近視眼顯示技術(shù)是核心，成像系統(tǒng)疊加是關(guān)鍵。近眼顯示系統(tǒng)（NED）是 AR 設(shè)備疊加虛擬物品并實現(xiàn)交互的核心，是將顯示器上的像素，通過一系列光學(xué)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(tǒng)不能擋在視線前方，需要多加一個或 一組光學(xué)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(tǒng)示意圖
AR 設(shè)備的光學(xué)顯示系統(tǒng)由圖像源器件與顯示光學(xué)器件組成，前者產(chǎn)生圖像 并將圖像投射到顯示光學(xué)器件中，顯示光學(xué)器件將圖像反射到用戶眼睛中。圖像 源器件技術(shù)主要包括硅基液晶（LCoS）、AMOLED 和 micro LED，目前 LCoS 一 直是 AR 眼鏡中應(yīng)用的主要技術(shù)，AMOLED 具有自發(fā)光功能，設(shè)計更簡潔，光視 效率更高，微型 LED 光視效率更高、產(chǎn)品壽命更長、反應(yīng)速度更快，更適合AR 眼鏡，但目前 micro LED 技術(shù)量產(chǎn)尚不成熟。
目前光學(xué)元件技術(shù)分為棱鏡、自由曲面、光波導(dǎo)等，棱鏡光學(xué)是 Google Glass采用的光學(xué)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(wǎng)膜中，與現(xiàn)實圖像相疊加成像，方案比較成熟，技術(shù)門檻低，但視場 角小、鏡片厚且亮度不足。Birdbath 方案和棱鏡光學(xué)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(guī)則的帶反射/透射（R/T）值的曲面反射鏡，然后反射回眼內(nèi)，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(dǎo)為目前主流方案，光波導(dǎo)可分為幾何光波導(dǎo)（也叫陣列光波導(dǎo)）和衍射光波導(dǎo)，根據(jù)不同的光柵元件，衍射光波導(dǎo)有利用光刻技術(shù)制造的表面浮雕光 柵波導(dǎo)和基于全息干涉技術(shù)制造的全息體光柵波導(dǎo)（也叫全息光波導(dǎo)）兩種。
幾何光波導(dǎo)是通過陣列反射鏡堆疊實現(xiàn)圖像的輸出和動眼框的擴大，代表光學(xué)公司是以色列的 Lumus。幾何光波導(dǎo)的光路設(shè)計是耦合光通過反射面或棱鏡進 入波導(dǎo)，經(jīng)過"半透半反"鏡面陣列耦合出波導(dǎo)，再到達眼鏡前方。幾何光波導(dǎo) 沒有牽扯到任何微納米級結(jié)構(gòu)，圖像質(zhì)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(chǎn)性較差。
與幾何光波導(dǎo)不同，衍射光波導(dǎo)通過光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光束的擴展和耦出，表面浮雕光柵波導(dǎo)和全息體光柵波導(dǎo)的區(qū)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(dǎo)，利用二元光學(xué)理論，在晶圓表面 納米壓印光刻極為精細的結(jié)構(gòu)形成表面浮雕光柵結(jié)構(gòu)，根據(jù)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(jié)構(gòu)即可，表面浮雕光柵波導(dǎo)工藝相對簡單， 批量生產(chǎn)成本低，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
相比于幾何光波導(dǎo)，衍射光波導(dǎo)能實現(xiàn)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(xiàn)了一維擴瞳。衍射光波導(dǎo)用的 半導(dǎo)體加工工藝相對簡單，批量生產(chǎn)成本低，而且通過合理的設(shè)計光柵結(jié)構(gòu)，可 以實現(xiàn)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(dǎo)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(xué)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(nèi)干涉形成納米級的光柵結(jié)構(gòu)。HOE 具有高透明，高衍射效率特點，全息體 光柵光波導(dǎo)色彩表現(xiàn)更好，局限在于材料制備復(fù)雜、規(guī)模量產(chǎn)困難、長期可靠性、 材料穩(wěn)定性難保證。
三種光波導(dǎo)方案中，幾何光波導(dǎo)的局限在于良率不高，量產(chǎn)性不強，全息光 波導(dǎo)則受全息體光柵材料制備復(fù)雜所限制。而表面浮雕光柵波導(dǎo)顯示效果好，量 產(chǎn)可能性高，發(fā)展?jié)摿σ沧畲螅磥砗芸赡艹蔀?AR 光學(xué)顯示主流方案。目前國 內(nèi)水晶光電、舜宇光學(xué)科技和歌爾股份在光波導(dǎo)相關(guān)解決方案上有布局。
在主流光學(xué)方案之外，光場技術(shù)也是一種關(guān)注度較高的方案，光場光子產(chǎn)生 不同深度的數(shù)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(shù)能夠完全真實地模擬光線在現(xiàn)實世界的存在方式，其顯示效 果要優(yōu)于光波導(dǎo)，蟻視科技和 Magic Leap 都曾申請過相關(guān)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(shù)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(shù)元光束也 會在視網(wǎng)膜附近交匯成無數(shù)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(shù)的 AR 產(chǎn)品存在價格昂貴、視場角小、體積較大的問題，Magic Leap 的 AR 產(chǎn)品曾計劃采用這一技術(shù)方案，最終未能成功，Magic Leap one 也轉(zhuǎn)向了 光波導(dǎo)方案，未來光場技術(shù)還有待進步。
來源：https://caifuhao.eastmoney.com/news/20210708183808284022720
