AR眼镜光学主流：光波导技术方案及加工工艺全解析

2020-05-29 14:03

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（a）

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（b）

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（c）

图9：

（a）珑璟光电第一代光栅波导样品图；

（b）珑璟光电一维衍射波导场追迹图；

（c）珑璟光电二维衍射波导场追迹图。

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（a）

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（b）

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（c）

图10：

（a）微软Hololens2效果图；

（b）Waveoptics衍射波导效果图；

（c）Dispelix衍射波导效果图。

4、体全息波导方案

体全息光栅波导方案采用体全息光栅作为波导的耦入和耦出器件，体全息光栅是一种具有周期结构的光学元件，它一般通过双光束全息曝光的方式，直接在微米级厚度感光聚合物薄膜内干涉引起了其折射率周期性变化，从而形成纳米级的光栅结构，可以对入射光发生衍射作用。将体全息光栅和波导片结合，通过设计体全息光栅的相关参数（如材料折射率n、折射率调制因子和厚度等）可以调整体全息光栅的衍射效率。目前采用体全息光栅波导方案的代表性厂家有Sony和Digilens，Sony只出过一款单绿色的体全息光栅波导，产品如图11（a）所示［7］，现已停产。Digilens目前有双层全彩体全息光栅波导，产品如图11（b）所示［8］。图11（c）是我珑璟光电体全息光栅波导的光路仿真验真图，图11（d）是珑璟光电研发的单层全彩全息光栅波导样品，视场角20°，图12是相应的显示效果。

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（a）

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（b）

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（c）

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（d）

图11：

（a）Sony全息光栅波导效果图；

（b）Digilens全息光栅波导产品效果图；

（c）珑璟光电全息光栅波导场追迹图；

（d）珑璟光电单层全彩全息光栅波导样品图。

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图12：珑璟光电单层全彩全息光栅波导实际效果图

5、离轴全息透镜方案

全息激光视网膜投影采用MEMS激光扫描投影器件和离轴全息透镜组合的方式，将入射到全息光学元件上的光线重新定向入射至人眼实现虚拟图像的显示。MEMS激光扫描技术通过改变振镜取向使得入射光束朝不同方向出射来实现扫描成像，离轴全息透镜会将MEMS扫描光源的发散光转变成汇聚光进入人眼。目前采用全息透镜方案的代表性厂家是North，图13（a）是他们的样品图［9］，视场角只有15°。图13（b）是珑璟光电做的离轴全息透镜光路仿真，图13（c）是珑璟光电探究性研发单色离轴全息透镜样品，视场角45°，图13（d）是相应的显示效果，由于MEMS是临时购买的普通投影仪，体积较大且视场角不匹配，后续可通过定制MEMS投影器件显著提升显示效果并减小体积。

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