光學(xué)作為AR智能眼鏡最核心的技術(shù)之一，決定著產(chǎn)品體積重量、外觀設(shè)計(jì)、佩戴體驗(yàn)、產(chǎn)品定位和應(yīng)用場(chǎng)景等，重要性不言而喻。如今大家都在關(guān)注AR眼鏡的輕量化，光波導(dǎo)是一個(gè)愈發(fā)關(guān)鍵的技術(shù)路徑，其憑借“清晰、輕薄、透亮、大FOV”等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為越來(lái)越多AR整機(jī)廠商的首選光學(xué)方案。
INMO Air 采用陣列光波導(dǎo)技術(shù)方案
幾何光波導(dǎo)是兩大AR光波導(dǎo)路線之一，是基于傳統(tǒng)幾何光學(xué)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的光波導(dǎo)方案，因幾何光學(xué)的原理簡(jiǎn)單，幾何光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)思路相對(duì)明確、制備技術(shù)較為成熟，光學(xué)成像質(zhì)量高，無(wú)偏色情況，同時(shí)結(jié)合擴(kuò)瞳技術(shù)可以在保證圖像質(zhì)量同時(shí)獲得較大的動(dòng)眼眶范圍。憑借著這些優(yōu)點(diǎn)，幾何光波導(dǎo)成為目前AR近眼顯示技術(shù)的主流方案之一，其中以陣列光波導(dǎo)為主要應(yīng)用方向。
光波導(dǎo)分類 圖源：《增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)近眼顯示設(shè)備中光波導(dǎo)元件的研究進(jìn)展》姜玉婷等
陣列光波導(dǎo)生產(chǎn)技術(shù)路線
陣列光波導(dǎo)采用的是傳統(tǒng)光學(xué)冷加工工藝。陣列光波導(dǎo)的加工流程主要是研磨、拋光、鍍膜和膠合。
陣列光波導(dǎo)加工流程 圖源：《增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)近眼顯示設(shè)備中光波導(dǎo)元件的研究進(jìn)展》姜玉婷等
首先通過(guò)切割玻璃基材獲得各種規(guī)格的波導(dǎo)小棱鏡，然后對(duì)小棱鏡進(jìn)行粗磨、精磨與拋光，之后在小棱鏡上分別鍍不同膜系的薄膜獲得不同的反射/透射比，最后對(duì)小棱鏡進(jìn)行膠合將它固定為表面光滑的波導(dǎo)片，并通過(guò)測(cè)角儀、干涉儀等儀器對(duì)波導(dǎo)片進(jìn)行檢測(cè)。
目前光學(xué)鍍膜、光學(xué)切割、納米研磨、納米拋光、精雕加工等工藝已經(jīng)十分成熟。在光學(xué)元件組裝上，理湃光晶、瓏璟光電等光學(xué)模組企業(yè)已實(shí)現(xiàn)針對(duì)光學(xué)玻璃的分子鍵合工藝，以替代傳統(tǒng)的膠水膠合加工工藝。
膠合工藝具有量產(chǎn)難度大，影響顯示效果，造成雜散光、偏色，易受環(huán)境影響，產(chǎn)生老化、開(kāi)裂等問(wèn)題。分子鍵合工藝則在分子層面使貼合層形成新的穩(wěn)定的分子鍵，以分子作用力使貼合面緊密平整地結(jié)合在一起，從而加強(qiáng)鍵合強(qiáng)度、提升貼合面平整度、減小相對(duì)間距，有利于提升產(chǎn)品的鍵合良率和顯示效果。另外，分子鍵合工藝采用自動(dòng)化設(shè)備加工，可以同時(shí)完成多批次、大批量的生產(chǎn)，從而解決產(chǎn)品的量產(chǎn)性，并大幅度提高生產(chǎn)良率。
消費(fèi)級(jí)AR眼鏡更優(yōu)解：二維陣列光波導(dǎo)
一維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)產(chǎn)品中，光機(jī)體積與產(chǎn)品的FOV（視場(chǎng)角）直接正相關(guān)，F(xiàn)OV越大，光學(xué)模組體積越大，基于該局限，二維陣列光波導(dǎo)方案應(yīng)運(yùn)而生，解決了一維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)光機(jī)體積與FOV、EYEBOX之間的矛盾。
二維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)方案通過(guò)在X、Y軸方向?qū)饩€進(jìn)行多次擴(kuò)展，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)垂直和水平雙向出瞳擴(kuò)展，從而有效的增加出瞳距離和eyebox大小，顯著減少耦入部分投影光機(jī)的體積。使AR眼鏡的核心光學(xué)器件更加小型化、更加輕量化，與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯示效果的更優(yōu)呈現(xiàn)，顯示色彩的高還原、高飽和呈現(xiàn)，為深沉浸、強(qiáng)交互和高度集成的AR眼鏡應(yīng)用場(chǎng)景奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
