投资笔记 — AR眼镜光波导的几个技术方向

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近年来已经形成共识的是波导(Lightguide)方案是AR眼镜业内接受的主流:

1、阵列波导(偏振薄膜阵列反射镜波导,是几何波导方案中的一种,代表公司是以色列的Lumus及国内创业公司灵犀微光)

阵列波导最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于优化迭代,至今差不多快二十年了。耦合光进入波导的一般是一个反射面或者棱镜。在多轮全反射后光到达眼镜前方时,会遇到一个“半透半反”镜面阵列,这就是耦合光出波导的结构了,也就是阵列波导里的“光组合器”。

不足:阵列波导繁冗的制造工艺流程导致总体良率较低。阵列波导需要扩瞳技术,为保证整个动眼框范围内的出光量是均匀的,导致每个镜面的镀膜层数可能达到十几甚至几十层,镀膜后层层摞在一起并用特殊的胶水粘合,即使每一步工艺都可以达到高良率,这几十步结合起来的总良率却是一个挑战。

几何波导方案中的偏振阵列波导,是目前产能最大的解决方案。阵列波导的扩瞳技术,设计较为复杂。设计时要充分考虑杂散光,人眼兼容性,各项性能指标。除此之外,均匀性也是最终用户体验的直观指标,如何控制多个膜层的反射和透过率,如何整机优化,如何控制镀膜工艺,才能保证整个眼动范围内的均匀性,也是研究的重点。这项技术工艺复杂、生产流程长、加工成本高、良品率提高有上限。

2、衍射波导(表面浮雕光栅波导,代表公司是Magic Leap、微软HoloLens、刚刚被收购的WaveOptics)

基于一维光栅的浮雕光栅波导方案,代表产品为HoloLens;基于二维光栅的浮雕光栅波导方案,使用二维光栅结构的多个级次,同时保证光束的耦出和多个方向的扩展,代表公司为WaveOptics。

不足:衍射波导的衍射色散导致图像有“彩虹”现象和光晕。衍射波导方案中,衍射这个物理过程本身对于角度和波长的选择性导致了色散问题的存在,主要表现为FOV和动眼框内的颜色不均匀即“彩虹效应”。光栅设计优化过程中,对于所覆盖颜色波段和入射角(即FOV)范围很难兼顾,如何用一层光栅作用于RGB三色并且能实现最大的FOV是业内面临的挑战。

3、衍射波导(体全息光栅波导方案,代表公司是苹果公司收购的Akonia公司、创业公司Digilens)

不足:衍射波导的衍射色散导致图像有“彩虹”现象和光晕。

采用体全息光栅波导方案主要是苹果公司收购的Akonia公司。其主要产品就HoloMirror,只需一层用于显示信息,就能够实现在一个轻薄透明的镜片上显示动态的、全色彩、广视域的图像。但体全息衍射光波导的门槛是综合性的,涉及到材料体系、设计软件、系统设计仿真、体全息光栅制造工艺、体全息光栅后处理工艺。

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