随着智能眼镜的爆发，AI技术赋予AR智能眼镜进一步发展，AR眼镜的核心组成为计算存储、光学显示、传感器三大模块，涉及主控、存储芯片、光源、透镜、显示屏、图像传感器、电池、连接器等，其中光学显示方案尤为重要。目前主流的AR智能眼镜光学显示方案有传统的棱镜方案、Birdbath方案、自由曲面方案以及光波导方案。
一、棱镜方案
在AR眼镜光学方案中，棱镜方案是一种早期的技术方案。其主要由微型投影仪和反射棱镜组成，微型投影仪负责将图像投影出来，通过棱镜将图像直接反映到人眼的视网膜中，与现实画面叠加后形成虚实结合的效果。但该方案存在视场角小、图像呈现效果不佳、产品较厚、重量大等问题，目前已逐渐被其他更先进的光学方案所取代。早期采用棱镜方案的产品有：Google Glass AR眼镜、亮亮视野 GLXSS ME、Vuzix M300等。
Google Glass AR眼镜
二、Birdbath方案
Birdbath方案是目前量产最多的增强现实近眼显示方案，国内外都有很多基于Birdbath方案的AR眼镜产品，其结构如图所示。其原理是光从显示屏打出，经过一块半透半反镜反射后，到前方的曲面半透半反镜再经过一次反射，重新返回第一块半透半反镜进行透射，最后入射到人眼中。Birdbath方案光路简单，光线在系统中只进行透射和反射，成像质量良好且视场角大，制备工艺简单，因此在目前来说是最为成熟的AR眼镜方案。但是Birdbath方案也有其无法解决的痛点，由于经过两个半透半反镜，导致整个系统透过率极低，非常影响用户对外界的观察，且设备体积往往较大。
光路：光—显示屏—半透半反镜—反射—曲面镜—反射—半透半反镜—透射—人眼；
Birdbath光学模组厂商有视涯科技、水晶光电、耐德佳、惠牛科技、歌尔光学、鸿蚁光电、欧菲光、有芯智能等。
Biedbath方案原理示意图
三、自由曲面方案
自由曲面方案也是目前主流的方案之一，其大视场角、高透过率等优点受到众多厂商的青睐，其原理图如图所示。自由曲面方案的光路是最为简洁的，光从显示屏发出后仅经过自由曲面进行一次反射后便进入人眼中，相比于Birdbath方案减少了一片半透半反镜，透过率大大提升，体积也可以缩小。但其缺点也同样明显，自由曲面在加工以及复制方面目前仍然存在较大的技术难点，成本高昂。
自由曲面光学模组厂商主要有：耐德佳（德伽智能）、爱普生、歌尔光学、锦辉光学等。
光路：光—显示屏—自由曲面—人眼
自由曲面方案原理示意图
其中传统棱镜方案、Birdbath方案和自由曲面方案受限于几何光学元件本身具有的一定空间体积和重量、以及需要良好的公差矫正系统，系统整体的体积和重量一直难以压缩。
光波导方案是利用光的全反射原理，能够提供更加清晰、明亮的图片，目前光波导方案主要分为几何光波导（Geometric Waveguide）、衍射光波导（Diffractive Waveguide）和全息光波导（Holographic Waveguide）。（插入光波导企业盘点文章）
波导型近眼显示器光路图
四、几何光波导
几何光波导又称为阵列光波导或反射光波导，基于传统的几何光学，利用阵列式的半透半反镜实现波导内光线的传输与耦出。光从微显示器中射出，在耦入区域光线通过反射镜进入波导中，在波导内以全内反射（Total Internal Reflection，TIR）的方式传播，在耦出区域通过阵列分布的半透半反镜进行出瞳扩展和耦出。
几何光波导模组厂商主要有亮亮视野、理湃光晶、灵犀微光、谷东科技、耐德佳、极溯光学、美誉镜界、中光学、Lumus、Optinvent等。
光路：光线—微显示器—耦入反射镜—半透半反射镜阵列—出瞳扩展、耦出。
几何光波导原理示意图
在国内，针对几何光波导的研究主要集中在消除多次反射形成的杂散光上。
五、表面浮雕光波导
衍射光波导技术利用光栅的衍射特性设计光路，将微显示屏上的图像耦合到波导中，以全反射的形式进行传播，最后通过耦出器件进入人眼成像。衍射光波导分为表面浮雕光栅和体全息光栅两种，表面浮雕光栅（Surface Relief Grating）是基于成熟的纳米压印工艺或刻蚀工艺，在材料表面刻蚀周期性微纳结构，其制备与复制较几何光波导、全息光波导方案成本更低，良品率更高，因此被视为目前最切实可行的光学方案。
OXFORD 在AR中应用的表面浮雕光栅SEM图
表面浮雕衍射光波导模组厂商主要有歌尔、水晶光电、至格科技、广纳四维、慕德微纳、苏大维格、光舟半导体等。
歌尔基于表面浮雕光栅 全彩光波导显示模组Star G-E1
广纳四维微纳光栅结构示意图
六、全息光波导
全息光波导技术利用全息光学技术制作全息光栅，全息光栅将发生衍射作用将光线透射到用户的眼睛中。体全息光栅（Volumetric Holographic Grating, VHG）采用双光束激光全息曝光的方式，利用激光的特性在感光聚合物内产生干涉以形成周期性的高低折射率结构，其优点是光栅调制深度可以做得很深，可以拥有较高的衍射效率和较好的色彩均匀度，并且对不同波长的光线具有较高的选择性，通过多层波导设计可以实现很低的色散，其缺点便是制备工艺复杂，成本较高，同时良品率低。
全息光波导技术方案商有奥提赞、谷东科技、枭龙、光粒科技、灵犀微光、三极光电、尼卡光学、耐德佳等。
基于全息平板波导显示器
谷东科技全息光波导镜片
目前国内对于衍射光波导的研究重点集中在提升光波导的耦合效率、角度、照度均匀性以及消除色差上。
波导型头戴式近眼显示器结构较为简单，相比起Birdbath型或自由曲面型头戴近眼显 示器而言系统体积小，其中的光学元件仅包括准直透镜和波导，重量较轻，在佩戴体验 上相更为良好，并且在实现虚拟图像增强现实显示的条件下最大限度地保证了用户的 原有视场不受限制。
文章来源：《基于衍射光波导增强现实头戴显示系统设计》—王昊东以及各大公司官网、网络资料
