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从棱镜到光波导,一文看懂AR主流光学显示方案未来趋势

2025-09-11

从棱镜到光波导,一文看懂AR主流光学显示方案未来趋势

灵犀微光

灵犀微光

增强现实技术即AR技术,它将虚拟信息与现实世界相互融合,是属于下一个信息技术的引爆点,据权威预测增强现实眼镜将会取代手机成为下一代的协作计算平台。如今,AR技术已经在军事、工业设计与制造、医疗、娱乐及教育等领域得到广泛应用,影响并改变着各行各业生产生活中的信息交互方式,有着巨大的潜在应用价值。

当前,较成熟的增强现实技术中的光学方案主要为棱镜方案离轴光学方案Birdbath方案、自由曲面方案和光波导方案

本篇文章将为您梳理以上述主流光学方案为代表的AR光学厂商,就各大厂商的产品表现、行业应用情况、最新市场动向以及战略布局等各个方面来进行综合盘点。

棱镜方案

棱镜方案光学显示系统主要由微型投影仪和反射棱镜组成:微型投影仪把图像投射出来,继而棱镜通过半返半透结构将图像直接反射到人眼视网膜中,与现实图像相叠加,形成虚实融合的视觉体验。该方案技术成熟、成本低,但做出来的AR眼镜视场角都比较小,AR体验感不强。

棱镜工作原理图

透明棱镜在强光下的显示效果也不太好,所以现在一些比较好的棱镜方案是包裹式的,以确保显示的内容足够清晰且不受环境光线影响。

棱镜光学方案最典型的产品代表便是曾经风靡全球的谷歌眼镜Google Glass ,其原理是AR眼镜中搭载的微型显示器(即LCOS屏)的影像,通过光学模组中的45度角的棱镜,反射到人眼。

谷歌眼镜Google Glass

如图中所示,其光学显示系统主要由投影仪和棱镜组成。投影仪把图像投射出来,然后棱镜将图像直接反射到人眼视网膜中,与现实图像相叠加。由于系统处于人眼上方,需要将眼睛聚焦到右上方才能看到图像信息,而且这一套系统,存在着一个视场角vs体积的天然矛盾。

GoogleGlass系统视场角较小,仅有15度的视场角,但是光学镜片却有10mm的厚度,而且亮度也不足,图像存在较大的畸变,所以产品进入市场后不久便被公司撤回。而如果想要增大这个视场角参数,需要进一步增加反射面积,这也会进一步增加镜片厚度。

在国内,于2014年便成功自研了棱镜技术的公司是亮亮视野。

GLXSS ME——亮亮视野

亮亮视野成立于 2014 年,团队组成有来自谷歌、联想、微软、英特尔和中国航天等企业的专业人士和技术专家。亮亮视野通过自主研发的 AR 眼镜和行业解决方案,以交互创新赋能,协助制造业、医疗与安防领域的合作伙伴完成智能化升级。

基于棱镜技术方案,亮亮视野在18年打造出了一款可对标Google Glass 的AR眼镜——GLXSS ME。

GLXSS ME采用分体式设计,眼镜部分总共仅十几个零件,在结构设计和材质选取方面做了足够多的优化,使得整机重量轻至33.4g,这在当时分体式AR眼镜中属于非常轻的级别。

佩戴感上,GLXSS ME外观和一副普通眼镜非常接近,其目的就是尽可能保证8小时佩戴的舒适性,从而确保了B端用户的需求。

ME眼镜光学分辨率为600×480,摄像头模组来自索尼,规格为1300万像素,支持1080p/30帧视频录制。终端方面,可兼容任何USB Type C的安卓设备,可适配主流手机。

资料显示,这一代的棱镜方案历经多版迭代,最终选择棱镜设计方案,主要受限于目前光学方案技术、量产与成本的壁垒,棱镜在量产和成本上则有着十足的优势。

离轴光学方案

离轴反射的原理跟VR眼镜一样直观,显示屏的内容通过一个透明的反射镜面,反射到眼睛里,而外面的景物,也透过这个镜面进入眼睛,从而实现了虚实景物的叠加。

离轴反射原理图

“离轴光学方案”具备了体积庞大、技术难度低、方便量产的特点。其作为应用在AR中的最古老的光学方案,离轴光学方案最早应用于军工领域,它的优点主要为结构简单、工艺成熟、成本低,并且可实现的FOV较大。

