Wellenleiter für Augmented Reality
Was sind Wellenleiter?
Wellenleiter sind so konzipiert, dass sie das vom optischen System (Projektor) ausgestrahlte Bild zum Auge des Benutzers leiten und gleichzeitig dafür sorgen, dass das Brillenglas selbst ein klares und transparentes Erlebnis bietet, als wäre es nicht vorhanden.
Für ein überzeugendes Benutzererlebnis werden optische Gläser benötigt. Das Produktportfolio von SCHOTT unterstützt die führenden AR-Waveguide-Technologien, um Geräte mit einem großen Blickfeld, gestochen scharfen Bildern und leichtem Tragekomfort zu ermöglichen.
Was sind Datenbrillen?
Datenbrillen verschmelzen die digitale mit der realen Welt. Das Hinzufügen einer digitalen Informationsschicht zur natürlichen Sicht des Nutzers eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten in den Bereichen Medizin, Wirtschaft, Bildung und Unterhaltung - insbesondere, da die Datenbrillen den ganzen Tag getragen werden sollen. Die komplexe Technologie hinter Augmented-Reality- und Mixed-Reality-Datenbrillen besteht aus Wellenleitern aus optischem Glas.
Was ist das Funktionsprinzip eines AR-Wellenleiters?
Wellenleiter sind in der Lage, Licht - in unserem Fall ein Bild - einzufangen und dorthin zu leiten, wo es benötigt wird. Alle Wellenleiter haben einen einkoppelnden Bereich, um Licht zu empfangen, und einen auskoppelnden Bereich, um Licht auszusenden. Üblicherweise wird ein Mikroprojektor oder ein Mikrodisplay verwendet, um das digitale Bild zu erzeugen und in den Wellenleiter einzuspeisen. Das Licht breitet sich dann durch den Wellenleiter aus und wird in das Auge projiziert, wodurch ein virtuelles Bild auf dem Display entsteht, das im freien Raum zu schweben scheint.
Ein wesentliches Merkmal von AR-Wellenleitern ist ihre Transparenz und Farbneutralität. Da der Benutzer durch den Wellenleiter blicken muss, um das virtuelle Bild zu sehen, sollte sein natürliches Sichtfeld so wenig wie möglich beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund werden die Wellenleiter aus hochwertigem optischem Glas hergestellt, und hier kommt das besondere Know-how von SCHOTT ins Spiel.
Der Hauptunterschied zwischen Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) liegt in dem Nutzererlebnis. VR-Headsets blenden die reale Umgebung bewusst aus und lassen den Nutzer vollständig in eine künstliche digitale Welt eintauchen. AR/MR-Headsets hingegen verbessern die Wahrnehmung der realen Umgebung durch das Hinzufügen digitaler Inhalte. Dadurch können AR/MR-Headsets wie eine normale Brille getragen werden, ohne das Sichtfeld des Nutzers einzuschränken.
Welche Rolle spielt optisches Glas in AR-Wellenleitern?
Aufgrund seines hohen Brechungsindexes ermöglicht nur optisches Glas die Herstellung von Datenbrillen mit attraktivem Formfaktor und großem Blickfeld. Die Optimierung weiterer optischer und physikalischer Eigenschaften ermöglicht Geräte mit geringem Gewicht und beeindruckender Bildqualität.Was sind die verschiedenen Typen von AR-Wellenleitern?
Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Ansätze zur Lichtführung mit AR-Wellenleitern, die in folgende Kategorien eingeteilt werden: diffraktive Wellenleiter, reflektive Wellenleiter und holografische Wellenleiter.SCHOTT verfügt über mehr als 140 Jahre Erfahrung in der Herstellung und Verarbeitung von optischem Glas und bietet Lösungen für alle Arten von AR-Wellenleitern.
