在近日舉行的慕尼黑上海光博會上，靈犀微光科技宣布研發出可量產的二維陣列光波導模組2D-1。這款陣列波導模組采用了二維擴瞳技術，整體光機重量僅8g，透過率85%以上，42°大視場角，低成本且易于量產。該模組突破了采用陣列光波導方案實現二維擴瞳技術的行業難題，有望成為AR消費級核心光學顯示技術的主流方案。

（靈犀微光二維陣列波導2D-1）

    光波導技術因其輕薄外型和光線高透過率被認為是最佳的消費級AR眼鏡的光學方案。光波導技術可分為陣列光波導和衍射光波導兩種。陣列光波導又名幾何光波導。衍射光波導主要利用具有周期結構的衍射光學器件實現光線在波導中的耦入和耦出。陣列光波導通過陣列反射鏡堆疊實現圖像的輸出和動眼框的擴大。

    陣列光波導運用傳統幾何光學設計理念、仿真軟件和制造流程，光能利用率高，顏色和對比度可以達到很高的水準，沒有偏色和色移，單片光波導片鏡片可以輸出全彩（RGB）高分辨率的圖像，因此綜合圖像質量相比于利用微納加工制造的表面浮雕光柵波導和基于全息干涉技術制造的體全息光柵波導更好，視覺體驗效果較好。

    衍射光波導受限于衍射光學器件本身對于角度和顏色的高度選擇性，存在色散問題，會導致顏色不均勻，產生彩虹效應。又由于衍射元件會形成多級次的衍射，在光波導顯示鏡片“外側”也會顯有其他級次的衍射能量，呈現出“外側漏光”現象，即其他人也能夠一樣看到佩戴AR眼鏡的人看到的內容，不利于隱私保護，達到理想的消費級AR眼鏡還有一定的距離。

    但是，現行陣列光波導廠商都只研發出了一維擴展的光波導技術，而世界上最領先的衍射光波導鏡片（以微軟的Hololens為代表）已經廣泛采用二維擴展的光波導技術。

    二維擴展的光波導技術在消費級AR的應用中非常重要。采用二維擴展的陣列光波導技術，能夠同時實現垂直和水平雙向出瞳擴展，有效的增加出瞳距離和眼盒大小，顯著減少耦入部分的體積，在體積不變的基礎上可以增大視場角到50度以上，從而使得AR陣列光波導光引擎能夠實現既小體積又有足夠大的視場角，解決了視場角和體積之間的核心矛盾，非常適合消費級用戶對形態體積、體驗觀感等都有更高標準的需求，給用戶帶來極致的AR體驗。

    但是，由于陣列光波導采用的陣列反射鏡序列，實現二維擴展需要設計極為特殊的反射鏡陣列結構，保證入射到人眼光能量均勻性。陣列光波導加工工藝采用光學冷加工工藝，工藝難度高，對光學加工的精度和一致性要求高，二維擴展又比一維擴展的工藝難度高了一個量級。所以，陣列光波導的二維擴展技術被認為光波導行業內的重大技術難題。攻克這個難題需要經過持續的技術進化和疊加的量產能力。

（二維出瞳擴展原理圖 ）

    國內率先突破陣列光波導二維擴瞳技術行業難題

    靈犀微光從2014年成立開始就研發和設計光波導顯示技術，為了解決光波導顯示技術工藝復雜、量產良率低、成本高的國際難題，靈犀微光深耕底層技術和工藝，重點突破超高精度拋光和多層復雜真空鍍膜技術，自研精度實時監測和補償體系，找到精度的平衡點，在制造過程中加上特殊材料，改變了加工屬性使得光波導的多重耦合的高精度加工難題得到解決。2018年底，率先實現AW60顯示模組70%的良率突破和10萬片的量產產能，2019年，靈犀微光研發出世界上最輕量化的光波導模組AW70，在無錫建立的國內第一條AR光波導鏡片二代線中試線投入量產，萬片以上良率突破75%。

    靈犀微光在攻克了一維擴瞳設計和量產難題的前提下，量產能力有充分保證，經過不斷的技術迭代和工藝改良，率先突破了行業內陣列光波導二維擴展的重大技術難題，實現了25mm出瞳距離、15mmX15mm之間的眼動范圍、85%高透過率，可以在更輕薄的鏡片上投射出42°FOV大視場角的畫面，且二維擴瞳可達到量產疊加效應；成本控制上，也做到了只比一維擴瞳波導片高15%的控制水平，而在理論值上二維擴瞳比一維擴瞳的量產成本高四至五倍。

    靈犀微光光學負責人介紹：“體積方面的優勢，靈犀AW70s已經做到業內最輕量化了，我們利用自研的PAD技術，能夠把成像和照明耦合在一個系統內，使得一維的光機體積大大縮小，相比同類產品小和輕50%，同時解決光波導光機側方視野遮擋的核心痛點。在這個基礎上，二維我們能夠進一步縮小這個體積，二維出瞳擴展會帶來光機體積的大幅度下降，能夠真正達到消費級AR應用的水平。15%成本上漲是波導片自身的上漲，光機體積的下降意味著光學件設計制造難度下降，整機的價格就會下降，這樣會直接推動消費級AR的落地，以更親民的價格，更輕薄小巧的設備、更好的AR顯示效果促進消費級AR早日到來。”

    二維陣列波導2D-1 更佳AR顯示體驗

    在AR眼鏡中，光線通過光引擎進入藕入光柵，然后通過全反射進入擴瞳光柵進行一維或二維的擴展以增大眼動范圍，最后通過藕出光柵將擴展后的光導入人眼。二維擴瞳比一維擴瞳有更好的視覺體驗。

    據悉，靈犀微光將于近期舉辦產品體驗會，邀請行業專家、合作伙伴和和客戶共同體驗二維陣列波導2D-1以及靈犀AR系列光學產品和AR眼鏡樣機。

（手機拍攝靈犀微光二維陣列波導2D-1顯示效果）

    巨頭布局光波導核心顯示技術 提振行業

    光波導是被普遍看好的一項對AR眼鏡極其重要的光學方案。科技巨頭在AR眼鏡及光波導技術領域布局也在持續加深，微軟從2012年開始研發光波導，相繼推出Hololens1和Hololens2，2018年蘋果收購AR波導鏡片公司Akonia ，2018年谷歌投資了AR眼鏡公司Magic Leap。當中蘋果在AR領域的布局就有10年左右時間，媒體關于蘋果專利的一系列報道顯示，蘋果目前已經掌握了AR眼鏡、光波導、三維內容構建和呈現等諸多專利。而前不久據外媒稱社交網絡巨頭Facebook內部組織數據顯示，該公司有近1萬名員工在研發AR和VR設備。參與VR/AR研發者占員工總數近20%。

    相信隨著靈犀微光二維陣列波導的研發成功，科技巨頭布局AR產業鏈的廣度和深度進一步加大。

    低成本可量產的二維陣列波導將推動消費級AR的成熟

    據悉，靈犀微光二維陣列波導2D-1將于今年下半年投入量產。隨著可量產的二維陣列波導研發成功，標志著消費級AR眼鏡走向成熟階段。靈犀微光將繼續致力于為消費級AR提供核心顯示技術，從產品到研發，持續探索科技前沿，打造量產高階的AR顯示產品，賦能產業，加速消費級AR眼鏡的到來。