以2016年推出的Meta 2为例,它就是采用的离轴光学方案,能够提供90⁰的大视场角。

Meta 2的参数及配置为:除了具备90°的视场角,它的分辨率达到2K水平(2560x1440),刷新率60Hz,拥有720P前置摄像头,售价949美元。

Meta2 这款设备是一个头戴显示器+一堆深度传感器,连接上电脑(Windows)后可以在设置中看到它是一个副屏幕。

Meta2 的光学方案结构比较简单,用前端的镜片反射上方屏幕中的画面。虽然视场角度可以达到惊人的90度,但是亮度一般。

离轴反射光学方案的另一代表则是18年由Dreamworld推出的可穿戴AR眼镜——Dream Glass。

Dream Glass采用了轻量级设计,配备了高清双目显示器和高清摄像头,支持手势识别和语音控制等交互方式,同时还可以通过无线连接外部设备,如智能手机、平板电脑和笔记本电脑等。

它的机身采用灰色设计,中间有一条蓝色线条装饰,而外侧则是黑色遮光片,整体简约干练。从产品形态来看,Dream Glass采用分体式设计,除了AR眼镜本体,还附带一个计算模块(与遥控器集成在一起),并通过USB Type C连接,还支持通过HDMI有线扩展或无线投屏模式。

Dream Glass拥有着90度的大视场角,双1920×1080分辨率显示屏(双眼4K级别),刷新率60Hz,显示则支持在2D/3D/360度全景模式下切换,播放3D内容时分辨率可达到3840×1080。此外,面向行业端Plus版本则支持6DOF追踪,手势识别等功能。

Dream Glass参数

跟上面提到的meta2相比,Dream Glass视场角也是90°,但是产品体积要小一些,头显重量仅185g,相对更轻。

总体来看,Dream Glass AR眼镜兼具了大视场角、体积相对较小的优势,佩戴体验较为出色,躺卧状态下可无拘束使用,使用很灵活。

自由曲面方案

通常来说,自由曲面是一种有别于球面或者非球面的复杂非常规面形,即用来描述镜头表面面形的数学表达式相对比较复杂,往往不具有旋转对称性。

自由曲面方案原理图

显示器发出的光线直接射至凹面镜/合成器,并且反射回眼内。显示源的理想位置居中,并与镜面平行。从技术上讲,理想位置是令显示源覆盖用户的眼睛,所以大多数设计都将显示器移至“轴外”,设置在额头上方。凹面镜上的离轴显示器存在畸变,需要在软件/显示器端进行修正。

自由曲面作为近年来光学设计领域的研究热点技术,为光学系统的设计提供了更大的自由度,同时也为系统设计带来更加灵活的结构形式,使光学性能显著提高。

当前市面上采用自由曲面方案的AR智能眼镜无论在沉浸感、成像质量方面都比其它光学方案更具优势 。然而,此方案也有着厚度和重量仍高于普通眼镜的劣势,虽然它的成像色彩饱和,但是也容易导致局部畸变。

在国内,自由曲面方案已经得到了广泛应用,以此方案为代表的公司为耐德佳。

自由曲面钻石Pro——耐德佳

成立于2015年的耐德佳,在行业已深耕多年,目前拥有自由曲面、微纳光学两大核心光学技术底层平台,旗下主要产品为自由曲面钻石Pro-AR049038D,自由曲面AR光学模组(AR210120AR070045B 、 AR023024-S),自由曲面BB光学模组AR070050-S,自由曲面单目光学模组AR039025,VR光学模组“Pancake水晶”方案和视远像护眼仪。

基于自由曲面光学方案,耐德佳AR光学模组产品究竟表现如何?下面一起来看。

在去年4月,耐德佳发布了自研产品自由曲面钻石AR光学解决方案,这款产品是耐德佳面向消费级场景全新研发的轻薄化AR光学解决方案,是自由曲面棱镜的升级版。

作为耐德佳攻坚“轻薄化”的第一款产品,在厚度方面,自由曲面钻石的厚度从14mm降低至9.5mm,搭载光机的模组产品厚度降至14mm以下,单目模组的重量小于10g。

