AR增強現實體全息光波導光柵系統設計工藝制程介紹HUD高峰論壇報告實錄

AR增強現實體全息光波導光柵工藝制程介紹

全息光波導: 光波導+體全息光柵(全息在此處指的是工藝概念，與全息顯示無關，此光柵工藝跟早年制作全息圖類似，故俗稱全息光柵。

 

 

全息光柵原理示意圖

 

全息光波導是基于體全息光柵的基礎上開發的。

 

三極光電科技體全息采用激光全息技術制造得到，兩束激光（參考光和物光）同時照亮感光薄膜，發生雙光束干涉，感光薄膜以折射率變化分布的形式記錄下干涉條紋分布，該條紋與光柵結構對應。

再現過程即為使用的方式，參考光以相同的角度入射到感光薄膜，其發生衍射，直透光和參考光方向一致，為 0 級光，衍射光（﹢1 級）原物光方向一致。因此我們使用參考光在感光薄膜上記錄下物光，并由參考光可以再現物光，此時感光薄膜上具有周期性分布條紋，也即為體全息光。

全息光波導傳輸示意圖

全球光波導路線優劣勢對比及代表機構

 

全息光波導的優勢

1.衍射光學，布拉格光柵，光柵結構靈活，衍射效率高；光柵組合的自由度高

2.可雙軸光瞳擴展，可實現大視角、定制出瞳大小和適眼距

3.透明度極高、結構輕薄

4.可波長復用和角度復用，潛力巨大

5.可大面積制備，用于抬頭顯示設備（在硬件設施配置到位情況下成本也很低）

6.全息曝光工藝效率高，成本低量產投資小，良品率高，小面積光波導量產成本低，具備走向消費電子級的條件

7.技術工藝壁壘高，國際上掌握此穩定生產技術單位屈指可數（三極光電團隊材料、全息波導系統設計、全息波導制造都是自主可控）

只有全息光波導才可以解決應用級光波導的大面積制造。

三極光電全息波導核心技術與工藝

 

三極光電全息波導系統數據設計仿真

 

全息光波導看似只是一片普通玻璃，實則是一個光學系統。

 

這片玻璃決定了光源以什么形式，什么光強入射，決定了光學系統的視場角、出瞳距、眼動盒等關鍵性參數，AR眼鏡,ARHUD等皆圍繞著這一小片玻璃展開，是整個系統的最核心所在。

 

三極光電科技全息光波導系統設計

 

全息光波導擴瞳優劣勢

光能是守恒的，光柵衍射轉化有損失，全息光波導的系統設計對光能利用率也影響巨大，特別是擴瞳對光能利用率影響巨大。

 

三極光電成熟的工藝材料

 

全息工藝基于全息光場信息記錄材料而開發，三極光電在這方面已經使用二十多年，產品耐候性極高，經過軍品耐候性測試并在兵工南北集團皆規?；ヅ浜诵墓鈱W元器件。

 

全息光波導光柵制造流程

 

全息光波導設計及制造

 

體全息光柵波導是多個體全息光柵集成到波導表面的光學組件，其實現光線的多次轉折和傳輸，實現光信號的轉移和復制，為新一代增強現實信息顯示核心光學元件。

 

三極光電科技基于多年體光柵研發技術，在體全息光柵波導領域快速發展，具有豐富的研發和制造功力，并掌握多項關鍵工藝與技術：

多光柵集成制造

單色/彩色光波導設計與制造

光瞳擴展設計與制造

多光柵波導集成制造工藝

在制造全息波導的過程中，需要將多個全息體光柵集成到有限大小的波導片中，這一過程由于感光材料的高度敏感性，容易發生雜散光干擾。

為此三級光電科技基于對材料特性的了解，以及制造光路經驗，不斷調整和摸索，探索并掌握了“多光柵波導表面集成的制造工藝”，構建了多光柵波導表面集成平臺或設備，可以實現波導表面多個相近光柵的高質量制造，同時可實現批量化制造。

三極光電波導成像顯示

 

全息光波導成像

 

 大面積全息光波導顯示，1999年間三極光電科技技術領頭人曾在某國營廠主持并親自實施1m*0.6m全息光柵玻璃母版并投入實際生產使用全制程（全息感光材料涂布，全息干涉曝光，后處理）

 

 

大面積全息光波導ARHUD顯示

 

全息光波導對于曲面反射鏡所困擾的雙光機可以很容易的得到解決，對于全息波導平板顯示來說，多光機也是很easy的方案，全息光波導ARHUD解決方案作為一個二維平面的思路替代曲面反射鏡立體的概念，不單在體積方面有絕對優勢，比如三極光電評估了：

10*3度PGU+全息光波導體積約1.3L 單層單色

15*8度PGU+全息光波導體積約2.5L （單層單色，多層多色是4.5L）

全息光波導ARHUD還天然性的解決了陽光倒灌問題，體全息光柵屬于布拉格光柵，只對系統設計波長敏感，AR全息光波導引導的是可見光，對近紅外產生熱量的光線不敏感，

全息光波導還在全息顯示的集成度上面有著不可比擬的優勢。

 

三極光電簡介

三極光電科技（蘇州）有限公司是由從事全息衍射光學30年研發生產的兵總高級工程師領銜業內專業資深團隊，三極光電在全息光場信息記錄材料及衍生的全息衍射核心光學技術，具有極雄厚的研發工藝沉淀。目前，我們率先自主研制全息波導、85度超大視場角視網膜投影HOE、超大面積全息波導等產品，成像清晰，處于國際領先地位。

全息光波導是現今全球AR光學的主流光學解決方案，是下一代計算交互平臺，下一個三十年文明的核心鑰匙，是AR的基礎核心部件，在AR領域是比芯片戰略級更高的光學元，件廣泛應用于工業和消費級AR智能眼鏡、單兵作戰頭盔、交巡警頭盔顯示器、裝甲車及飛行360度環視瞄準頭盔、車載和機載HUD等廣大領域。