光波导成为AR眼镜迭代新趋势，二维扩瞳几何光波导潜力彰显

　　关注AR眼镜的朋友可能都会发现，近期新品迭代的一个趋势是持续在小型化、轻量化方向演进。与一年前光学方案主要以BirdBath不同的是，消费级AR眼镜正快速向光波导方案探索和转变。

　　这一点在最近发布的众多新品AR眼镜中就能明显的感受到，以视享G510为代表的采用光波导方案的AR智能眼镜，越来越多地被应用于工业场景、信息提示、运动辅助、语音翻译、即时交互等应用场景中。

　　那么，光波导方案在AR眼镜中的采用率逐渐提升又是为何?AR眼镜在光学方案选择上又有哪些侧重点呢，下面我们就来聊一聊。1， 光波导成为AR眼镜光学趋势

　　消费级市场中AR眼镜推广的速度比VR设备要晚一些，此前也有一些产品体积和VR头显相当的离轴光学AR眼镜，因为成本更低、量产更容易，在市场上流行过一段时间，但之后很快消失。经过近几年的探索，业界的共识：轻便、视觉清晰、佩戴舒适是AR产品被公众接受的前提。

　　基于这个大方向，BirdBath(简称“BB”)很快在市场上占稳了脚跟，从此前的ODG到现在大量基于BB的产品已经不下数十款。它们充分利用了BB成像质量佳的优势，主要用于观影等用途。这类产品大多采用分体式设计，可将整机重量控制在80g左右水平，保证了便携性，但劣势在于光学模组体积较大，镜片较厚，透过率低，更无法看清现实场景。

　　AR另一个主流方案就是光波导，它的优势在于轻薄、透过率高，FOV大等，因初期成本偏高，更多用于B端产品，例如HoloLens、Magic Leap等，当然这些to B产品没有将光波导轻量化的优势体现出来。而随着成本降低，越来越多的消费级AR眼镜已经采用光波导技术，高集成的整机已经达到了80g以内的轻量化水平。目前，这一方案真正有助于打造符合日常佩戴体验的轻量化的AR眼镜。

　　而且光波导的镜片可以做到2毫米以下，加上光机的综合体积可以做到非常小巧，在AR眼镜的ID设计上是最接近普通眼镜外观的，实现最小化遮挡用户视野，大幅提升了AR眼镜全天候佩戴的可行性，接近于光学透视(OST)类AR可穿戴设备的最佳选择。

　　不仅有助于实现轻量化，光波导模组在视场角、分辨率、亮度、光线透过率、Eyebox等方面同样具备优势，当然客观来讲彩色显示、对比度等相比BirdBath等方案确实存在差距，当然这也会随着制造工艺优化和MicroLED等高亮度光机成熟而逐渐改善。因此，也就能非常好理解为什么光波导方案成为AR眼镜迭代的选择热门。 2，几何光波导和衍射光波导的选择

　　最近发布的几款AR新品中几何光波导和衍射光波导都有涉及，看出不同厂商对光学方案的选择有不同考虑。光波导主要分为几何光波导和衍射光波导两类光学方案，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，光栅结构可更灵活地实现扩瞳等用途。

　　那么，AR眼镜厂商在进行产品定义时又是如何在两类方案中权衡的呢?下面我们将从光学成像质量，功耗，ID设计，佩戴舒适性，隐私保护等方面来看一看。

　　首先是产品定位对光学选择的考虑，几何光波导可以采用LCoS、Micro-OLED、Micro LED等，衍射光波导因为光效的原因需要采用亮度更高的光学方案。从用途出发，如果仅用于信息提示那么单色方案可以满足基本需求，尤其是配合Micro LED可以实现更高亮度和户外场景的使用;如果用于彩色视觉，优先考虑DLP、LCoS，或者在亮度、对比度方面更具优势的激光和Micro LED在综合效果和成本上目前看并非最优选。

　　其次在成像质量方面，几何光波导明显优于衍射光波导。几何光波导完全是几何光学折射、反射，理论上可以实现更佳的成像效果，实现更高饱和度、对比度的视觉，而且量产加工工艺也更加成熟。衍射光波导涉及纳米光栅，虽然容易实现二维扩瞳，但随之带来彩虹效应(偏色、杂光)问题，漏光也更明显。除基础视觉外，两种光波导方案在FOV、透过率等方面没有明显差异。

　　第三，光效与续航方面，因为结构上的差异几何光波导光效可以达到15%，而衍射光波导不到1%，两者差别非常大。光效的影响主要有两点，一是对光机的选择，光效低就不得不选择更高亮度的光机，光效高则会有更大的选择范围;第二是功耗和续航，高亮度的光机意味着功耗更高，这也直接影响着续航。假设要实现同等入眼亮度，几何光波导可以用更低的功耗来实现。