让AR回归AR,探索更多的可能性,耐德佳于去年11月,在自由曲面钻石的基础上进行大幅升级,推出了它的全新升级版——自由曲面钻石Pro AR光学解决方案。

在造型方面,自由曲面钻石Pro光机厚度下降为10.4mm,BB方案的厚度则>17mm,最终实现了AR整机厚度从20mm下降30%至14mm内。除此以外,自由曲面钻石Pro压缩了光机(黑胶件)的体积,并扩大了镜片的面积,使得AR眼镜外观更接近一副普通眼镜。

重量上,自由曲面钻石Pro单目重量仅9.5g,略大于BB方案的8.5g,实现了自由曲面钻石Pro上下厚度均匀、与人脸贴合度高并且佩戴舒适度更佳的效果。

在透过率方面,自由曲面钻石Pro采用了3000nits的高亮屏,在保证900nits的高眼亮度下,将透过率提升60%,并保持30%的高光能利用率,这使得AR整机的OLED选型更丰富,亮度500nits以上均可使用。自由曲面钻石Pro具备高能利用率,在相同亮度下与Birdbath方案对比,实现了更低的功耗,拥有长续航、低发热的优势。

在透视FOV方面,自由曲面钻石Pro还具有更大透视角度、更清晰的中心和边缘画面等多项特点。透视FOV提升至-31°~26°(总值57°),大于人眼最佳转动区-30°~25°(总值55°),极大提升移动或运动过程中使用AR眼镜的安全感。在显示效果方面,自由曲面钻石Pro的Eyebox为12×7.5mm@12mm(出瞳距离),显示清晰的区域更大,能够大幅度消除杂光,让巨幕观影体验效果更佳。

耐德佳自由曲面钻石系列具备着几点非常重要的特性:造型贴合人眼、显示清晰、重量更轻、厚度更薄、耐摔防碎可靠性高;产品的适用范围更广,能够满足消费和元宇宙场景下观影、娱乐和办公等需求,又可面向B端为行业用户推出定制化解决方案,能够满足工业、安防和医疗等场景需求。

基于以上产品优势,耐德佳自由曲面钻石Pro一经发布便引发了行业巨大关注,先后获得高通、致敬未知等知名品牌的认可和采用。资料显示,2022年耐德佳自由曲面钻石模组累计获得批量化订单数十万套。

7月25日,致敬未知正式推出的首款深度结合AI、极致超轻可戴出门的全功能消费级AR眼镜ARknovv A1,采用的便是耐德佳全新研发的自由曲面钻石Pro光学解决方案。ARknovv A1作为一款真正可戴出门的眼镜,打破了消费者过去仅仅将AR眼镜当做另一块室内大屏的使用方式。

ARknovv A1重量仅为68g,跟其他款眼镜相比,这样的重量具备了极大优势。同时,依托高清、高亮、高透过率的自由曲面钻石Pro光学模组,光线透过率达到了60%。它的入眼亮度为1000尼特,双目3840x1080超清显示分辨率,透视FOV超过55°,为用户带来了全天候穿戴、精彩绝伦的视觉盛宴。

不止致敬未知的ARknovv A1,包括今年2月,高通联合歌尔推出的AR2轻量级AR眼镜参考设计,也是采用的耐德佳自由曲面钻石 Pro AR 光学模组。

据了解,高通骁龙AR2平台专为超轻薄、高性能AR眼镜打造,采用多芯片分布式处理架构并结合定制化IP模块,平台整体AI性能提升2.5倍,功耗降低50%。在高光效、低功耗的自由曲面钻石Pro光学模组的助攻下,能够支持AR眼镜实现低于1W的功耗。

与高通骁龙XR2无线AR智能眼镜参考设计相比,AR2的参考设计有了更大的提升,外观上更加小巧轻薄,镜框厚度降低12.8%,镜腿高度降低30%,整机重量降为100g以内;配备升级的耐德佳自由曲面钻石Pro光学模组,让用户入眼垂直方向视野增大到50%,视觉感受更佳;铰链采用全新的设计方案,镜腿折叠展开后可弹性归位,佩戴更加舒适;支持极速Wi-Fi 7连接和高通骁龙Space™X开发者平台。轻便的外观结合优异的性能,使该眼镜可以长久地佩戴进行移动办公、远程会议、游戏娱乐等等。

耐德佳依托自由曲面光学方案打造的产品,除了自由曲面钻石系列外,也包含了自由曲面AR光学模组(AR210120AR070045BAR023024-S),以及自由曲面BB光学模组(AR070050-S)和自由曲面单目AR光学模组(AR039025)。

