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So ermöglicht Spezialglas die AR-Brillen von morgen

Augmented Reality (AR) lässt reale und virtuelle Welten miteinander verschmelzen. Das ist nicht nur äußerst faszinierend – es ist technisch höchst anspruchsvoll, insbesondere bei den immer beliebter werdenden AR-Brillen. Doch herkömmliche Brillen weisen nur ein geringes Sichtfeld auf oder können kein vollständig klares und scharfes Bild wiedergeben. Eine neue Generation von Wafern aus Glas ebnet nun den Weg für die AR-Brillen von morgen.

Die Anforderungen an AR-Brillen sind sehr hoch. Denn um die reale und die virtuelle Welt miteinander zu verschmelzen, sind viele Bildinformationen nötig. Gleichzeitig sollte die reale Welt weiterhin natürlich und ohne jede Einschränkung wahrgenommen werden – klar und scharf.

Eine Aufgabe, die viele Hersteller von AR-Brillen vor erhebliche Herausforderungen stellt.

Die Möglichkeiten von AR sind vielseitig

Augmented Reality bedeutet, dass virtuelle Inhalte dem realen Blick auf die Welt hinzugefügt werden. In dieser erweiterten Realität können unterschiedliche Informationen ergänzt werden, zum Beispiel in Form von Animationen, Grafiken oder statischen wie beweglichen 3D-Objekten.

Der Nutzer nimmt diese Realität und seine virtuellen Elemente in seiner persönlichen Umgebung wahr. Mit AR können so zum Beispiel Bücher und Geschichten zum Leben erweckt oder Sehenswürdigkeiten einer Stadt mit Hilfe von Live-Navigation erkundet und beim Besuch mit zusätzlichen Informationen ergänzt werden.

Für Unternehmen bietet sich die weitreichende Chance, ihre Meetingkultur grundlegend zu verändern, indem sich Kolleginnen und Kollegen aus aller Welt zusammenschalten und dank AR-Unterstützung – gefühlt – physisch in einem Raum befinden.

Das dadurch erheblich reduzierte Reiseaufkommen wirkt sich nicht nur positiv auf die Profitabilität und die Mitarbeiterzufriedenheit aus, es trägt auch nachhaltig bei zur Senkung der Umweltbelastung.

Die Möglichkeiten von AR sind vielseitig und können unser Leben erheblich bereichern. Doch die Technik konnte bisher den hohen Anforderungen nicht gerecht werden.

Aktuelle AR-Brillen und die Zukunft von AR

Im Unterschied zu Virtual Reality, bei der eine VR-Brille oder ein Cardboard benötigt wird, kommen für AR sowohl Smartphones und Head-up-Displays als auch Augmented-Reality-Brillen zum Einsatz.

Aktuell gefragt sind die technologisch vergleichsweise hochwertigen AR-Brillen Microsoft HoloLens 2 und Magic Leap One – abhängig von der gewünschten AR-Anwendung. Angesichts der preislichen und technischen Ausrichtung werden überwiegend Unternehmen und professionelle Anwender mit diesen Modellen angesprochen.

Während VR-Brillen auch in der breiten Masse immer stärker gefragt sind, haben sich AR-Brillen dort noch nicht etabliert. Doch das könnte sich bald ändern.

Denn das Potenzial dieser Technologie ist enorm und es wird parallel zur technischen Weiterentwicklung auch daran gearbeitet, Kosteneinsparungen zu erzielen und Verkaufspreise zu senken.

Herausforderung: Ein optimales, scharfes und klares Bild

Damit die Träger der Brillen gleichzeitig auch die reale Welt wahrnehmen können, haben AR-Brillen ein transparentes Display, das auf den ersten Blick aussieht wie ein übliches Brillenglas. Außerdem wird die Umgebung des Nutzers durch Sensoren und Kameras an der Brille genau erfasst.

Über das gläserne Display werden dem Nutzer jedoch auch zusätzliche Informationen in sein Sichtfeld eingeblendet. Da das Display nicht wie eine übliche Projektionsfläche funktioniert, lohnt sich ein Blick auf die zugrunde liegende Technologie: das hochkomplexe optische System mit einem speziellen Glas als Kernkomponente.