1. Diffraktiver Wellenleiter
Diffraktive Wellenleiter basieren auf Nanogittern auf der Oberfläche des Input- und Output-Bereichs. Diese Gitter ermöglichen es dem Licht, von einer digitalen Bildquelle wie einem Mikroprojektor in den Wellenleiter einzudringen. Das Licht wird dann im Inneren des Wellenleiters gefangen und kann diesen nur durch ein zweites Oberflächengitter verlassen, das sich vor dem Auge befindet, in das das digitale Bild direkt projiziert wird.
Die Basis eines diffraktiven Wellenleiters ist optisches Glas mit hohem Brechungsindex. Aus dem breiten Portfolio der SCHOTT RealView® Glaswafer können Kunden ihr Substrat entsprechend ihrer spezifischen Anforderungen auswählen.
Verschiedene Arten von optischem Glas sind als Blöcke erhältlich, die in dünne kreisförmige Scheiben - in verschiedenen Durchmessern erhältlich - geschnitten und mit höchster Präzision poliert werden. Je größer der Durchmesser des Wafers, desto mehr Augenstücke können pro Wafer aufgebracht werden, was die Kosten für die Herstellung von Wellenleitern senkt. Die größten verfügbaren Hochindex-Glaswafer haben einen Durchmesser von bis zu 300 mm (z.B. SCHOTT RealView®).
2. Reflektierender Wellenleiter
Reflektierende Wellenleiter basieren auf einer intelligenten Kombination von halbreflektierenden Innenflächen. Wie bei allen anderen Wellenleitertypen wird ein digitales Bild in eine der äußeren Ecken eingekoppelt und durch das Glas direkt ins Auge projiziert - es entsteht ein virtuelles Bild. Wie der Name schon sagt, nutzen reflektierende Wellenleiter die Eigenschaften der geometrischen Optik und bestehen nicht aus diffraktiven optischen Elementen. Sie werden mit den üblichen Glasbearbeitungstechnologien wie Schleifen, Polieren, Dünnfilmbeschichtung und Bonden hergestellt. Das Know-how und die hohen Produktionsstandards von SCHOTT in diesen Bereichen ermöglichen es, diese komplexe Technologie breit verfügbar und kostengünstig zu machen.
Die Herstellung von reflektierenden Wellenleitern erfordert die Einhaltung engster Toleranzen. SCHOTT erfüllt diese Anforderung nicht nur durch hohe Ausbeuten, sondern baut derzeit auch die Produktionsstätte für AR-Reflektionswellenleiter in Penang, Malaysia, aus.
3. Holographischer Wellenleiter
Das Prinzip des holographischen Wellenleiters ist dem des diffraktiven Wellenleiters sehr ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in der Architektur der einkoppelnden und auskoppelnden Elemente. Holographische Wellenleiter bestehen aus einem Dünnschichtpolymer auf Flüssigkristallbasis, in das nanoskalige Hologramme eingebettet sind, die ihren Zustand ändern, wenn sie durch elektrischen Strom aktiviert werden. Wenn ein Bild auf die Linse projiziert wird, leiten die Hologramme das Licht durch die Oberfläche, bevor es zum Auge gelenkt wird.
SCHOTT's Lösungen für AR-Wellenleiter
SCHOTT verfügt über umfassendes Wissen und Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Glaswafern für die Produktion von Wellenleitern für AR-Geräte. Aus diesem Grund verwenden viele AR-Innovatoren SCHOTT RealView® Glaswafer zur Herstellung von mehrschichtigen RGB-Wellenleitern mit der neuesten diffraktiven oder holografischen Wellenleitertechnologie.Im Jahr 2020 gab SCHOTT eine Partnerschaft mit dem AR-Optikunternehmen Lumus zur Herstellung seiner neuesten reflektierenden Wellenleiterplattformen bekannt. Dieses hocheffiziente Produkt nutzt halbreflektierende Spiegel, um das Licht durch das Glas in das Sichtfeld des Nutzers zu lenken. SCHOTT baut derzeit die Kapazitäten für die Massenproduktion in Penang, Malaysia, aus, um die Masseneinführung der reflektierenden Wellenleitertechnologie zu ermöglichen.
Die Qualität des Glases hat einen direkten Einfluss auf das Nutzererlebnis