以耐德佳AR070045B为例,它是一款视场角为45°的双目自由曲面AR光学模组,配有两块0.7寸的微型显示屏。这款模组目前处于量产阶段,品质良好,价格可控。相较于AR070045B光学模组,耐德佳在AR沉浸感和超轻薄两个维度拓展推出的AR210120,在AR沉浸感上做了较大提升,达到了120°视场角,瞳直径8mmX6mm,出瞳距离为21mm。

耐德佳 AR070045B


耐德佳AR210120

围绕公司产品的生产、制造和组装,耐德佳也进行了周密的战略布局。

耐德佳在北京设立研发&销售中心,在镇江设立高端制造中心,在上饶协助江西省光学检验中心向全球光电行业提供高精密光学元件&镜头检测及认证服务,构建了国际一流的光学设计、制造和检测平台。接下来,耐德佳也将进一步开拓商业版图,计划在上海、深圳等地设立研发及销售中心。

BirthBath方案

“Birdbath”是光学结构的通用名称,通俗的讲就是带有光束分离功能的曲面镜,垂直于曲面镜的光则通过分束器反射到曲面镜上。

Birdbath结合了两个光学原理,一个是球面镜,一个是分束器。把来自显示源的光线投射至45度角的分光镜上,分光镜具有反射和透射值(R/T),允许光线以R的百分比进行部分反射,而其余部分则以T值传输。同时具有R/T允许用户同时看到现实世界的物理对象,以及由显示器生成的数字影像。

下图为BirthBath方案的原理图。

BirthBath方案原理图

Birdbath方案具备着结构简单、门槛低、视场角大、光效高,对微显示屏要求低、功效低的优势,相比于离轴反射方案,光学结构要小一些。但也存在比普通眼镜更厚、重、透过率低、眼动框范围受限、图像容易畸变的技术劣势。

国内以BirthBath方案为代表的公司主要为惠牛科技

AR Birdbath("AR-BB")——惠牛科技

自2017成立至今,惠牛科技一直专注于ARVR近眼显示光学模组的研发和量产,惠牛的产品主要包括:基于Birdbath的AR光学模组(CA系列),基于超短焦Pancake的VR光学模组,基于树脂/玻璃材料的衍射光波导模组。惠牛科技以Birdbath光学方案为代表的产品便是AR-BB,BB方案具备视角(FOV)大、画质好、价格亲民、量产成熟的特点。

据资料显示,惠牛科技3月份总产能为30K套/月,且针对大客户的需求,3个月内快速升级产能到1000K套/月。惠牛科技合作客户为:创维、华为、Rokid、MADGaze、DreamGlass等。

惠牛基于Birdbath的AR光学模组主要有:CA50(CA50S70)、CA40(CA40S39、CA40B39)和CA43(CA43SY49)。

通过上图产品参数我们可以得知,惠牛产品FOV已经达到了50°,实现了大FOV以及更优的画面清晰度。模组重量区间在5g-9.5g之间 ,其中,单目最轻为5g,出瞳距离区间为11mm-15mm,画面畸变控制在小于0.6%-1.0%的极低水平,分辨率为1920*1080,屏幕亮度最高达到3000nit。

基于上述特点,惠牛BB模组也具备了屈光调节、前方消漏光(保护隐私)、(光学树脂)耐摔、防雾等特性。

惠牛从2020年初开始研发的CA43新品,是国内首个支持近视屈光可调的AR光学显示模组,近视用户无需佩戴眼镜即可观看清晰的大屏虚景画面,极大提升了用户体验,惠牛已经获得相关专利授权。

知名AR眼镜品牌 Rokid 使用惠牛CA43模组推出的Rokid Air眼镜,支持3D观影和全景视频,眼镜重量仅83克,打造了极致的娱乐观影体验,在KickStarter上众筹并大获成功。

当前,惠牛科技具备设计、研发、制造、测试的端到端光学模组解决方案能力,拥有完整的注塑、镀膜、加工、组装等生产制程,惠牛自研的量产测试系统支持核心光学参数的一键快速测量,检测速度达到行业领先水平,拥有10余篇相关专利。

