4 June 2020  |  Stephanie Baclet

增强现实技术的瓶颈

体验完全沉浸式的增强现实需要在多种技术上实现重大飞跃。从5G到微型显示器，纳米制造是这一挑战的核心。

此外，AR眼镜需要以较小的外形尺寸将较大数量的高端技术融合在一起。

要制造一副AR眼镜，您需要：

• 生成虚拟图像的微型显示器
• 复杂光学系统，将光线引导至用户眼睛
• 捕捉环境和用户活动的传感器

o环境光传感器

o手势识别

o人眼追踪

o头部位置追踪

o 3D传感及其他

• 强大的处理单元，以应对产生的大量数据
• 计算机接口
• 电池

上述仅仅是列举的几个例子！

 微软全息智能眼镜

图上依次：RGB相机，两个景深相机，降噪麦克风

图下依次：倾斜装置，鼻托，投影棱镜&翻转玻璃，投影仪，头戴式耳机接口，松紧调节器，左侧扬声器

在众多的技术挑战中，关键挑战之一是要生成足够明亮的虚拟图像，以使其舒适地融合到真实的室内外环境中。

为此，可以采用合成器将虚拟图像“组合”到真实世界中。也就是，在传输真实图像的同时，将虚拟图像投射到用户的眼睛中。

光束合成器技术。Credit: PwC

光波导

针对光束合成器开发的众多技术中，光波导是一项很有前景的技术。波导合成器可以在较低的尺寸因子下实现高视场。虚拟图像的无缝合成度部分地取决于显示亮度（Nit）、合成器的效率和镜头的透过率。

在基于表面浮雕光栅（SRG）的衍射波导中，入射光以第一个光栅（输入耦合器）设定的角度进入波导。设置此角度是为了允许光以全内反射的形式进入波导，最后通过第二个光栅（输出耦合器）将光提取出来，进入瞳孔。

基于SRG的波导结构

Credit: Karl Guttag

 

 

光束合路器

Credit: Karl Guttag

 

这两个输入和输出耦合器实际上是SRG纳米波导槽。该结构的几何尺寸直接决定了光学耦合效率。采用倾斜式光栅结构有利于将更多的光被准直到波导中，从而提高耦合效率。这对于确保数字图像在人眼中具有足够的清晰度和亮度是至关重要的。

AR应用中的表面浮雕光栅

表面浮雕光栅通常是从母模复制而来。离子束刻蚀（IBE）是一种非常适合制作倾斜光栅母模的技术。

由于结构的几何尺寸部分地决定了耦合效率，因此需要精确定义母模的尺寸。然而，想要以令人满意的良率制作出晶圆级SRG面临着诸多挑战：

• 小尺寸下的掩模清晰度差：典型尺寸为λ/2到λ，也就是光栅凹槽的尺寸在100到200nm之间。
• 控制倾斜角和凹槽的平行度：由于倾斜结构，工艺极易受到离子偏转的影响，导致非对称性刻蚀，从而失去对角度的控制。
• 刻蚀深度不均匀：以一定角度进行干法刻蚀会导致离子分布不均匀。距离离子源较近的区域，刻蚀深度趋于更高。

硅母模上定义的SRG

 

母模上非平行的SRG结构

 

如果您想了解更多关于处理倾斜结构的信息，请前往查看我们的AR解决方案。