　　第四，就是前方漏光问题，这一点在很多光学方案中都比较明显，例如BB、衍射光波导，以HoloLens 2为例它往往伴随着较为严重的彩虹效应，从外侧看上去也会非常明显。而几何光波导的漏光率低于1%，这一点对HoloLens 2这类To B产品影响不大，但对消费级AR眼镜来说至关重要，尤其是涉及到户外使用场景，因为前方漏光会严重影响佩戴的美观性和隐私保护。

　　第五，ID设计和佩戴舒适性方面，可能差异是最小的，因为两类光波导方案的共同特点就是轻薄、适配光机几乎一致，综合体积在同一水平，都有助于减小体积优化ID结构，对轻量化的AR眼镜来说优势明显。

　　当然这里面涉及到的因素还有很多，简单来说，几何和衍射两种不同的光波导方案对AR眼镜会带来相对明显的差异，在视觉显示、光效导致的功耗、漏光和隐私保护方面几何光波导更佳，同时成本和量产性也更具优势;而衍射光波导优势在于灵活的光栅设计以及二维扩瞳等。 3，自主工艺突破几何光波导二维扩瞳

　　目前几何光波导以理湃光晶、Lumus为代表，据青亭网了解，理湃光晶的几何光波导累计出货量超过数万套，采用理湃光晶几何光波导(一维)的产品包括：Rokid Glass 2、视享G510、SHOUJING MG1、SHOUJING MX1、SHOUJING MC1、JUXING X21、光启智能警用头盔等等，在智能安防、智能制造、智慧医疗、军警辅助、展览展示等行业展开大量应用，行业内客户给予一致好评。

　　前文提到了衍射光波导优势在于二维扩瞳，这在过去是几何光波导的劣势，现在则有了非常大的突破。据悉，依托领先的微显示技术和独创的分子键合工艺，理湃光晶已经突破了几何光波导二维扩瞳技术，并率先实现量产和批量出货。

　　经证实，近期理湃光晶“二维扩瞳“的多篇技术专利获得国家知识产权局的授权，相关专利描述耦合装置将图像产生装置输出的光耦合入光学扩展波导，进入光学扩展波导的光依次通过第一反射面阵列、第二反射面阵列，每一反射面阵列用于使得通过光学扩展波导传播的光在一维方向扩展，以实现进入光学扩展波导的光在二维方向扩展，并向光学扩展波导外发射出光以形成像。

　　理湃光晶二维扩瞳专利图

　　核心参数方面，理湃光晶二维扩瞳几何光波导在轻薄、高透、全彩显示的基础上扩大了Eyebox，其中FOV大于50°，Eyebox达15mm×10mm，Eyerelief为20mm，入眼亮度超过1500nits，显示效果保持业界领先水平。

　　理湃光晶二维扩瞳几何光波导模组

　　二维扩瞳的目的是实现更大的Eyebox，因为AR眼镜佩戴过程中可能会有微小位移，如果Eyebox较小可能导致看不清或看不全画面，而更大的Eyebox可以避免这些问题，从而提高长时间佩戴的视觉合理性。二维扩瞳技术的突破，不仅让几何光波导带来衍射光波导才有的大Eyebox特性，同时也避免了彩虹效应等衍射光波导的劣势，可以看作是一个具有突出潜力的AR光学方案。

　　青亭网获知，理湃光晶的几何光波导实现二维扩瞳的突破在于：自主开发的针对光学玻璃的分子键合工艺，替代传统的胶水胶合加工工艺，彻底解决了胶合工艺的生产问题。据悉，此前胶水胶合加工工艺的劣势在于： 1， 胶合工艺逐层加工的难度大，且对良率影响风险高，难以大批量生产; 2， 胶合采用的高分子胶黏剂固化也会引入流平性差、固化不完全、折射率和收缩系数差异大等问题，影响显示效果(杂散光、偏色等); 3， 胶合层长时间曝露受环境影响，可能会产生老化、收缩、开裂、变色等问题，影响显示效果和产品寿命。

　　分子键合工艺则在分子层面使贴合层形成新的稳定的分子键，以分子作用力使贴合面紧密平整地结合在一起，从而加强键合强度、提升贴合面平整度、减小相对间距，有利于提升产品的键合良率和显示效果。另外，分子键合工艺采用自动化设备加工，可以同时完成多批次、大批量的生产，从而解决产品的量产性，并大幅度提高生产良率。基于这些优势，分子键合工艺成为“二维扩瞳”产品解决技术突破和量产良率的技术保障和工艺基础。

　　综上所述，可预见的光波导方案将成为AR眼镜主流路线，无论是行业产品还是消费级AR眼镜，都将会以更小巧、轻便的形态呈现在用户面前，同时视觉观感、佩戴体验、续航体验等都将会更加出色。并且，随着理湃光晶二维扩瞳几何光波导模组的量产，也为AR眼镜厂商提供了除衍射光波导外，更具优势和潜力的选择方案，全力推动轻量化AR眼镜的发展。