3D打印低成本制造增強現實波導組件
時間：2024-07-17 10:43 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年7月16日，美國知識產權局發布了一種改進的 3D 打印方法，實現了用于增強現實（AR）顯示應用的光波導組件的批量生產。相關研究以題為“Additive 3D printed opticalwaveguide for
augmented reality”的論文被發表在《APL Photonics》期刊上，由Dechuan Sun、Ranjith R
Unnithan等人聯合撰寫。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0207125
增強現實 (AR)
技術是一種將虛擬信息實時集成并疊加到用戶物理世界的技術，通常通過光學透視近眼顯示器實現。借助近眼設備，虛擬信息可以投射到現實世界的物體上，從而創造一種互動體驗。這項技術不僅可用于娛樂，還可以增強學習和制造過程。AR
技術在工業、駕駛和教育領域有著廣泛的應用，有潛力成為下一代計算平臺。
盡管 AR 領域已獲得巨大發展，但AR 波導（AR
設備中的核心光傳輸組件）的大規模生產卻一直很困難。為了克服高成本和制造挑戰，Sun
等人優化了傳統的幾何波導結構并考慮了制造成本，并開發了一種經濟高效的 3D 打印平臺，用于其專利制造流程制造集成三個介電反射器的波導。
研究人員首先使用 COMSOL Multiphysics 中實現的有限元法優化了幾何波導設計。幾何 AR
波導的尺寸為 31 × 26 × 3 mm3 。利用 3D 打印的三棱鏡有助于將光有效耦合到波導中。棱鏡相對于波導底面以 50°
的角度放置。這個特殊的角度可確保波導內發生全內反射，從而實現沿其路徑的最佳光傳輸。為簡單起見，該設計包含三個介電反射器，相對于底面以 25°
的角度集成，如圖1所示。這些反射器的作用是將光線引導至觀察者的眼睛。優化波導設計的主要重點是簡化制造流程。
△光線軌跡顯示了光線從耦合光學器件傳播到用戶眼睛時的光路、圖像組合和瞳孔擴張。物體（位圖文件）以這樣的方式加載到模型中，即從物體表面釋放的光線的空間密度與導入的位圖中的值成比例。使用
23,000 條光線生成的圖像平面上的重建圖像顯示了放大、完美拼接和翻轉的圖像。波導的2D 示意圖說明了組合器的臨界角和尺寸。
研究團隊使用經濟高效的 LCD 3D 打印機制作了后續的幾何 AR 波導組件，用 UV 樹脂粘合了3 個介電反射器和其他打印組件。他們對打印工藝的改進顯著改善了組件的表面粗糙度，無需模塑、切割和后拋光，從而在保持圖像質量的同時降低了人工成本。
△經過改裝的打印平臺和制造過程。示意圖展示了經過改裝的
3D 打印平臺。為了增強光分布均勻性，在光源前面放置了一個擴散器和一個吸收器。此外，在LCD
屏幕頂部放置了另一個擴散器。波導的頂部和底部組件分別打印在玻璃打印床上，然后使用 UV 樹脂與介電反射器集成。
作者 Ranjith Unnithan 表示：“傳統 AR 制造技術的復雜性及其對光學特性的高精度要求已成為克服大規模生產成本的重大障礙。我們的原型的成功表明了廣泛應用和商業化的潛力�！�
作者計劃通過探索先進材料和打印技術繼續改進 AR 設備的功能。他們還期待看到 3D 打印光學器件的更廣泛應用。
論文作者Sun表示：“我們未來的項目涉及改進 3D 打印工藝，以提高波導性能和耐用性。對于該領域的其他人來說，研究 3D 打印光學器件在各個技術領域的新應用可能是一條有希望的途徑。”
(責任編輯：admin)
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