Всегда существует более одного способа решить оптическую задачу в AR/VR и умные очки, и варианты не одинаково хороши во всём. В этой статье ИК-фильтры сравнивается с материалами, процессами и подходами к проектированию, с которыми он конкурирует, по критериям, важным с коммерческой точки зрения: характеристики, долговечность, удельная стоимость и срок поставки.
ИК-фильтры в AR/VR и умные очки
Для AR/VR и умные очки это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Оптику для головы оценивает человеческий глаз с расстояния в сантиметры, поэтому дымка, паразитный свет и смещение цвета видны немедленно. Вес и толщина определяют промышленный дизайн, что толкает проектировщиков к тонкому или сверхтонкому стеклу, пластинчатой обработке и покрытиям, переживающим ежедневное ношение, падения и очистку.
Допуски, которые действительно важны
ИК-фильтр задаётся своей кривой, поэтому важны спектральные допуски. Типичная коммерческая деталь выдерживает длину волны отсечки в пределах плюс-минус пяти нанометров, а пропускание в видимой области — в пределах нескольких процентов от номинала; прецизионные детали для формирования изображения ужесточают длину волны до двух нанометров и дополнительно ограничивают крутизну перехода. Все эти числа имеют смысл только при заданном угле падения, и апертурный угол должен стоять на чертеже рядом со спектральным допуском. Механические допуски следуют за способом установки: толщина плюс-минус 0.02 mm для окна, вставляемого в гнездо, контур плюс-минус 0.05 mm и фаска по всем кромкам. В AR/VR и умные очки чаще всего забывают задать допустимое изменение цвета по апертуре — а именно его замечает пользователь, когда широкоугольный объектив даёт зелёный край кадра.
Сравнение с альтернативами
Прямые альтернативы ИК-фильтру с покрытием — поглощающее синее стекло, поглощающий краситель на полимерной плёнке и удаление полосы программно. Поглощающее стекло выигрывает в независимости от угла и прочности, но добавляет толщину, вес и цветовой оттенок. Плёночные решения дешевы и тонки, что подходит потребительским модулям, но они деградируют под УФ и теплом, и их нельзя использовать при повышенном потоке. Программная коррекция снижает утечку ближнего ИК без какого-либо компонента, но не может восстановить информацию, которую сенсор не разделил по каналам, и полностью не работает в одноканальных или монохромных системах. Для приборов, машинного зрения и наружной съёмки в AR/VR и умные очки дихроичный фильтр на тонкой стеклянной подложке по-прежнему даёт лучшее сочетание резкости границы, пропускания и срока службы.
Выбор подложки и материала
Подложка определяет пропускание, толщину и долговечность. B270 и боросиликат D263T — стандартные носители для окон камер и сенсоров: прозрачные, размерно стабильные и достаточно тонкие, чтобы ламинироваться или встать за объективом. Поглощающее синее стекло применяют там, где ближний ИК нужно убрать без зависящего от угла покрытия, и его также можно сочетать с дихроичным слоем, чтобы сделать границу резче. Сапфир входит в игру, когда окно должно сопротивляться истиранию — портативные устройства и приборы для работы на улице, — а его твёрдость даёт ещё и более широкую полосу пропускания, примерно до 4.5 микрометра. В AR/VR и умные очки подложку обычно задают вместе с длиной волны отсечки, потому что они взаимодействуют: дихроичная граница, нанесённая на подложку с собственной полосой поглощения в ближнем ИК, покажет более синее смещение, чем тот же стек на прозрачном стекле.
Что определяет стоимость и срок поставки
Число слоёв — главный рычаг стоимости. Простой стек ИК-отсечки — рутинный цикл в камере; добавление широкополосного просветления на второй поверхности, гидрофобного верхнего слоя или ужесточение перехода с 30 nm до 10 nm каждое добавляет время в камере, повышает чувствительность к ошибке толщины слоя и снижает выход годных, поэтому цены растут быстрее, чем следует из числа слоёв. Марка и толщина подложки значат меньше, чем ожидается, кроме сапфира, который существенно дороже во всех отношениях. Размер — второй рычаг: детали, которые удобно помещаются внутри равномерной зоны камеры, стоят за единицу куда меньше тех, что приходится ставить у края, где равномерность толщины хуже. В AR/VR и умные очки самая дешёвая реальная экономия обычно приходит от ослабления требований по углу, а не от смены материала.
Требования, специфичные для AR/VR и умные очки
Для AR/VR и умные очки это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Оптику для головы оценивает человеческий глаз с расстояния в сантиметры, поэтому дымка, паразитный свет и смещение цвета видны немедленно. Вес и толщина определяют промышленный дизайн, что толкает проектировщиков к тонкому или сверхтонкому стеклу, пластинчатой обработке и покрытиям, переживающим ежедневное ношение, падения и очистку.
- Дымка ниже 0.1 процента для прозрачных комбинирующих трактов
- Равномерность толщины на уровне пластины для тонкого стекла
- Селективность по длине волны при заданных углах падения
- Малый вес при ударопрочности
ISO 10110 для оптических чертежей, контекст IEC 62368 для готового изделия, плюс декларации RoHS и REACH.
Данные для выбора одним взглядом
| Параметр | Типичное значение | Примечания |
|---|---|---|
| Граница отсечки ИК-фильтра | 630 - 700 nm | Настроена под чувствительность сенсора |
| Пропускание в видимой области | T ≥ 90 %, R ≤ 1 % | Среднее по 420 - 620 nm |
| Блокировка ближнего ИК | OD2 - OD4 (1 % - 0.01 %) | 700 - 1100 nm |
| Крутизна границы | Переход 10 - 30 nm | Дихроичные конструкции |
| Угол падения | 0 - 30° задаётся | Полоса пропускания смещается в синюю область с ростом угла |
| Допуск на длину волны | ± 5 nm стандартно, ± 2 nm прецизионно | Измеряется при заданном угле падения |
| Подложка | B270, D263T, синее стекло, сапфир | Поглощающий вариант убирает ближний ИК без углового сдвига |
| Толщина | 0.3 - 3 mm | 0.55 - 1.1 mm типично для окон камер |
| Внешние воздействия | Испытания на влажность, соляной туман, истирание | MIL-C-48497 / MIL-PRF-13830B |
Часто задаваемые вопросы
Проходят ли фильтры испытания на влажность и соляной туман?
Твёрдые оксидные покрытия с ионной ассистенцией проходят. Каждая поставка может включать результаты по влажности, адгезии, истиранию и соляному туману, а детали штатно квалифицируют по испытательным методам уровня MIL, когда это требуется применением.
Можете ли вы поставить фильтр, ламинированный на окно сенсора или защитное стекло?
Да, нанесение покрытия на тонкие подложки вплоть до 0.3 mm позволяет прямое ламинирование или склеивание. Укажите клей или способ склеивания при расчёте цены, чтобы напряжения покрытия и термический цикл сборки можно было учесть вместе.
Насколько жёстким может быть допуск на длину волны?
Плюс-минус пять нанометров — рутина, плюс-минус два нанометра достижимы на прецизионных деталях для формирования изображения. Более жёсткие требования обычно означают сортировку деталей по результатам измерения, что резко повышает стоимость.
Нужно коммерческое предложение на ик-фильтры?
Пришлите чертёж, целевую спецификацию или требования к покрытию — оптический инженер ответит в течение 24 часов, указав цену и срок поставки.
Запросить предложение Написать инженеру