据资料显示,惠牛CA系列产品从2019 Q3开始量产出货、随后持续增长,去年的出货量已达5万套以上,位居国内外AR同行前列。

惠牛科技在今年5月完成了新一轮数千万融资,扩建的1万平方米新厂房正在装修百级无尘间,将于2023年内交付使用,届时年产能将有大幅提升。 

光波导方案

光学作为AR智能眼镜最核心的技术之一,决定着产品体积重量、外观设计、佩戴体验、产品定位和应用场景等,重要性不言而喻。现如今,大家都十分关注AR眼镜的轻量化,光波导由于形态轻薄,具备长时间佩戴可能,类似平常戴的普通眼镜,被认为是AR眼镜的发展方向和未来形态。

作为愈发关键的技术路径,光波导有着“清晰、轻薄、透亮、大FOV”等优势,成为AR整机厂商首选的主流方案。

光波导主要是基于波导技术的AR眼镜,一般会由光机、波导和耦合器三部分组成。光机内的微型显示器发出的光线通过透镜组被耦合器件耦入光波导镜片中,在波导内以全反射的形式向前传播,到达出耦合器件时被耦合出光波导后进入人眼成像。由于用波导折叠了光路,一般系统体积相对较小。

光波导技术总体上可分为几何波导方案和衍射光波导方案两种。前者基于几何光学的全反射原理,利用光学冷加工工艺,成像质量更佳;后者属于衍射光学范畴,基于微纳米结构的特定光栅来传播,二者均可实现扩瞳等用途。、

几何阵列波导

几何阵列光波导通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出和动眼框的扩大,可以实现图像质量包括颜色和对比度可以达到较高水准,但是存在三个难点:一是耦入部分的体积难以缩小,二是光波导固有的明暗条纹问题,三是量产难度大。由于制造工艺繁琐,良率低,能大规模的量产眼镜产品较少。

几何阵列光波导工作原理示意图

几何阵列光波导国外代表公司有Lumus,在国内以此为代表的公司是灵犀微光。

Lumus是位于以色列的 AR 眼镜光学方案厂商,一直在研发波导式 AR 光学方案。Lumus以反射波导为核心, 以AR光学专利造壁垒。Lumus 由前空军导航员、物理学博士 Yaakov Amitai 博士于 2000 年创立。

在CES2023期间,Lumus推出了其下一代“Z-Lens”Maximus 2D波导设计,这为轻量化的AR眼镜的出现铺平了道路。升级后的Z-Lens,其优势在于光学引擎体积减少了50%,使得终端制造商在放置波导孔径的位置上拥有更大的自由度。据Lumus表示,Z-Lens可以集成到与普通眼镜几乎相同的成品中。

采用第二代Z-Lens波导技术的AR眼镜体积非常小巧,外观与普通眼镜相比没有太大区别。

此外,第二代Z-Lens波导技术的另一个优点在于它可以“直接粘合Rx处方眼镜的光学元件,”这意味着近视用户能够根据自己的视力情况直接定制AR眼镜,而无需使用后配镜片。目前,Lumus的这款AR眼镜原型产品分辨率达到了2K x 2K水平,显示亮度可达3000尼特。它的FOV为50°,Lumus宣称未来迭代版本的FOV还可以达到80°甚至更高。

成熟可量产“真侧投”二维扩瞳新品2D-L——灵犀微光

灵犀微光成立于2014年,专业从事AR 光波导技术研发与生产。公司秉持“成为全球领先的AR 光电科技企业,促进开放、共赢的产业链新生态”的企业愿景,致力于为企业级用户提供消费级AR核心显示技术和光学解决方案。

灵犀微光一直聚焦于“几何阵列光波导”和“体全息衍射光波导”两个技术方向的研发,并在光波导领域突破了多项生产工艺难题,所采用的光波导AR 显示方案在显示效果方面赶超世界水平,在国内早先实现轻量化。阵列光波导模组突破85%良率,年产10万片量产产能,产品已投入教育、医疗、安防、工业维检、军工和特种行业等专业领域使用。

灵犀微光几何阵列光波导产品阵营包含:6系列(AW60Pro、AWO66、AWO68)、7系列(AW70Pro、AWO71、AWO72)、8系列(AW81、AW82、AW82Pro)和2D 系列(2D-40、2D-60、2D-L)。

8系列中,灵犀微光AW82阵列光波导模组是AR光波导产品AW81的迭代升级版,在AW81原有照明方案的基础上进行升级,采用导光棒匀光方案,充分提高光能利用效率,实现汇聚光线的整体效果,使其峰值亮度可达2000尼特,从而实现高效紧凑照明。

