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AR Optical Module

消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导

Bysun, keting

Mar 21, 2023
光学作为AR智能眼镜最核心的技术之一，决定着产品体积重量、外观设计、佩戴体验、产品定位和应用场景等，重要性不言而喻。如今大家都在关注AR眼镜的轻量化，光波导是一个愈发关键的技术路径，其凭借“清晰、轻薄、透亮、大FOV”等优势，已经成为越来越多AR整机厂商的首选光学方案。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
INMO Air 采用阵列光波导技术方案
几何光波导是两大AR光波导路线之一，是基于传统几何光学的原理进行设计和制造的光波导方案，因几何光学的原理简单，几何光波导的设计思路相对明确、制备技术较为成熟，光学成像质量高，无偏色情况，同时结合扩瞳技术可以在保证图像质量同时获得较大的动眼眶范围。凭借着这些优点，几何光波导成为目前AR近眼显示技术的主流方案之一，其中以阵列光波导为主要应用方向。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
光波导分类 图源：《增强现实近眼显示设备中光波导元件的研究进展》姜玉婷等

阵列光波导生产技术路线

阵列光波导采用的是传统光学冷加工工艺。阵列光波导的加工流程主要是研磨、抛光、镀膜和胶合。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
阵列光波导加工流程 图源：《增强现实近眼显示设备中光波导元件的研究进展》姜玉婷等
首先通过切割玻璃基材获得各种规格的波导小棱镜，然后对小棱镜进行粗磨、精磨与抛光，之后在小棱镜上分别镀不同膜系的薄膜获得不同的反射/透射比，最后对小棱镜进行胶合将它固定为表面光滑的波导片，并通过测角仪、干涉仪等仪器对波导片进行检测。
目前光学镀膜、光学切割、纳米研磨、纳米抛光、精雕加工等工艺已经十分成熟。在光学元件组装上，理湃光晶、珑璟光电等光学模组企业已实现针对光学玻璃的分子键合工艺，以替代传统的胶水胶合加工工艺。
胶合工艺具有量产难度大，影响显示效果，造成杂散光、偏色，易受环境影响，产生老化、开裂等问题。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。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
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消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导

一维扩瞳阵列光波导产品中，光机体积与产品的FOV（视场角）直接正相关，FOV越大，光学模组体积越大，基于该局限，二维阵列光波导方案应运而生，解决了一维扩瞳阵列光波导光机体积与FOV、EYEBOX之间的矛盾。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
二维阵列光波导 图源：珑璟光电
二维扩瞳阵列光波导方案通过在X、Y轴方向对光线进行多次扩展，能同时实现垂直和水平双向出瞳扩展，从而有效的增加出瞳距离和eyebox大小，显著减少耦入部分投影光机的体积。使AR眼镜的核心光学器件更加小型化、更加轻量化，与此同时实现显示效果的更优呈现，显示色彩的高还原、高饱和呈现，为深沉浸、强交互和高度集成的AR眼镜应用场景奠定可靠的技术基础。

二维阵列光波导布局企业

1. 以色列Lumus

消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
lumusvision.com
2021年，Lumus首次推出Lumus Maximus，二维阵列光波导眼镜原型。在CES 2023期间，Lumus推出第二代反射光波导模组：Lumus Z-Lens，Z-Lens是基于Lumus二维扩瞳光波导技术(2D Maximus)，其特点2Kx2K分辨率、3000尼特/瓦亮度、50 FOV、兼容户外亮度、可定制屈光调节镜片，且支持体积更小的光学引擎(约缩小50%)。利用Z-Lens开发的AR眼镜从外观看和普通眼镜足够接近，用户在白天强光下也能使用。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
Lumus Maximus

2. 珑璟光电

消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
www.lochn.com
2021年珑璟光电完成二维扩瞳的产品研发，解决了一维扩瞳阵列光波导体积和视场角（FOV）无法兼顾的问题，并成功将模组体积和重量缩小近3倍。2022年，珑璟光电多个二维阵列光波导实现量产，对40°、60°波导产品进行了持续的迭代优化，各方面的技术指标和显示效果大大提升，符合更多场景的使用，同时，在工艺上有了飞跃的突破，工艺难点专题逐一攻破，实现了分光斜面全光胶的贴合。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
珑璟光电二维扩瞳阵列光波导 - LCE2203F

3.  耐德佳

消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
耐德佳在2015年即开始了阵列光波导的布局，2021年初，耐德佳为解决目前第一代和第二代一维阵列光波导的相关使用问题，直接启动第三代产品——二维阵列光波导的研发立项，并快速投资了阵列光波导的研发和生产产线。历时一年多，耐德佳成功研制出第三代二维阵列光波导产品，并实现小批量量产。后期耐德佳会继续进行小型化LCoS高亮度光机研发，目前耐德佳二维阵列光波导40°FOV小型化光机可达到1.3cc。耐德佳二维阵列光波导3.0实现了全彩显示、成像清晰，色差和畸变控制较好，入眼亮度可以达到1000nits以上。
消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导耐德佳二维阵列光波导3.0产品

4.  理湃光晶

消费级AR眼镜更优解：二维阵列光波导
www.raypai.cn
理湃光晶二维扩瞳阵列光波导已于2022年9月实现量产上市，同时，位于江苏昆山的几何光波导模组生产基地于2022年初建成，一期规划年产能达10万套。理湃光晶光波导产品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。
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理湃光晶二维阵列波导 G3-E

5.  灵犀微光

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www.lx-ar.com
 
灵犀微光行业首创基于阵列光波导的二维扩瞳技术AR光学模组，已就透光度和光能利用率上实现突破，普遍透光度可以达到82%以上，实现60°视场角。灵犀微光在江苏无锡、浙江杭州建立生产制造中心，阵列光波导模组已突破85%良率，具备年产10万片量产产能。
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灵犀微光二维扩瞳阵列光波导2D-1
 

 

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By sun, keting

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