AR近眼顯示
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
AR近眼顯示的實例教程
上海交通大學的智能顯示實驗室（sdl.sjtu.edu.cn），提出了一種基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示。如圖1所示，其基本架構由（1）五通道波導、（2）入耦合光柵（ICG）、（3）出耦合光柵（OCG）所組成。其核心設計思路為將通道1/2/3/4/5的入耦合光柵置于僅包含子視場1/2/3/4/5的獨立區(qū)域內，從而實現(xiàn)五通道的視場分割。與傳統(tǒng)波導相比，一個顯著特征是，五個入耦合光柵在位置上是錯開的。
圖1. 五通道波導架構圖
與基于雙通道視場分割的美國微軟的HoloLens 2波導方案相比，基于五通道視場分割的波導方案具有更大的視場角。如圖2所示，以折射率為1.8的波導為例，雙通道的對角FOV上限為48度，而五通道可達到124度，甚至超過了美國Meta公司的Orion碳化硅方案（其視場角為70度）。
圖2. 單/雙/三/四/五通道波導方案的視場角FOV上限與折射率的關系
為驗證方案的技術可行性，在VirtualLab Fusion軟件的賦能下，課題組重點研究了四臺階及二維柱狀光柵的衍射效率、波導的視場角上限、以及出瞳均勻性問題。如圖3所示，對于486/546/633 nm的波長，鋸齒光柵和四臺階光柵的衍射效率分別為58/69/58%和52/61/54%。以50%為基準的話，鋸齒光柵和四臺階光柵的波長帶寬分別為290 nm和218 nm。如圖4所示，對于二維柱狀光柵，其各個衍射級次（包括T(-1,0)、R(0,0)、R(-1,±1)和R(0,±1)）的效率則可通過光柵高度進行調控。至于二維出瞳擴展，如圖5所示，于30 mm × 21 mm的出瞳區(qū)域，通過自定義參數(shù)關聯(lián)與下降單純形算法優(yōu)化，得出了70個出耦合子光柵的衍射效率，分析了各出瞳的電磁場或光強。
展開 引言
在增強現(xiàn)實（AR）技術飛速發(fā)展的當下，波導式AR顯示設備因兼具緊湊性與寬視野優(yōu)勢，成為行業(yè)研發(fā)的核心方向。而眼動范圍（Eyebox）的照度均勻性，直接決定了用戶的沉浸式視覺體驗，是波導式AR顯示技術突破的關鍵痛點。天津大學團隊在《Optics Express》發(fā)表的研究中，提出基于隨機掩模光柵（RMG）的L型光柵波導設計方案[1]，成功在20°×15°視野范圍內實現(xiàn)全視野眼動范圍均勻性均大于0.78的優(yōu)異效果。而在這一創(chuàng)新研究的成像質量驗證環(huán)節(jié)，Zemax軟件憑借強大的光學仿真能力，成為驗證隨機掩模光柵成像性能的核心工具，為AR光柵波導的設計與優(yōu)化提供了精準的技術支撐。
AR光柵波導的眼動范圍均勻性難題
AR技術自上世紀60年代問世以來，已廣泛應用于軍事、娛樂、醫(yī)療、教育等多個領域。其中，光柵波導因能通過出瞳擴孔器（EPE）實現(xiàn)大視場、大眼球盒，成為近眼AR顯示的主流技術方案。但在實際應用中，光柵波導的出瞳擴展過程中，未衍射光的能量會逐漸衰減，導致眼動范圍內的空間照度均勻性變差——用戶眼球轉動時，虛擬圖像的亮度會出現(xiàn)明顯波動，嚴重影響視覺體驗。
為解決這一問題，行業(yè)內先后提出多種優(yōu)化方案：如對稱雙目波導系統(tǒng)、分區(qū)域設計衍射效率光柵、考慮多視場的衍射效率優(yōu)化等。但這些方案均存在明顯短板：部分方案僅優(yōu)化中心視場，邊緣視場均勻性不佳；部分方案需迭代計算衍射效率分布，計算效率低下；還有部分方案要求設計復雜的光柵子結構，大幅提升了制造難度，難以實現(xiàn)產業(yè)化應用。實現(xiàn)全視野范圍內的高眼動范圍均勻性，同時兼顧設計效率與制造可行性，成為AR光柵波導技術發(fā)展亟待突破的核心問題。
展開 原文信息
原文標題：“基于混合光線波前追跡法的可視化二維光柵光波導設計研究”
第一作者：葉川東
作者：宋強，覃嘉佳，張善文，王津，劉祥彪，周常河