7系列中,AWO72作为AWO71的迭代版本,其通过光学优化,改善了图像畸变问题,提高了成像画质,同时减小了模组的体积和重量。AWO72模组采用OLED微电子显示屏,具有10000:1超高对比度,RGB全彩色显示,在展示某个虚拟物体时,能更好的叠加融合虚拟图像,实现增强现实效果。同时模组重量控制在10g以内,可谓是更小更通透。

2D系列中,灵犀微光2D-40是灵犀微光于2021年重磅亮相的国内首款可商业化落地的阵列光波导新品,率先实现了二维扩瞳技术商业化路径从0到1的突破。2D-40模组重8g,有着40°FOV的大视场角,25mm大出瞳,拥有更加小巧的体积、更高的画面显示效果以及适合眼镜类产品的侧投耦入结构。灵犀微光的2D-40光波导模组已经具备成熟工艺,生产成本可控,能够实现量产,并且正在作为定制化产品为灵犀微光的部分合作伙伴提供小批量产。

灵犀微光2D系列备受瞩目的产品,则是今年9月份光博会上重磅发布的成熟可量产“真侧投”二维扩瞳新品2D-L,这是目前国内首款可量产的二维扩瞳几何阵列光波导。

灵犀微光2D-L

2D-L作为灵犀微光2D系列产品新成员,2D-L重量仅为8.5g,其采用了具备高亮显示的LCOS方案,成像画面支持1280x720分辨率全彩显示,得益于二维扩瞳技术的加持,其视场角达到34°且光机体积仅有2cc,这是目前大多数一维波导无法达到的,它的入眼亮度可达2500nit,MTF>0.6,这意味其即便是在白天户外也不会存在亮度问题。

2D-L之所以被誉为是三到五年内最佳的AR眼镜显示方案,是因为阵列光波导技术的发展已足够成熟,在国内厂商的不断推进下,该技术路径正大跨步迈向消费级市场。

灵犀微光前瞻系列2D-60的视场角已经达到60°FOV,采用LCOS像源,对比度500:1,画质分辨率达1920 x 1080 ,亮度/500nits,该模组轻便小巧适合日常佩戴,大视场角带来沉浸式体验。

近期,2023VR产业大会上,灵犀微光2D-L、AW82和AWO72斩获“2023世界VR产业大会VR/AR创新奖”。这背后离不开灵犀微光三步走的战略布局。

灵犀微光基于产学研三位一体,秉持研发壁垒+成熟量产能力+商业化共赢的发展规划,快速将AR光波导技术从论证阶段推向市场。目前,灵犀微光已经形成北京研发总部、杭州工艺量产中心、深圳市场营销中心,无锡产线、杭州全自动化产线闭环。产品方面,灵犀微光光波导模组良率稳定超过85%,10万片量产产能,并具备二维扩瞳阵列光波导成熟工艺能力储备。下一阶段,灵犀微光将通过在杭州落地华东研发总部,进一步推进AR光波导技术落地。

衍射光波导

衍射光波导,简单讲就是基于光的衍射,引导光波传播的介质装置。进一步解释,衍射光波导就是利用光栅的衍射特性来设计“光路”,让光在设计好的路径上传播,将微投影系统发出的光导入人眼。

衍射光栅,这一具有周期性结构的光学元件是衍射光波导最为核心的部分,所以根据光栅类型的不同,又可以将衍射光波导分为两类:利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导和基于体全息干涉技术制造的体全息光栅波导。AR衍射光波导相较于其他AR显示技术路线,具有轻薄、视场角大、眼动范围大、量产性强等优势,是业界普遍认可的AR行业未来的主流技术路线。

表面浮雕光栅示意图

国内以衍射光波导为代表的厂商主要是至格科技。

AR衍射光波导——至格科技

至格科技是一家专注于AR衍射光波导和微纳光学领域的国家高新技术企业,是全球范围内为数不多获得多个头部消费电子品牌定点的供应商。至格采用IDM模式,自主掌握“光栅设计、光栅母版加工、纳米压印生产”三大核心技术,拥有功能完备的光栅母版加工中心和全自动AR衍射光波导批量生产线,成功研发并量产增强现实衍射光波导产品。

