HoloVision—国产高性能体全息波导AR近眼显示模组

简介

增强现实（AR）头戴显示技术可将虚拟画面融合到真实世界中，从而达到超越现实的感官体验。无论是在民用（AR眼镜）还是军用领域方面（视觉增强头盔）都具有广泛的应用前景。经调研，离轴反射、自由曲面、阵列反射波导等传统AR头戴显示模组仍然存在着体积重量大、亮度低、视场窄、出瞳小等痛点问题，还无法满足市场对于AR头戴显示的应用要求。 全息波导AR头显技术具有超轻薄、可出瞳扩展、高透明度等优点，有望解决上述痛点问题。但表面浮雕全息波导核心专利被诺基亚独占，关键生产设备光刻机被美国禁售。为实现全息波导技术完全自主化，本项目团队另辟蹊径，选择体全息波导AR显示技术进行攻关。 在实践过程中发现体全息波导具有极高的衍射效率，但光线在入耦合光栅区域会发生二次衍射产生漏光，导致显示亮度降低。通过查阅文献资料、设计仿真验证后，本团队提出在光栅表面蒸镀纳米银表面等离激元薄膜，解决了入耦合光栅区域二次衍射的问题，有效抑制了漏光。基于该新型表面等离激元体全息光栅，本项目主要核心技术为：（1）设计一种单光机双目显示构型，解决了传统AR近眼显示亮度低的难题；（2）提出叠层复合全息波导显示构型，通过复合衍射响应带宽的双层VHG波导结构，以扩大不同像源下的FOV；（3）提出二维扩瞳结构光栅效率控制方法，将像源输入视场角分割成9个单元，按照反向光线追迹的思路，在中间光栅及输出光栅区域内划分若干对应视角光线的子区域，优化光栅区域衍射效率分布，实现出瞳尺寸及亮度均匀性的提升效果。 经中国电子标准化研究院检测，团队所研制的AR近眼显示模组亮度达到1467cd/m2；FOV提升至42.7°；出瞳尺寸达到22mm×15mm，实现高亮、大视野、大出瞳的显示效果。由方家熊院士为组长的成果鉴定报告中指出本项目技术填补了国内全息波导显示空白，实现了全息波导AR显示技术自主化。核心技术已申请8项发明专利、2项实用新型专利（5项专利已授权）；团队负责人张齐巧发表1篇EI收录论文，并受中国光学学会邀请在SPIE等知名国际会议上分享研发成果。 本项目技术已落地转化，并成立南京未来镜显光电科技有限公司，并与苏州木识资本签订200万元的投资协议。公司产品已经交付中国电科55所、南京熊猫电子、南京禹步信息科技等5家等头部行业公司试用，用于开发单兵作战、电力巡检、矿山巡检AR头显产品，并签订了318万元AR显示模组订单，已到账96万元。