增強現(xiàn)實（AR）近眼顯示技術中，衍射光波導因輕薄、大視場角等優(yōu)勢成為核心組件，但核心仿真工具長期被國外壟斷，制約國內產業(yè)發(fā)展。近日，國內研究團隊成功研發(fā)首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導仿真模塊，填補了國產化空白。
二維光柵 AR 波導的分區(qū)與光柵結構優(yōu)化（來自原文）
該模塊創(chuàng)新融合幾何光線追跡與嚴格耦合波分析（RCWA），在宏觀光傳播模擬中保證效率，于微納光柵作用處精準捕獲波前信息，集成 k 域分析、光柵自動布局等核心功能，支持從結構設計到成像系統(tǒng)的跨尺度一體化仿真。
基于此模塊設計的二維衍射光波導，尺寸僅 55mm×40mm×1mm，實現(xiàn) 30° 視場角、15mm×7mm 眼動范圍及 14mm 出瞳距離。出瞳照度均勻性達 51%-86%，視場均勻性 32%-50%，50cycles/mm 空間頻率下 MTF 值均超 0.5，滿足 AR 近眼顯示核心光學要求。
軟件光線傳播分析圖（來自原文）
模塊通過粒子群算法優(yōu)化耦入光柵參數(shù)，將耦出光柵分區(qū)設計，有效提升能量分布均勻性。與國外商業(yè)軟件對比驗證，關鍵指標高度吻合，彰顯其可靠性與高精度。該模塊現(xiàn)已正式嵌入武漢二元科技有限公司的旗艦產品OAS光學軟件。
該模塊已為國產 AR 光學研發(fā)提供自主可控的高效設計工具，助力消費級 AR 設備落地，對推動我國光學技術自主創(chuàng)新與產業(yè)升級具有重要意義。
（原文獲取：請您私信聯(lián)系工作人員）
展開 <p class="ql-align-center"><strong>三波導疊加的RGB波導案例分析</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 199);">簡介</strong></p><p class="ql-align-justify">RGB 波導是 AR 近眼顯示設備的核心光學組件，其核心需求是實現(xiàn)紅（620nm）、綠（550nm）、藍（450nm）三波長光的精準協(xié)同傳播，最終在眼盒內形成色彩均勻、成像清晰的合成圖像。由于不同波長光的衍射特性差異顯著，傳統(tǒng)設計易出現(xiàn)色彩偏移、傳播方向偏差等問題。OAS 光學軟件憑借幾何光學與波動光學跨尺度仿真能力，可實現(xiàn)從微觀光柵設計到宏觀系統(tǒng)性能分析的全流程覆蓋，為 RGB 波導設計提供高效解決方案。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>案例設置與操作</strong></p><p>模型構建</p><p>RGB 波導采用三層獨立波導分層設計，每層波導對應單一波長光的傳輸。每層波導沿光傳播路徑依次集成耦入光柵、轉向光柵與耦出光柵。</p><p>分層結構的優(yōu)勢在于可針對不同波長單獨優(yōu)化光學參數(shù)，避免多波長光在同一波導內的串擾。</p><p>參數(shù)設置</p><p class="ql-align-justify">不同波長光的衍射效率對光柵周期、傾角敏感，需通過 OAS 軟件進行參數(shù)優(yōu)化，選用鋸齒形透射光柵，基于 OAS 內置光柵模型庫搭建三維模型，定義入射光入射角為 0°。
展開 至于硅基OLED，實際上跟上面的背板技術不存在太大競爭關系，因為硅基OLED主要是應用于高PPI的AR/VR近眼顯示，當然成本價格也比這些玻璃基板的價格高太多。目前主要有Kopin，云南北方奧雷德光電科技、京東方、索尼、eMagin和MicroOLED、視涯科技、昆山維信諾、熙泰。
總結下來就是，硅基便宜但是性能差只能用于LCD；LTPS價格貴但對于高刷新率很友好也能做更高PPI，不適合低刷新率；IZGO不太貴天生適合低刷新率。最后問題的完美答案是 —— 混搭。
LTPS有高遷移率沒有低漏電，IGZO低漏電但是遷移率不夠高，好家伙那我們把它組合一下不就好了：
讓LTPS用于驅動，就能實現(xiàn)更小的驅動電流和更低的驅動電壓
