近視眼顯示技術是核心，成像系統疊加是關鍵。近眼顯示系統（NED）是 AR 設備疊加虛擬物品并實現交互的核心，是將顯示器上的像素，通過一系列光學成 像元件形成遠處的虛像并投射到人眼中。由于 AR 眼鏡需要透視，既看到真實的 外部世界，也看到虛擬信息，所以成像系統不能擋在視線前方，需要多加一個或 一組光學組合器，通過"層疊"的形式，將虛擬信息和真實場景融為一體，互相 補充，互相"增強"。
VR 和 AR 顯示系統示意圖
AR 設備的光學顯示系統由圖像源器件與顯示光學器件組成，前者產生圖像 并將圖像投射到顯示光學器件中，顯示光學器件將圖像反射到用戶眼睛中。圖像 源器件技術主要包括硅基液晶（LCoS）、AMOLED 和 micro LED，目前 LCoS 一 直是 AR 眼鏡中應用的主要技術，AMOLED 具有自發光功能，設計更簡潔，光視 效率更高，微型 LED 光視效率更高、產品壽命更長、反應速度更快，更適合AR 眼鏡，但目前 micro LED 技術量產尚不成熟。
目前光學元件技術分為棱鏡、自由曲面、光波導等，棱鏡光學是 Google Glass采用的光學方案。通過投影到帶有切割反射面的小棱鏡上成像，棱鏡將圖像反射到人眼視網膜中，與現實圖像相疊加成像，方案比較成熟，技術門檻低，但視場 角小、鏡片厚且亮度不足。Birdbath 方案和棱鏡光學原理相近，采用 45 度角的分 光鏡（具有反射和透射值），弊端也和棱鏡方案類似。
自由曲面指通過投影到表面不規則的帶反射/透射（R/T）值的曲面反射鏡，然后反射回眼內，這種方案顯示源一般在額頭前方，自由曲面厚度較厚，外界透 光率較低，視場角也較小且體積較大。日本愛普生公司及美國夢境視覺 Meta 系列 曾采用過該方案，Meta 系列重量約 420 克（不計線纜和頭部綁帶）。
光波導為目前主流方案，光波導可分為幾何光波導（也叫陣列光波導）和衍射光波導，根據不同的光柵元件，衍射光波導有利用光刻技術制造的表面浮雕光 柵波導和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導（也叫全息光波導）兩種。
幾何光波導是通過陣列反射鏡堆疊實現圖像的輸出和動眼框的擴大，代表光學公司是以色列的 Lumus。幾何光波導的光路設計是耦合光通過反射面或棱鏡進 入波導，經過"半透半反"鏡面陣列耦合出波導，再到達眼鏡前方。幾何光波導 沒有牽扯到任何微納米級結構，圖像質量包括顏色和對比度可以達到很高的水準。但是每個"半透半反"鏡面都需要十幾甚至幾十層的鍍膜工藝，總體良率不高，量產性較差。
與幾何光波導不同，衍射光波導通過光柵結構實現光束的擴展和耦出，表面浮雕光柵波導和全息體光柵波導的區別在于光柵的加工制作方式不同。HoloLens2 和 Magic Leap One 均屬于表面浮雕光柵波導，利用二元光學理論，在晶圓表面 納米壓印光刻極為精細的結構形成表面浮雕光柵結構，根據形狀不同，表面浮雕 光柵有矩形光柵、傾斜光柵、閃耀光柵等。由于制作時無需將鍍膜斜面"插入" 鏡片中，只需要在鏡片表面加工光柵結構即可，表面浮雕光柵波導工藝相對簡單， 批量生產成本低，未來發展潛力巨大。
相比于幾何光波導，衍射光波導能實現二維擴瞳。普通成像均只有一個圖像 出口，而通過"半透半反"的鏡面陣列和光柵，成像有了多個出口，眼睛橫向移 動時候能都看到圖像，橫向可視范圍變大，即實現了一維擴瞳。衍射光波導用的 半導體加工工藝相對簡單，批量生產成本低，而且通過合理的設計光柵結構，可 以實現出瞳的二維擴展擴大可視范圍，即二維擴瞳，二維擴瞳常見為六邊形分布 的圓柱光柵。
全息體光柵光波導使用全息體光柵元件（Holographic Optical Element，HOE） 代替浮雕光柵，蘋果公司收購的 Akonia 公司采用的便是全息體光柵。相比較浮雕 光柵，全息光學元件是通過雙光束激光全息曝光的方式，直接在微米級光聚合物 薄膜內干涉形成納米級的光柵結構。HOE 具有高透明，高衍射效率特點，全息體 光柵光波導色彩表現更好，局限在于材料制備復雜、規模量產困難、長期可靠性、 材料穩定性難保證。
三種光波導方案中，幾何光波導的局限在于良率不高，量產性不強，全息光 波導則受全息體光柵材料制備復雜所限制。而表面浮雕光柵波導顯示效果好，量 產可能性高，發展潛力也最大，未來很可能成為 AR 光學顯示主流方案。目前國 內水晶光電、舜宇光學科技和歌爾股份在光波導相關解決方案上有布局。
在主流光學方案之外，光場技術也是一種關注度較高的方案，光場光子產生 不同深度的數字光，并與自然光無縫融合，從而將逼真的虛擬物體疊加至真實世 界中，由于光場技術能夠完全真實地模擬光線在現實世界的存在方式，其顯示效 果要優于光波導，蟻視科技和 Magic Leap 都曾申請過相關專利。蟻視科技在 2012 年的專利中，將光場顯示中最小的顯示單位定義為元光束，Magic Leap 的技術方 案中，微型光纖投射器向不同方向投射元光束，與自然光線一樣，無數元光束也 會在視網膜附近交匯成無數個點，人眼可以自主選擇在不同的焦點成像，從而讓 使用者感覺到像的深度，獲得完整的空間信息。
這種景深讓成像更加真實，并且可以減少眩暈，有利于長時間佩戴。但是運 用光場技術的 AR 產品存在價格昂貴、視場角小、體積較大的問題，Magic Leap 的 AR 產品曾計劃采用這一技術方案，最終未能成功，Magic Leap one 也轉向了 光波導方案，未來光場技術還有待進步。
來源：https://caifuhao.eastmoney.com/news/20210708183808284022720
