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    橢偏儀在AR衍射光波導行業(yè)中的應用

    更新時間:2025-02-08      點擊次數(shù):292

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    橢偏儀AR衍射光波導行業(yè)中的應用

     

    AR衍射光波導是什么?

    目前,市面上較成熟的AR光學顯示方案主要有棱鏡方案、Birdbath方案、自由曲面方案和光波導方案等。各方案都有不同維度上的側重,但真正滿足AR產(chǎn)品需求的光學方案其實并不多。

    AR光學顯示方案

    特點

    缺點

    棱鏡方案

    可實現(xiàn)全彩顯示,技術成熟,價格便宜

    FOV不夠大,AR體驗感不強,無法做成眼鏡形態(tài) 

    自由曲面方案

    成像色彩飽和、視場角大、功耗較低,體積適中

    比普通眼鏡更厚、重,外界透光率較低、圖像容易畸變

    Birdbath方案

    結構簡單、門檻低、視場角大、光效高,對適配的微顯示屏要求低、功耗低

    比普通眼鏡更厚、重、透過率低、圖像容易畸變

    光波導方案

    亮度高,視場角大,分辨率高,透光率高,眼動范圍大,功耗適中,非常輕薄

    顯示色彩和對比度一般

    較好的AR光學顯示方案還沒有出現(xiàn),但光波導方案無論是從光學效果、外觀形態(tài)還是量產(chǎn)前景來說,都具備良好的發(fā)展?jié)摿Γ赡軙?/span>AR眼鏡走向消費級的選擇。光波導方案可分為幾何光波導和衍射光波導兩種,幾何光波導由于制造工藝繁瑣,良率低,難以走進消費電子級市場,因此衍射光波導是目前較為主流的AR眼鏡光學顯示方案。衍射光波導通過光柵的衍射特性來設計“光路",使光在設計好的路徑上傳播,將微投影系統(tǒng)發(fā)出的光導入人眼,要完成上述過程,必須經(jīng)過入和出的過程,即光機發(fā)出的光線經(jīng)過準直部后,以平行光出射,并以設定角度進入入光柵,經(jīng)過入光柵衍射后,進入波導片中以全反射的形式向前傳輸,再經(jīng)過出光柵輸出,最終在圖像成像部成像,如圖1所示。

    img2 

    1 衍射光波導原理圖

    AR衍射光波導主要有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導(Surface Relief Grating)和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導(Volumetric Holographic Grating)。得益于傳統(tǒng)光通信行業(yè)中設計和制造的技術積累,目前表面浮雕光柵占市場上衍射光波導AR眼鏡產(chǎn)品的大多數(shù)。

    納米壓印是表面浮雕光柵波導批量生產(chǎn)中的常用方法,該工藝可分為兩個階段光柵子版制作晶圓玻璃壓印。子版制作首先需要制作光柵母版,然后使用柔性基材進行軟膜壓印、固化、脫膜復制出多個子版;子版制作完成后,即可進行晶圓玻璃壓印。經(jīng)過晶圓清洗、旋涂勻膠、納米壓印、固化、脫模等流程,便可將子版上的結構轉印到晶圓上面,完成批量生產(chǎn)。

    img3 

    2 晶圓玻璃壓印流程(來源:至格AR

     

     

    AR衍射光波導測量對象?

    AR衍射光波導是利用光柵的衍射特性來設計光路,光柵的結構參數(shù)直接影響衍射效率和衍射方向,因此對光柵結構的精確表征能使光根據(jù)設計好的路徑傳播,將微投影系統(tǒng)發(fā)出的光導入人眼,由于AR光柵光學結構的特征尺寸從傳統(tǒng)幾何光學的毫米級別提高到了微納米級別,這就需要使用具有更高精度的測量設備來表征其結構信息。

    此外,AR眼鏡作為一個沉浸式設備,需要AR眼顯示有足夠大的視場角,而視場角由材料的折射率決定,折射率越高視場角越大,因此,測量玻璃圓和壓印膠的折射率對于判斷AR眼鏡是否具有足夠沉浸感十分必要。

     

    工藝段

    量測需求

    晶圓

    折射率

    膠膜膜厚,折射率

    壓印光柵

    光柵3D形貌(pitch, depth, CD, SWA

     

    橢偏儀測試優(yōu)勢

    玻璃晶圓尺寸涵蓋4-12寸,厚度一般大于0.5mm以上,配置200μm微光斑即可消除玻璃背面反射的影響。由于玻璃晶圓的折射率與膠膜折射率近似,需要用到紫外波段測量,建議波長范圍245-1000nm光科技自主研發(fā)的ME-Mapping全自動高精度穆勒矩陣光譜橢偏儀采用了行業(yè)前沿的創(chuàng)新技術,包括消色差補償器、雙旋轉補償器同步控制、穆勒矩陣數(shù)據(jù)分析等,支持mapping路徑自定義設置,能一次完成膜厚和nk的多點掃描,實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的高準確性和高重復性精度,可滿足光柵全形貌一次測量,其測量結果反應了光斑內結構的均勻效果,與AR實際使用場景一致,可精準匹配AR衍射光波導的測試需求。

    img4 

    3 ME-Mapping 光柵測量示意圖

     

    型號

    ME-Mapping

    測量光譜

    4*4階穆勒矩陣

    波段

    245-1000nm

    單次測量時間

    1-8S

    入射角

    65°(可定制)

    焦范圍

    自動找焦

    Mapping行程

    300*300mm

    支持樣件尺寸

    2-8寸(可擴展至12寸)

    光斑大小

    微光斑:200μm

     

    橢偏儀測量演示

     

    一、高折玻璃

    對高折玻璃進行建模測量,其結構示意圖見圖4

     

     

    4 高折玻璃

     

     

    高折玻璃的光譜擬合結果如圖5所示玻璃的nk如圖6所示,滿足工藝預期。

    img5 

    5高折玻璃的偏光譜擬合圖

     

    img6 

    6 高折玻璃的nk曲線

     

    二、膠膜

    對玻璃基底單層膠膜進行建模測量,其結構示意圖見圖7

     

     

    7 Glue膜層結構

     

    膠膜的擬合結果如圖8所示,膠膜擬合的nk曲線如圖9所示。

    img7 

    8 Glass-Glue偏擬合光譜曲線

     

    img8 

    9 膠膜nk曲線

     

    三、AR光柵

    如圖10所示AR光柵結構中,TCDBCDPitchoffsetT1T2SWA1SWA2均為可測參數(shù)。

     

    img9 

    10 AR光柵結構示例

     

    AR光柵的穆勒元素光譜擬合結果如圖11所示,計算光譜與測量光譜一致,GOF>0.95

     

    img10 

    11 AR光柵穆勒元素擬合曲線

     

    AR光柵測量的AccuracyStability如圖12所示,均在指標內。

     

                           img11 

                 12 AR光柵測量Accuracy&Stability 

     

     


     

     

     

     


     


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