制造这样的波导需要大量的技术攻关，极为复杂。但它们确实有效并且已经投入使用。

波导的好处在于，它们能够使头显的外观和感觉与普通眼镜非常相似。这样我们就能朝着目标迈进，即拥有一款足够小、重量轻且易于使用的产品，以赢得消费者的广泛认可。

颠覆性的波导材料

波导发挥作用要依靠 TIR，对此有一件重要的事情需要了解。即随着材料折射率的增加，光线以较小的角度照射到表面时就会发生 TIR。这意味着它们会在更宽的角度范围内反射。

这意味着使用更高折射率的波导材料可以实现更宽的视场。FOV 是 AR 系统设计人员努力实现的沉浸式体验的关键。

由折射率较高的材料制成的波导可以为观看者提供更大的视野，从而增强沉浸感。

问题在于，传统光学玻璃的折射率很低，严重限制了用上述波导类型可实现的视场。玻璃制造商已开发出折射率更高的材料来应对此问题。他们的工作成果令人印象深刻。但他们无法克服材料的根本局限性。目前，玻璃可实现的最高折射率约为 2.0。

但除了玻璃之外，还有其他材料可以传输可见光。其中一些材料不仅具有较高的折射率，还具有其他理想的物理特性。其中两种是晶体材料：铌酸锂 (LiNbO₃)，其折射率为 2.3；和碳化硅 (SiC)，其折射率为 2.7。

波导折射率与显示屏 FOV 之间的理论关系如图所示。即使使用折射率最高的玻璃，SiC 也有望将显示屏视场扩大一倍。因此它为 AR 眼镜设计人员带来了颠覆性改变。

波导材料折射率与 AR 显示屏最大可能 FOV 之间的理论关系。与玻璃材料相比，LiNbO₃ 和 SiC 都具有巨大的优势。

除了更大的视场之外，高折射率材料还有另一个优点。当前的波导设计通常使用两个或三个独立的镜片 — 一个用于每种颜色（或一个用于两种颜色）。特别需要指出的是，由于 SiC 的折射率较高，因此有可能将所有三种颜色通道（红色、绿色和蓝色）组合到单个波导中。这将显著改善头显的尺寸、重量和成本。此外，SiC 是一种极其坚固且轻便的材料。

LiNbO₃ 和 SiC 都比高折射率玻璃实用且具有性能优势，但成本也更高。另一方面，使用它们可以降低整个系统和制造的复杂性，从而降低生产成本。

COHERENT 相信这些材料可以帮助新一代 AR 设备带给消费者令人信服的成本效益比。我们已经是这两种材料的垂直整合制造商，业务流程涵盖从晶体生长到基板制造。而且，我们还可以制造其他波导部件，包括衍射耦合器和光学涂层。此外，我们所有的制造流程均可扩展为大幅面产品的大批量生产。我们已准备好与 AR 系统设计人员合作，开发基于这些材料的波导显示屏，然后在批量生产中为其提供可靠支持。

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型号- 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FEB 2022 - LAIRD - 选型指南代理服务技术支持批量订货

Coherent SMARTWELD + 助力TEAMTECHNIK填补量产焊接空白

当teamtechnik签约开发一个量产焊接系统时，他们寻求Coherent的激光专业知识。通过使用Coherent的SmartWeld + 加工头和1 kW单模光纤激光器，成功完成了所有工艺。这种工具适合热敏材料和异种材料的焊接。此外，它还能处理传统上不适合激光焊接的材料。合作使teamtechnik能够专注于自动化领域，而Coherent持续提供支持以应对材料变化带来的挑战。

2024-07-15 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

Coherent提供广泛的飞秒激光器产品组合，用于多光子光遗传学和成像

为了助力复杂的全光学实验，Coherent提供广泛的飞秒激光器产品组合，用于多光子光遗传学和成像。对于那些深入研究全光学多光子实验的人员来说，Coherent生产的飞秒激光器是必不可少的。诸如Coherent Monaco LX和Coherent Axon 1064 等产品不仅非常先进，而且它们是专门为满足不同的研究需求和预算限制而设计的。

2024-03-11 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

Coherent Announces General Availability of Industrial Temperature Range 100G ZR QSFP28-DCO Transceiver

Coherent announces the general availability and production release of the industry’s first 100G ZR QSFP28 digital coherent optics (DCO) transceiver to operate over the Industrial temperature (I-temp) range from -40℃ to +85℃.

2024-12-12 - 产品代理服务技术支持批量订货

Coherent Glasgow卓越中心实现飞秒和皮秒激光器统一运营

Coherent 在苏格兰格拉斯哥的超快卓越中心，已统一开展公司所有的超快激光器业务，包括所有皮秒和飞秒激光器的制造。Coherent Glasgow是一家专注于精益制造的先进的批量生产工厂，为满足统一运营这一重要工作要求于近期进行了扩建。

2023-12-01 - 原厂动态

虚拟现实与增强现实

描述- TE Connectivity 提供一系列技术解决方案，以应对虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术发展带来的挑战。这些解决方案包括定制化的输入/输出、屏蔽、微型信号和电源连接器，以及板对板、线对板和传感器解决方案。TE 的产品涵盖了高速电缆组件、弹簧手指、柔性印刷电路（FPC）、天线、信号完整性、传感器、USB 连接器、弹簧探针连接器、板对板连接器、屏蔽、细间距连接器等，旨在帮助客户打造沉浸式体验。

2017/10/07 - TE CONNECTIVITY - 技术文档代理服务技术支持批量订货

所有USP激光器均在COHERENT GLASGOW实现量产

Coherent Glasgow已经成为一家专注于精益制造的先进批量生产工厂，并且最近为了满足这一重要统一工作要求而进行了扩建。现在，旗舰飞秒激光器（如Coherent Monaco）和皮秒激光器（例如Rapid和HyperRapid系列）都将在格拉斯哥制造。扩建卓越中心以进行变革，将实现令人难以置信的跨产品协同以及组件和流程标准化，并将实现集成资源规划。

2024-12-03 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

AR系列-薄膜精密片式电阻器

描述- 本资料介绍了光颡科技股份有限公司生产的AR系列薄膜精密贴片电阻。该产品采用先进的薄膜技术，具有非常紧密的公差（±0.01%），极低的温度系数（±1PPM/°C）和广泛的阻值范围（1Ω ~ 3Mega ohm）。适用于医疗设备、测试测量设备、打印机设备、自动控制器、转换器和通信设备等领域。

型号- AR,AR SERIES,AR05,AR06,AR03,AR03TTBY1001N,AR01,AR12,AR02,AR13,AR10

08-Dec-2020 - 光颉科技 - 数据手册 - REV.F1 代理服务技术支持批量订货

Coherent Reaches a Manufacturing Milestone: 300 Million Transceivers Shipped from Ipoh, Malaysia Facility

Coherent Corp. proudly announces the shipment of its 300-millionth optical transceiver from its manufacturing facility in Ipoh, Malaysia. This significant milestone underscores the scale, resiliency, and flexibility of Coherent supply chain solutions for customers.

2024-06-14 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货