那么，到底AR是什么？

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），從本質(zhì)上看，是將設(shè)備生成的影像與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行疊加融合，將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融為一體，互相補(bǔ)充，互相“增強(qiáng)”。

AR技術(shù)一般通過(guò)光學(xué)元件對(duì)微型顯示屏幕發(fā)出的光線(xiàn)束進(jìn)行反射、折射、衍射，最終投射到人的視網(wǎng)膜上實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)計(jì)AR光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)要素：光效率，即將光線(xiàn)從投影儀導(dǎo)入人眼的過(guò)程中傳遞的比例；環(huán)境光透射率；光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和重量；越大越好的FOV（視場(chǎng)角）。

AR眼鏡中的光學(xué)技術(shù)有哪些？

AR眼鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)由微型顯示屏（LCOS、LBS、Micro OLED、Micro LED等）和光學(xué)元件（棱鏡、自由曲面、BirdBath、光波導(dǎo)等）組成，通常有“LCos+棱鏡”、“Micro OLED+自研曲面類(lèi)”、“LCos/DLP/Micro LED+光波導(dǎo)”等。

AR眼鏡光學(xué)元件分類(lèi)及其特點(diǎn)、產(chǎn)品

來(lái)源：虹科

在上述AR光學(xué)元件中，光波導(dǎo)技術(shù)的無(wú)漏損傳輸和高穿透性在實(shí)現(xiàn)了輕薄光學(xué)鏡片的同時(shí)，亦可為用戶(hù)提供較大的FOV，保證眼鏡成像清晰，被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的主流光學(xué)方案。

幾何VS衍射，為何衍射光波導(dǎo)是更優(yōu)解？

光波導(dǎo)總體上可分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)兩種，其中：

幾何光波導(dǎo)也就是所謂的陣列光波導(dǎo)，通過(guò)陣列反射鏡堆疊來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的輸出和動(dòng)眼框的擴(kuò)大。如圖所示，耦合光進(jìn)入波導(dǎo)，通過(guò)反射面或棱鏡多輪全反射后光到達(dá)眼鏡前方時(shí)，會(huì)遇到一個(gè)“半透半反”鏡面陣列，每一個(gè)鏡面會(huì)將部分光線(xiàn)反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼，剩下的光線(xiàn)透射過(guò)去繼續(xù)在波導(dǎo)中前進(jìn)。然后這部分前進(jìn)的光又遇到另一個(gè)“半透半反”鏡面，從而重復(fù)上面的“反射-透射”過(guò)程，直到鏡面陣列里的最后一個(gè)鏡面將剩下的全部光反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼。

幾何式光波導(dǎo)和“半透半反”鏡面陣列的原理示意圖

來(lái)源：中國(guó)光學(xué)

幾何光波導(dǎo)基于傳統(tǒng)光學(xué)的設(shè)計(jì)理念和制造工藝，實(shí)現(xiàn)了一維擴(kuò)瞳，圖像質(zhì)量包括顏色和對(duì)比度可以達(dá)到較高水準(zhǔn)，但由于制造工藝繁瑣，良率低，目前市場(chǎng)上還未出現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)眼鏡產(chǎn)品。

幾何光波導(dǎo)是光通過(guò)棱鏡、立體鏡面陣列再進(jìn)入人眼的過(guò)程。而在衍射光波導(dǎo)中，立體的鏡面陣列、棱鏡等被幾乎平面化的“衍射光柵”所取代，利用光柵的衍射特性來(lái)設(shè)計(jì)“光路”，讓光在設(shè)計(jì)好的路徑上傳播，將微投影系統(tǒng)發(fā)出的光導(dǎo)入人眼。根據(jù)光柵的類(lèi)型不同，衍射光波導(dǎo)又可分為表面浮雕光柵波導(dǎo)和體全息光柵波導(dǎo)。

衍射式光波導(dǎo)和表面浮雕光柵的原理示意圖

來(lái)源：中國(guó)光學(xué)

表面浮雕光柵波導(dǎo)目前在衍射光波導(dǎo)AR眼鏡產(chǎn)品中占比較大，通過(guò)傳統(tǒng)半導(dǎo)體的微納米加工工藝，在硅基底上通過(guò)電子束曝光和離子刻蝕等工藝制成光柵的壓印模具，然后這個(gè)壓印模具可以通過(guò)納米壓印技術(shù)，在玻璃基底上涂覆的一層均勻的樹(shù)脂上壓印出成千上萬(wàn)個(gè)光柵。

表面浮雕光柵波導(dǎo)同時(shí)具有輕薄、視場(chǎng)角大、眼動(dòng)范圍大的優(yōu)勢(shì)，被普遍認(rèn)為是AR行業(yè)主流顯示技術(shù)路線(xiàn)。

體全息光柵波導(dǎo)首先將一層有機(jī)薄膜涂在玻璃基底上，通過(guò)兩束激光光束形成的明暗相間的干涉條紋來(lái)對(duì)薄膜進(jìn)行曝光，明暗干涉條紋會(huì)引起材料不同的曝光特性，進(jìn)而在分子層面形成具有折射率差的周期性空間分布。

體全息光柵波導(dǎo)具有極高的衍射效率、視場(chǎng)角大、透明度極高、結(jié)構(gòu)輕薄、可大面積制備、加工周期短、成本低、良率高等特點(diǎn)，但其工藝難度較大，對(duì)材料、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造工藝要求較高。目前受到可利用材料的限制，其在FOV、光效率、清晰度等方面都還未達(dá)到與表面浮雕光柵同等的水平。

衍射式光波導(dǎo)和全息體光柵的原理示意圖

來(lái)源：中國(guó)光學(xué)

光波導(dǎo)主要技術(shù)路線(xiàn)特點(diǎn)及研究單位

來(lái)源：三極光電

為了解更多AR方面的最新技術(shù)研究進(jìn)展與前沿發(fā)展趨勢(shì)，2022新型顯示技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇組委會(huì)特邀上海鯤游光電科技有限公司 商務(wù)總監(jiān)—— 李帥先生與大家分享《晶圓級(jí)光學(xué)-元宇宙的基石》。

鯤游光電(NorthOcean Photonics)是專(zhuān)注于晶圓級(jí)光學(xué)的高科技企業(yè)，總部位于中國(guó)上海。公司由國(guó)際國(guó)內(nèi)光電子領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)者、多年光電產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)資深人員組成。

鯤游光電專(zhuān)注“光芯片”層級(jí)，做精做深核心元件。目前鯤游光電重點(diǎn)關(guān)注以下三類(lèi)產(chǎn)品系列：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）顯示光波導(dǎo)、3D深度成像微納光學(xué)芯片、光通訊高速光鏈路。依托自身深厚的技術(shù)積累、獨(dú)特的制造工藝，鯤游光電能夠以無(wú)與倫比的性?xún)r(jià)比為國(guó)內(nèi)外客戶(hù)提供設(shè)計(jì)、定制、生產(chǎn)一站式的精密微光學(xué)產(chǎn)品及服務(wù)。