光學作為AR智能眼鏡最核心的技術之一，決定著產(chǎn)品體積重量、外觀設計、佩戴體驗、產(chǎn)品定位和應用場景等，重要性不言而喻。如今大家都在關注AR眼鏡的輕量化，光波導是一個愈發(fā)關鍵的技術路徑，其憑借“清晰、輕薄、透亮、大FOV”等優(yōu)勢，已經(jīng)成為越來越多AR整機廠商的首選光學方案。
幾何光波導是兩大AR光波導路線之一，是基于傳統(tǒng)幾何光學的原理進行設計和制造的光波導方案，因幾何光學的原理簡單，幾何光波導的設計思路相對明確、制備技術較為成熟，光學成像質(zhì)量高，無偏色情況，同時結(jié)合擴瞳技術可以在保證圖像質(zhì)量同時獲得較大的動眼眶范圍。憑借著這些優(yōu)點，幾何光波導成為目前AR近眼顯示技術的主流方案之一，其中以陣列光波導為主要應用方向。
光波導分類 圖源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》姜玉婷等
陣列光波導生產(chǎn)技術路線
陣列光波導采用的是傳統(tǒng)光學冷加工工藝。陣列光波導的加工流程主要是研磨、拋光、鍍膜和膠合。
陣列光波導加工流程 圖源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》姜玉婷等
首先通過切割玻璃基材獲得各種規(guī)格的波導小棱鏡，然后對小棱鏡進行粗磨、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，最后對小棱鏡進行膠合將它固定為表面光滑的波導片，并通過測角儀、干涉儀等儀器對波導片進行檢測。
目前光學鍍膜、光學切割、納米研磨、納米拋光、精雕加工等工藝已經(jīng)十分成熟。在光學元件組裝上，理湃光晶、瓏璟光電等光學模組企業(yè)已實現(xiàn)針對光學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、開裂等問題。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，從而加強鍵合強度、提升貼合面平整度、減小相對間距，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化設備加工，可以同時完成多批次、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。
消費級AR眼鏡更優(yōu)解：二維陣列光波導
一維擴瞳陣列光波導產(chǎn)品中，光機體積與產(chǎn)品的FOV（視場角）直接正相關，F(xiàn)OV越大，光學模組體積越大，基于該局限，二維陣列光波導方案應運而生，解決了一維擴瞳陣列光波導光機體積與FOV、EYEBOX之間的矛盾。
二維擴瞳陣列光波導方案通過在X、Y軸方向?qū)饩€進行多次擴展，能同時實現(xiàn)垂直和水平雙向出瞳擴展，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的體積。使AR眼鏡的核心光學器件更加小型化、更加輕量化，與此同時實現(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、強交互和高度集成的AR眼鏡應用場景奠定可靠的技術基礎。
二維陣列光波導布局企業(yè)
1. 以色列Lumus
2021年，Lumus首次推出Lumus Maximus，二維陣列光波導眼鏡原型。在CES 2023期間，Lumus推出第二代反射光波導模組：Lumus Z-Lens，Z-Lens是基于Lumus二維擴瞳光波導技術(2D Maximus)，其特點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引擎(約縮小50%)。利用Z-Lens開發(fā)的AR眼鏡從外觀看和普通眼鏡足夠接近，用戶在白天強光下也能使用。
2. 瓏璟光電
2021年瓏璟光電完成二維擴瞳的產(chǎn)品研發(fā)，解決了一維擴瞳陣列光波導體積和視場角（FOV）無法兼顧的問題，并成功將模組體積和重量縮小近3倍。2022年，瓏璟光電多個二維陣列光波導實現(xiàn)量產(chǎn)，對40°、60°波導產(chǎn)品進行了持續(xù)的迭代優(yōu)化，各方面的技術指標和顯示效果大大提升，符合更多場景的使用，同時，在工藝上有了飛躍的突破，工藝難點專題逐一攻破，實現(xiàn)了分光斜面全光膠的貼合。
3.? 耐德佳
耐德佳在2015年即開始了陣列光波導的布局，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的相關使用問題，直接啟動第三代產(chǎn)品——二維陣列光波導的研發(fā)立項，并快速投資了陣列光波導的研發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)線。歷時一年多，耐德佳成功研制出第三代二維陣列光波導產(chǎn)品，并實現(xiàn)小批量量產(chǎn)。后期耐德佳會繼續(xù)進行小型化LCoS高亮度光機研發(fā)，目前耐德佳二維陣列光波導40°FOV小型化光機可達到1.3cc。耐德佳二維陣列光波導3.0實現(xiàn)了全彩顯示、成像清晰，色差和畸變控制較好，入眼亮度可以達到1000nits以上。
耐德佳二維陣列光波導3.0產(chǎn)品
4.? 理湃光晶
理湃光晶二維擴瞳陣列光波導已于2022年9月實現(xiàn)量產(chǎn)上市，同時，位于江蘇昆山的幾何光波導模組生產(chǎn)基地于2022年初建成，一期規(guī)劃年產(chǎn)能達10萬套。理湃光晶光波導產(chǎn)品實現(xiàn)二維擴瞳的突破在于：自主開發(fā)的針對光學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)問題。
5.? 靈犀微光
靈犀微光行業(yè)首創(chuàng)基于陣列光波導的二維擴瞳技術AR光學模組，已就透光度和光能利用率上實現(xiàn)突破，普遍透光度可以達到82%以上，實現(xiàn)60°視場角。靈犀微光在江蘇無錫、浙江杭州建立生產(chǎn)制造中心，陣列光波導模組已突破85%良率，具備年產(chǎn)10萬片量產(chǎn)產(chǎn)能。
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