讓IGZO負責開關，因為較小的漏電就能讓像素保持更長時間開啟，實現(xiàn)更低的刷新率
這就是理論層面LTPO的由來，可謂是取長補短、天作之合，它讓OLED的可用刷新率范圍變得非常廣。換句話說，LTPS和IGZO該有的優(yōu)點LTPO都具有，但是其缺點卻能夠被規(guī)避，總結如下：
功耗降低
集成柵極驅動實現(xiàn)窄邊框
高分辨率
更好的均勻性
展開 
AR近眼顯示的相關專題、標簽、搜索
AR近眼顯示AR近眼顯示設備近眼顯示技術近眼顯示近眼顯示設備近眼顯示系統(tǒng) 基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示透視融合近距離顯示系統(tǒng)的asap仿真lms virtual lab聲學響應前顯示網(wǎng)格距離近abaqus顯示results are not available for the selected plyabaqus顯示following attributes are applied to overlapping，intersecting or adjoiningapdl中顯示this function requires defined volumes.no volumes are currently defined
AR近眼顯示的最新內容
而100lp/mm的空間頻率對應20°×15°視野下1600×1200的分辨率，完全滿足AR近眼顯示的視覺要求。這一結果充分證明，隨機掩模光柵的隨機分布對成像質量的影響在可接受范圍內，為該設計方案的實際應用奠定了重要的成像性能基礎。
時間：5月21日， 14:00-15:00
合作伙伴：上海莎益博
地點：線上
費用：免費
點擊了解詳情
5月22日 | 仿真助力AR/VR光學設計研發(fā)
簡介：面向 AR/VR 近眼顯示行業(yè)，聚焦光波導、輕薄化、光學效率、雜散光、環(huán)境穩(wěn)定性等核心痛點，分享從納米級光子設計到系統(tǒng)級光學驗證、光機熱多物理場耦合的全流程仿真方法，結合案例講解如何縮短研發(fā)周期、降低樣機成本
原文信息
原文標題：“基于混合光線波前追跡法的可視化二維光柵光波導設計研究”
第一作者：葉川東
作者：宋強，覃嘉佳，張善文，王津，劉祥彪，周常河
增強現(xiàn)實（AR）近眼顯示技術中，衍射光波導因輕薄、大視場角等優(yōu)勢成為核心組件，但核心仿真工具長期被國外壟斷，制約國內產業(yè)發(fā)展。
相較于傳統(tǒng)設計工具，OAS 可縮短 RGB 波導設計周期，同時確保色彩性能與成像質量達標，為 AR 近眼顯示設備的研發(fā)提供了專業(yè)、高效的技術支撐。</p><p><br></p>
基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示11個月前
上海交通大學的智能顯示實驗室（sdl.sjtu.edu.cn），提出了一種基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示。如圖1所示，其基本架構由（1）五通道波導、（2）入耦合光柵（ICG）、（3）出耦合光柵（OCG）所組成。其核心設計思路為將通道1/2/3/4/5的入耦合光柵置于僅包含子視場1/2/3/4/5的獨立區(qū)域內，從而實現(xiàn)五通道的視場分割。與傳統(tǒng)波導相比，一個顯著特征是，五個入耦合光柵在位置上是錯開的
至于硅基OLED，實際上跟上面的背板技術不存在太大競爭關系，因為硅基OLED主要是應用于高PPI的AR/VR近眼顯示，當然成本價格也比這些玻璃基板的價格高太多。目前主要有Kopin，云南北方奧雷德光電科技、京東方、索尼、eMagin和MicroOLED、視涯科技、昆山維信諾、熙泰。
(a) 虛擬現(xiàn)實(VR)近眼顯示系統(tǒng)的示意圖;
(b) 增強現(xiàn)實(AR)近眼顯示系統(tǒng)的示意圖。
NED：近眼顯示(Near-eye display，簡稱NED)
AR設備的光學顯示系統(tǒng)通常由微型顯示屏和光學元件組成。