至格科技AR衍射光波导模组主要有SIDW30C、SIDW30B、SIDW40A、TDDW40C系列。

SIDW30C厚度仅为1.7mm,采用侧投式设计,视场角可达30°,光效高达700nits/lm,彩色均匀性极佳,可适配多种光机,满足普通眼镜形态和户外佩戴的需求。

SIDW30C波导片

SIDW30B采用侧投式设计,单绿色方案,视场角为30°,可选用玻璃基底或树脂基底,光效高达700nits/lm。玻璃基底厚度仅为0.5mm,搭配MicroLED光机可实现超轻光学模组方案,满足全天候户外使用需求。

SIDW30B波导片

SIDW40A采用侧投式设计,全彩方案,视场角可达40°,光效为260nits/lm,厚度仅为1.7mm,彩色均匀性高,颜色表达更加准确。可以用于打造满足游戏、视频等更多场景需求的AR眼镜。

SIDW40A波导片

TDDW40C采用顶投式设计,全彩方案,视场角最大可达50°,光效为240nits/lm (FOV 40°),厚度仅为1.7mm,在彩色均匀性、图像清晰度、鬼像控制等方面表现优异。可初步满足空间计算、虚实交互的显示需求。

TDDW40C波导片

2021年,OPPO重磅发布了面向C端的量产AR智能眼镜OPPO Air Glass。至格科技凭借优秀的产品性能成为OPPO Air Glass波导镜片的独家供应商,又通过过硬的工艺积累和坚强的意志品质圆满完成了项目的量产交付任务。从而奠定了至格科技在国内全面领先的行业地位。

目前,至格科技已建成的全自动批量生产线能够实现8寸和12寸晶圆的全自动生产,衍射光波导产能达到了月产10万片,而且目标良率在90%以上。

体全息光波导

体全息光波导方案是通过采用体全息光栅(VHG)作为光波导模组中的耦合器对光束进行调节。体全息技术目前还在发展中,色彩表现会更好,但是对FOV的限制也会更大。国内外以体全息波导为代表的厂商主要为全息波导投影技术领域的佼佼者_DigiLens和灵犀微光。

体全息光栅示意图


体全息光波导方案代表厂家——Digilens

Digilens主要提供光波导、光机、HMD和HUD等完整解决方案。它的商业模式类似英国的Waveoptics公司。二者主要的区别在于Digilens一直坚持体全息衍射光栅光波导方案。

资料来源:《增强现实近眼显示设备中光波导元件的研究进展》

Digilens采用其专有的光敏聚合物和PDLC材料,基于可切换布拉格光栅(SBG)的技术方案已推出双层全彩体全息光波导,能够有效减少色散但效率不高且双层结构制造难度大。

体全息光栅在满足特殊要求情况下,理论上成像效果更好,衍射效率可以达到100%。而在实际应用中,由于受可利用材料的限制,体全息光波导目前在FOV、光效率、清晰度等方面都尚未达到表面浮雕光波导同等的水平。但是由于它在设计壁垒、工艺难度和制造成本上具有一定优势,因而业内仍持续对该技术进行研发和探索。

来源:艾瑞咨询

其Design v1产品如下图所示,视场角为50°,透明度超过80%,光效超过325nits/lm。

DigiLens的全彩VHG波导

Digilens开发了体全息光波导的加工工艺流程。其中,为降低大规模批量生产的加工成本以及为进一步提高生产效率,Digilens开发了体全息光波导印刷工艺。

体全息光波导制备工艺流程

体全息衍射光波导——灵犀微光

作为专注AR光波导研发及量产的厂商,除了阵列光波导技术之外,灵犀微光也在体全息波导光栅和表面浮雕光栅技术上深耕多年。

灵犀微光自2014年便开始了体全息波导光栅技术的研发工作,2020年10月,灵犀微光作为课题承担单位,获批北京市科技计划课题“体全息单片三色光栅波导AR光学器件研发”项目经费。

期间,灵犀微光已顺利完成三色曝光系统搭建、单片三色体全息光波导样片的曝光制作、以及单片三色体全息光波导样机的组配,填补了国内大幅面体全息光波导技术研究的空白;同时已顺利结项北京市科委针对体全息方向的储备课题研究。

目前灵犀微光已完成在无锡产线千平级的工房洁净间搭建,下一步,灵犀微光将加大体全息研发投入力度,从多种技术路线探索规模化生产的技术可行性。


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