Ehe das virtuelle Bild aus einem Projektor am Brillenbügel kommend auf das menschliche Auge trifft, legt das Licht auf sogenannten „ebenen Wellen“ den Weg zur menschlichen Retina zurück. AR-Brillen müssen diese Wellen optimal ins Auge führen, sodass ein möglichst scharfes und klares Bild entsteht.

Dabei ist es erstrebenswert, ein möglichst großes Gesichtsfeld abzudecken. Ebenso müssen  unterschiedliche Augen-Positionen und -Abstände unterschiedlicher Nutzer beachtet werden. Gewährleistet wird dies durch vergrößerte Austrittsbereiche des Lichts aus dem Glasdisplay (eye boxes).

Alle namhaften AR-Brillen am Markt arbeiten auf Basis der Light guide-Technologie (auch Waveguide-Technologie).

Dabei emittiert ein Projektor (1) die Licht­wellen des digitalen Bildes in Richtung des Lichtleiters (= Light guide), also des Brillenglases.

Anschließend werden die Lichtwellen des Projektors an einer definierten Stelle, in der Regel an der Seite des Glases, mit Hilfe eines Gitters in den Light guide eingekoppelt (2) und dort so lange reflektiert, bis sie den Auskopplungsbereich erreichen.

Dort werden die Lichtwellen jeder einzelnen Farbe im festgelegten Gitter-Bereich n-mal, also mehrfach, ausgekoppelt (3).

Da das Auge jedes einzelnen Nutzers individuell geformt ist, müssen die Lichtwellen vielfach ausgekoppelt werden, um einem möglichst großen Nutzerkreis gerecht werden zu können. Im Idealfall werden die Informationen durch die Qualität des Lichtleiters und der Auskopplungs-Gitter sehr gleichmäßig ins Auge geleitet und das Bild wird in bestmöglicher Qualität wahrgenommen.

Nun kann das bewegliche, nicht fix positionierte menschliche Auge sowohl das digitale (ins Auge projizierte) als auch das reale Bild wahrnehmen (4) – und somit entsteht der Eindruck einer erweiterten Realität.

SCHOTT Glaswafer: für eine neue Generation von AR

Um optimale Gitter-Strukturen und ein klares und scharfes Bild zu gewährleisten, hat die Firma SCHOTT ein Spezialglas mit optimalen Eigenschaften und höchster Qualitätsgüte entwickelt, das als Basismaterial für AR-Glaswafer dient.

Produziert wird das optische Glas in den eigenen Hightech-Schmelzanlagen von SCHOTT in Mainz – von dort wandert es nach China und wird dort zum AR-Glaswafer veredelt.

SCHOTT forschte und entwickelte jahrelang gemeinsam mit führenden AR-Hardware-Herstellern. Im letzten Jahr präsentierte das Unternehmen dann erstmals sein Produkt SCHOTT RealView™.

Die SCHOTT RealView™ Glaswafer heben sich insbesondere durch ihre gleichmäßigen Dicke im Sub-Mikrometerbereich vom Markt ab. Diese fällt um ein Vielfaches homogener aus als die von herkömmlichen Wafern aus Glas.

Mit einem Brechungsindex von 1,9 sind darüber hinaus nun AR-Anwendungen mit einem diagonalen Sichtfeld von bis zu 65° und ein horizontales Blickfeld von 53° möglich. Zum Vergleich: Aktuelle AR-Brillen ermöglichen lediglich ein horizontales Sichtfeld von maximal 40°.

Technologie und AR stoßen nur dann auf Akzeptanz, wenn sie sich ganz natürlich anfühlen. AR-Brillen der neuesten Generation können dank der neuen SCHOTT RealView™ Glaswafer die digitalen Welten ohne Verzerrungen und mit gestochen scharfer Darstellung selbst bei Tageslicht wiedergeben.

SCHOTT liefert mit seinen innovativen Glaswafern die besten Voraussetzungen, um bestimmte Bereiche unseres Lebens zu intensivieren – und nachhaltig zu verbessern.


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