[发明专利]一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备

说明书

本公开提供了一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备，本公开可以实现任意形状大面积AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)低成本批量化生产，采用双光子聚合微纳3D打印实现任意形状倾斜光栅大面积母版的制造(一方面解决了任意形状倾斜光栅母版制造的难题，另一方面能实现大尺寸晶圆级母版的直接制造，而且还具有制造成本低和生产效率高的优势)。采用复合纳米压印光刻技术(结合压印特有适合倾斜光栅压印工艺和复合软模具)，解决了大倾斜角、大槽深倾斜光栅无法脱模导致无法制造的难题，实现了倾斜光栅无约束(几何形状和尺寸)制造。

技术领域

本公开属于增强现实AR、微纳制造和增材制造(3D打印)技术领域，具体涉及一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备，尤其涉及一种能实现任意形状大面积AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)低成本批量化生产的方法和设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

增强现实(Augmented Reality，简称AR)是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的新技术，它集成了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。

AR眼镜(头盔显示)是增强现实系统的核心功能部件。与虚拟现实(VR)中用户的视觉被遮挡不同，增强现实(AR)中的用户可以同时观察真实世界和虚拟世界。因此，AR眼镜必须具有透视(See-through)功能，既能看到真实的外部世界，又能看到虚拟的信息。它通常需要设置一个或一组光学耦合器，通过“叠加”的方式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充，互相“增强”。AR眼镜的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成，目前市场上的AR眼镜采用的显示系统基本上都是各种微型显示屏和棱镜、自由曲面、光波导等光学元件的组合。其中光波导被认为是AR眼镜走向消费级的最理想的解决方案。AR光波导分为几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)两种。几何光波导就是阵列光波导，它通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出和动眼框的扩大。几何光波导需要在镜面阵列中的每个镜面上镀不同反射透射比(R/T)比的多层膜，来实现每个出瞳的出光均匀，生产工艺繁冗导致总体良率较低。当前AR眼镜国际大公司所采用的技术方案上来看，衍射光波导已经显示出更好和更广泛的工业化应用前景。

衍射光栅是衍射光波导的核心，根据使用衍射光栅的不同，衍射光波导主要有表面浮雕光栅和体全息光栅。体全息光栅其材料制备复杂、规模量产困难、长期可靠性、材料稳定性难保证。目前业界已经形成的共识是：AR眼镜想要具备普通眼镜的外观，真正走向消费市场，表面浮雕光栅是目前最佳方案。

表面浮雕光栅使用通常的矩形光栅结构，有一半的光被浪费。相比矩形光栅衍射结构，倾斜光栅(Slanted Grating，如图1(a))或者三角形的闪耀光栅(Blazed Grating)能使得往眼睛方向衍射的光耦合效率达到最高。但是，现有的微纳制造技术(诸如光学光刻、纳米压印、激光干涉光刻等)面临难衍射倾斜光光栅制造困难，尤其是难以实现倾斜光栅低成本批量化生产的挑战性难题。