二維陣列光波導(dǎo)布局企業(yè)
1. 以色列Lumus
2021年，Lumus首次推出Lumus Maximus，二維陣列光波導(dǎo)眼鏡原型。在CES 2023期間，Lumus推出第二代反射光波導(dǎo)模組：Lumus Z-Lens，Z-Lens是基于Lumus二維擴(kuò)瞳光波導(dǎo)技術(shù)(2D Maximus)，其特點(diǎn)2Kx2K分辨率、3000尼特/瓦亮度、50 FOV、兼容戶外亮度、可定制屈光調(diào)節(jié)鏡片，且支持體積更小的光學(xué)引擎(約縮小50%)。利用Z-Lens開(kāi)發(fā)的AR眼鏡從外觀看和普通眼鏡足夠接近，用戶在白天強(qiáng)光下也能使用。
2. 瓏璟光電
2021年瓏璟光電完成二維擴(kuò)瞳的產(chǎn)品研發(fā)，解決了一維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)體積和視場(chǎng)角（FOV）無(wú)法兼顧的問(wèn)題，并成功將模組體積和重量縮小近3倍。2022年，瓏璟光電多個(gè)二維陣列光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，對(duì)40°、60°波導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)行了持續(xù)的迭代優(yōu)化，各方面的技術(shù)指標(biāo)和顯示效果大大提升，符合更多場(chǎng)景的使用，同時(shí)，在工藝上有了飛躍的突破，工藝難點(diǎn)專題逐一攻破，實(shí)現(xiàn)了分光斜面全光膠的貼合。
瓏璟光電二維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo) - LCE2203F
3.? 耐德佳
耐德佳在2015年即開(kāi)始了陣列光波導(dǎo)的布局，2021年初，耐德佳為解決目前第一代和第二代一維陣列光波導(dǎo)的相關(guān)使用問(wèn)題，直接啟動(dòng)第三代產(chǎn)品——二維陣列光波導(dǎo)的研發(fā)立項(xiàng)，并快速投資了陣列光波導(dǎo)的研發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)線。歷時(shí)一年多，耐德佳成功研制出第三代二維陣列光波導(dǎo)產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)。后期耐德佳會(huì)繼續(xù)進(jìn)行小型化LCoS高亮度光機(jī)研發(fā)，目前耐德佳二維陣列光波導(dǎo)40°FOV小型化光機(jī)可達(dá)到1.3cc。耐德佳二維陣列光波導(dǎo)3.0實(shí)現(xiàn)了全彩顯示、成像清晰，色差和畸變控制較好，入眼亮度可以達(dá)到1000nits以上。
耐德佳二維陣列光波導(dǎo)3.0產(chǎn)品
4.? 理湃光晶
理湃光晶二維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)已于2022年9月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上市，同時(shí)，位于江蘇昆山的幾何光波導(dǎo)模組生產(chǎn)基地于2022年初建成，一期規(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)10萬(wàn)套。理湃光晶光波導(dǎo)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳的突破在于：自主開(kāi)發(fā)的針對(duì)光學(xué)玻璃的分子鍵合工藝，替代傳統(tǒng)的膠水膠合加工工藝，徹底解決了膠合工藝的生產(chǎn)問(wèn)題。
5.? 靈犀微光
靈犀微光行業(yè)首創(chuàng)基于陣列光波導(dǎo)的二維擴(kuò)瞳技術(shù)AR光學(xué)模組，已就透光度和光能利用率上實(shí)現(xiàn)突破，普遍透光度可以達(dá)到82%以上，實(shí)現(xiàn)60°視場(chǎng)角。靈犀微光在江蘇無(wú)錫、浙江杭州建立生產(chǎn)制造中心，陣列光波導(dǎo)模組已突破85%良率，具備年產(chǎn)10萬(wàn)片量產(chǎn)產(chǎn)能。
靈犀微光二維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)2D-1
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