AR近眼顯示的案例
基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示
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的獨立區域內，從而實現五通道的視場分割。與傳統波導相比，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的出瞳區域，通過自定義參數關聯與下降單純形算法優化，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 Zemax案例 | 基于Zemax實現AR波導全視野高均勻性設計方案
引言
在增強現實（AR）技術飛速發展的當下，波導式AR顯示設備因兼具緊湊性與寬視野優勢，成為行業研發的核心方向。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°視野范圍內實現全視野眼動范圍均勻性均大于0.78的優異效果。而在這一創新研究的成像質量驗證環節，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明顯波動，嚴重影響視覺體驗。
為解決這一問題，行業內先后提出多種優化方案：如對稱雙目波導系統、分區域設計衍射效率光柵、考慮多視場的衍射效率優化等。但這些方案均存在明顯短板：部分方案僅優化中心視場，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，難以實現產業化應用。實現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光柵波導技術發展亟待突破的核心問題。
展開 國產AR技術突破 | 自主研發混合光線波前追跡仿真模塊
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
增強現實（AR）近眼顯示技術中，衍射光波導因輕薄、大視場角等優勢成為核心組件，但核心仿真工具長期被國外壟斷，制約國內產業發展。近日，國內研究團隊成功研發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 波導的分區與光柵結構優化（來自原文）
該模塊創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 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化耦入光柵參數，將耦出光柵分區設計，有效提升能量分布均勻性。與國外商業軟件對比驗證，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新與產業升級具有重要意義。
（原文獲取：請您私信聯系工作人員）
展開 RGB 波導色彩還原難？OAS 軟件解決設計難題
<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，其核心需求是實現紅（620nm）、綠（550nm）、藍（450nm）三波長光的精準協同傳播，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，傳統設計易出現色彩偏移、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，可實現從微觀光柵設計到宏觀系統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>分層結構的優勢在于可針對不同波長單獨優化光學參數，避免多波長光在同一波導內的串擾。</p><p>參數設置</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 軟件進行參數優化，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°。
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LTPO屏幕技術是什么 —— 它為何備受廠商追捧？
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該有的優點LTPO都具有，但是其缺點卻能夠被規避，總結如下：
功耗降低
集成柵極驅動實現窄邊框
高分辨率
更好的均勻性
展開 預告 | Ansys渠道合作伙伴5月活動一覽
時間：5月26日，9:00-11:00
合作伙伴：上海恒士達科技有限公司
地點： 線上
費用： 免費
發送報名信息至郵箱：training@hengstar.com （報名時請提供公司名稱，姓名，部門，職位，郵箱，手機）
5月26日 | Zemax模擬增強現實（AR）系統的全息波導
簡介：全息光波導是增強現實（AR）光學系統的核心傳輸與耦合組件，廣泛應用于AR眼鏡、頭戴顯示設備、近眼顯示等AR光學終端，其通過全息衍射元件實現光線高效耦合入波導、全反射傳輸與定向出射，解決傳統AR光學系統體積大、眼動范圍小、視場受限等痛點，為打造輕薄、高清、大視場的AR光學系統提供關鍵支撐。AR全息波導的模擬可以基于Zemax序列模式建模，結合全息構造/重構雙階段原理、材料折射率波長縮放、坐標間斷以及主光線求解等實現精準光路仿真，兼顧光線追跡效率與衍射光學效應還原度，支撐AR光學系統從原型到優化的全流程設計。
本次研討會覆蓋AR全息光波導設計全流程，包含系統規格定義、全息圖表面設置、波導TIR結構搭建、像質優化、物理約束與工程化改進等核心環節。通過實戰案例演示，從0到1搭建可優化的全息光波導系統，為AR光學研發人員提供可直接復用的建模流程、優化方法與工程約束思路，助力高效完成AR光學系統設計與驗證。
時間：5月26日，14:30-15:15
合作伙伴：深圳市摩爾芯創科技有限公司
地點： 線上
費用： 免費
點擊了解詳情
5月27日 | 機器人關節電機設計與優化
簡介：AI 人形機器人已成為當前人工智能應用的關鍵市場，而關節模塊正是實現平順、仿生運動的核心技術。在極為有限的安裝空間內，馬達需同時兼顧小型化、輕量化與高扭矩密度等多重嚴苛設計要求，對機電整合能力帶來極高挑戰，同時也伴隨著日益復雜的熱管理問題。
展開 光波導：主流AR眼鏡的核心顯示技術
不同之處在于，AR眼鏡需要透視(see-through)，既要看到真實的外部世界，也要看到虛擬信息，所以成像系統不能擋在視線前方。這就需要多加一個或一組光學組合器(optical combiner)，通過“層疊”的形式， 將虛擬信息和真實場景融為一體，互相補充，互相“增強”。
圖 1. (a) 虛擬現實(VR)近眼顯示系統的示意圖;
(b) 增強現實(AR)近眼顯示系統的示意圖。
NED：近眼顯示(Near-eye display，簡稱NED)
AR設備的光學顯示系統通常由微型顯示屏和光學元件組成。概括來說，目前市場上的AR眼鏡采用的顯示系統就是各種微型顯示屏和棱鏡、自由曲面、BirdBath、光波導等光學元件的組合，其中光學組合器的不同，是區分AR顯示系統的關鍵部分。
微型顯示屏，用來為設備提供顯示內容。它可以是自發光的有源器件，比如發光二極管面板像micro-OLED和現在很熱門的micro-LED，也可以是需要外部光源照明的液晶顯示屏(包括透射式的LCD和反射式的LCOS)，還有基于微機電系統(MEMS)技術的數字微鏡陣列(DMD, 即DLP的核心)和激光束掃描儀(LBS)。
這里做了一張簡單的AR光學顯示系統的分類和產品舉例：
很顯然，完美的光學方案還沒有出現，才有目前市場上百家爭鳴、百花齊放的狀態，這需要AR眼鏡的產品設計者依據應用場景、產品定位等來做權衡取舍。
我們認為，光波導方案從光學效果、外觀形態，和量產前景來說，都具備最好的發展潛力，可能會是讓AR眼鏡走向消費級的不二之選。
展開 AR近眼顯示的相關專題、標簽、搜索
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