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Meta和中佛罗里达大学为AR眼镜开发超紧凑高效LCoS光引擎

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超紧凑高效LCoS光引擎

映维网Nweon 2024年06月15日)AR眼镜通常包含两个主要组件:一个负责生成数字图像的光引擎,以及一个将生成内容传递给用户的光学系统。光引擎必须非常紧凑,同时保持高光效率,以实现长期舒适的佩戴和高环境对比度。

LCoS vs Micro- LED已经成为一个热议的问题。Micro-LED这种发光技术具有高峰值亮度、快速响应时间、真正的黑暗状态和长寿命,有望彻底改变视觉体验。然而,它的可制造性依然是一个重大挑战。

另一方面,LCos这种非发射反射微显示器需要前置照明系统。传统的LCoS系统由于其庞大的照明系统而面临着巨大的挑战。为了达到高的光学效率,它通常包含一个笨重的偏振分束器PBS立方体。所以,迫切需要为基于LCoS的AR眼镜实现超紧凑但高效的照明系统。

为了最小化LCoS系统的形状参数,Meta和中佛罗里达大学的研究人员提出了一种带有导光板LGP的超紧凑照明系统,以有效地将所使用的光源引导到LCoS面板。

来自光源的光使用耦合棱镜耦合到LGP中。接下来,由于顶部和底部表面的全内反射TIR,耦合光在LGP里面传播。部分光进入提取棱镜,沿Z方向传播,而剩余光继续在LGP中向前传播。

提取棱镜内的光通过棱镜倾斜表面的另一个TIR向底部LCoS面板反射。

LCoS面板可以逐像素操纵偏振状态,并将入射光反射回LGP。大部分带有编码信息的反射光将通过LGP和顶部的偏振器传输,最后进入投影透镜系统,依次耦合到AR系统的后续光学组合器中。

研究人员表示,四分之一波片QWP可选,取决于所采用的LC模式。例如,如果使用通常为黑色的垂直对准 LCoS,则QWP后的圆偏振光有助于规避条纹场效应。

另一方面,通常白色的MTN LCoS可以接受线性或圆偏振光。例如Magic Leap 2选择圆偏振来减轻投影系统中表面反射的杂散光。MTN的另一个优点是响应时间快(~1ms),条纹场效应弱。

团队同时对系统结构进行了大量优化,以提高整体性能。例如,将提取棱镜划分为不同填充系数的区域以保证光照均匀性。他们同时对系统配置和各组件的尺寸进行了优化,以实现出色的照度均匀性和高ANSI对比度。

不仅只是这样,考虑到玻璃材料的折射率色散,它显示出了优异的显色性能。另外,为了降低成本,可以采用折射率n = 1.7的塑料材料。

相关论文Ultracompact and high-efficiency liquid-crystal-on-silicon light engines for augmented reality glasses

最终,他们实现了一个超紧凑的照明系统,由一个耦合棱镜和一个具有多个平行六面体提取棱镜的导光板组成。包括照明光学元件和LCoS面板但不包括投影光学元件的整体模块体积仅为0.25 cc (cm3)。然而,系统表现出出色的照度均匀性和令人印象深刻的光学效率(36%-41%的偏振光输入)。

团队总结道:“这种超紧凑、高效率的LCoS照明系统有望给下一代AR眼镜带来革命性的变化。”

本文链接https://news.nweon.com/121814
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