深度解析增强现实头戴显示器的设计与加工( 四 )

1.3纳米光学方案
超透镜具有数值孔径大、形状因子超薄、通用性强等优点。

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图10.基于超透镜的AR-HMD光学方案与加工制备流程
超透镜的子单元纳米棒结构如图10a所示，在SiO?基板上按照一定的位置和方位排列大量的纳米棒单元可以形成超透镜。
如图10b所示，基于超透镜的相位调制，其中对虚拟信息手性为σ的光产生透镜的会聚作用，对来自真实场景的光的手性为?σ不产生效应直接透射，通过上述基本原理实现AR透视成像。
如图10c所示，对应反射型超表面AR-HMD 。如图10d-e所示，为对应纳米压印制备大尺寸超透镜的流程图。整个过程有两个步骤。
图10(d)使用标准电子束光刻工艺，制备具有超表面图案的母版，用于纳米压印。然后用电子束蒸发器蒸镀几层薄膜。
图10(e)对于目标样品，使用LPCVD和旋转涂层制备具有多晶硅薄膜和粘合剂层的石英薄片。包含Au、Cr和SiO?薄膜的超表面图案被转移到晶圆上。然后，样品被蚀刻，其中Au和Cr图案被用作蚀刻的硬掩膜。通过Cr蚀刻剂去除Cr掩膜和其他残留，并进行进一步的蚀刻处理，最终制成样品。
本文从宏观光学、微观光学和纳米光学三个方面综述了AR-HMD光学解决方案的研究进展和发展前景。
基于斯涅尔折反射定律的宏观光学解决方案经历了从传统光学解决方案到自由棱镜和几何光波导解决方案的转变，显著提高了AR-HMD系统的成像质量和紧凑性。自由曲面棱镜的使用有效地扩展了视场，减少了传统光学元件的使用。平面光波导进一步减小了系统的体积和重量。
基于微光学解决方案的衍射光栅器件的使用使AR-HMD更轻薄，然而视场角和全彩显示依然是限制衍射波导发展的重要因素。表面浮雕光栅SRG波导通常需要堆叠多层波导才能实现全彩显示，而体全息光栅VHG波导通常需要三步曝光，这容易造成全彩色杂光串扰，使得实现大视场的全彩色显示变得困难。基于液晶器件PVG在扩展视场的同时显著提高了衍射效率，这是新兴AR-HMD组合器的研究方向。
对于纳米光学解决方案，超透镜也已经逐步探索应用于AR-HMD ，在一定程度上实现了具有大视场和大NA的超薄目镜的设计。
随着设计方法的创新、不同技术的有效融合、制造工艺方法的进步以及新兴材料/器件的出现，相信在不久的将来，具有普通眼镜形态的AR-HMD光学解决方案将会实现。
论文信息：
【深度解析增强现实头戴显示器的设计与加工】DewenCheng,QiweiWang,YueLiu,HailongChen,DongweiNi,XimengWang,ChengYao,QichaoHou,WeihongHou,GangLuo,YongtianWang.DesignandmanufactureARhead-mounteddisplays:Areviewandoutlook[J].Light:AdvancedManufacturing.?https://doi.org/10.37188/lam.2021.024?