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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圖片

 

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。

 

圖片

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

 

圖片

全息光波導成像

圖片

 

 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。

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