由于其低和外部光线，光波指南被认为是消费者级AR眼镜的强制性光学解决方案。由于其高价和高技术阈值，它也被灰心。随着Microsoft HoloLelens2，Magic Leap One等的使用，Microsoft Microsoft HoloLens2，Magic Leap One和Optical Waveguide Technology的批量生产，以及频繁披露最近的融资新闻，例如Digilens，Kenjia和Ling Rhino，Whore Whore，Whore Whore Who导致讨论热量也增加了很多。
那么，光波指南的工作原理是什么？ Lin Lin的一般光波指导，几何波导，衍射光波导，全息光波指导和多层光波导指南之间有什么区别？它如何逐步改变AR眼镜市场？
1.光学波导，一种由Ar眼镜出生的光学溶液
增强现实（AR）和虚拟现实（VR）是近年来受到很多关注的科学技术领域。他们的近眼显示系统是显示屏上的像素。通过一系列的光学成像组件形成远处的图像，并投射到人眼的眼睛中
区别在于需要看到AR眼镜（透明）。我们必须看到真实的外部世界和虚拟信息，因此成像系统不能在视线前被阻止。这需要一个或一组或一组光学组合器，以将虚拟信息和真实场景集成为“层”的形式，互相添加和“增强”。
图1.（a）虚拟现实（VR）附近 - 眼睛显示系统示意图； （b） - 眼睛显示系统示意图附近的增强现实（AR）。
NED：近眼显示（NED）
AR设备的光学显示系统通常由微型显示和光学组件组成。总而言之，市场上AR眼镜采用的显示系统是各种微型播放屏幕和光学组件的组合，例如光学组件，例如微型播放屏幕和棱镜，自由曲面，弯曲表面，鸟铃和光波向导。部分。
Micro Display用于为设备提供显示内容。它可以是用于发光的活动设备，例如发光二极管表面板，例如微old和当前流行的微型领导。还有基于微电子系统（MEMS）技术的数字微观阵列（DMD，DLP的核心）和激光束扫描仪（LBS）。
在这里，我将一个简单的AR光学显示系统分类和产品作为示例：
因为本文主要解释了《光波指南》的工作原理和特征，所以它没有详细介绍其他光学解决方案。关于几个方案的差异，在解释之前有更多文章。显然，完美的光学解决方案尚未出现，因此市场上存在战斗和开花的状态，这要求AR眼镜的产品设计师根据应用程序场景和产品定位来称重房屋。我们认为，光波指南计划在光学效果，外观和质量生产前景方面具有最佳的开发潜力，这可能是AR眼镜朝着消费的最佳选择。
2.光波指南如何工作
在上面提到的光学成像组件中，光波指南技术是AR眼镜出生的更独特的光学组件。由于外部光的高和透明的特征，它被认为是消费者眼镜的必须的光学光学。该计划与Microsoft中的两代HoloLens产品以及将Magic Leap One设备和其他设备的使用用于轻波指南的使用和批量生产，《光波指南》的讨论受欢迎程度继续增加。
实际上，波导技术不是一项新发明。在我们熟悉的光学通信系统中，用于传输信号的光纤形成了连接海洋另一侧的无数海底光电缆，这是一种波导，但已传输。红外带中的光。
在AR眼镜中，如果在传输过程中未丢失或泄漏光，则“完全反射”是钥匙，也就是说，在波导中蛇的反射之前，光不会将其传输。仅仅满足两个条件：（1）传输介质，即较高的大型介质的折射率（如图2所示）；大于临界角θc。
图2.完整反思原理示意图
轻型机器完成成像过程后，Wave指南将光耦合器组合到其自己的玻璃底座中，并通过“完整反射”原理将光线传输到眼睛并释放。在此过程中，Bogui仅负责传输图像。通常，没有“功绩”（例如放大和。一个单独的组件。
光波指南的这种特征在优化头部的设计和美化外观方面具有很大的优势。由于波导的传输通道，显示屏和成像系统可以从额头的顶部或侧面移开，这大大减少使用人体工程学，可以改善它。设备经验。
这是波导技术的主要优势和缺点，如下所示。我希望在阅读本文后，读者会知道他们背后的原因。
优势
增加眼框的范围，以适应更多的人，提高机械耐受性，并促进消费者 - 级产品的实现 - 通过一个维度和两个维度的学生扩张技术来增加眼框。成像系统的侧面，不要阻止视力并改善重量分布 - 波导镜头将图像传输到人眼中，例如光电缆。外观更像是传统眼镜，它有利于设计迭代 - 波导形式通常是平坦的，玻璃板板，并且可以切割其轮廓。提供“真”三维图像-Multi -Layer波导平板电脑的可能性可以堆叠在一起，并且每层提供虚拟图像距离。不足的
在耦合入口和出口波导和传输过程中，光学效率相对较低，并且大眼框将降低单点输出的亮度。几何：综合制造过程导致总收益率低。衍射波导：衍射颜色色散导致图像具有“彩虹”现象和光环，非传统几何光学器件，设计阈值很高。
图3.基于AR玻璃杯的示意图
3.不同类别的轻波指南
如文章的第二部分所述，波导结构的基础是光和透明的玻璃基底（通常是几毫米或子千分表的厚度），并且光线通过上和下表面“完全反射”玻璃。
如果我们根据完全反射的条件进行计算，我们会发现只能在波导中传输入射光角的一部分，这决定了AR玻璃的最终视角（FOV）范围。
简而言之，田地的角越大，折射率的玻璃底座越高。因此，近年来，传统的玻璃制造商（例如康宁和肖特）一直在为市场开发特殊的高折射率和轻玻璃基础。单位成本。
在高折射率玻璃底座的情况下，波导之间的差异主要是由于光进和流出的耦合结构。光学波导可以分为两种类型：几何波导和衍射光学波导。几何光学波导是通过阵列反射镜的So值阵列光波指南，以实现图像输出和移动的眼框。代表光学公司的扩张是以色列的卢记，尚未出现在市场上。
衍射光波指南主要包括表面浮雕光栅和基于全息的全息全息光泽，基于光丝的表面浮雕光栅。 Hololens 2和Magic Leap One属于前者。光波指南使用全息网格组件而不是浮雕网格。 Apple收购的Akonia使用全息光网格，而Digilens专用于这个方向。这项技术仍在开发中，颜色性能更好，但是当前对FOV的限制也相对较大。
在这里，我们需要区分真正的“全息技术”。实际上，这一直是一种误解。全息光栅由类似于全息照片的原理制成。 “折射率循环”，光栅本身不能用于全息成像中。
第四，几何波导的工作原理，优势和缺点
由于文章的长度，今天我们主要分析了几何波导的工作原理和优势和缺点，下一篇文章着重于分析衍射波指南。
图4.光学波导的类型：（a）几何光波指导原理和“半透明和半恒星”镜像阵列，（b）衍射光波指导和表面浮雕的原理图，（c）全息网格的示意图。
“几何光学波导”的概念首先是由以色列Lumus提出的，并已致力于优化迭代。近二十年已有近二十年了。根据图4（a），耦合光通常是反射表面或棱镜。当灯光在多回合充分反射后伸到眼镜时，您会遇到“半透明和半扁桃体”镜像阵列。这是耦合光输出波导的结构，即几何波浪指南中的“光组合装置”。
“半透明和半扁桃体”（正好是“透明部分的一部分”）的镜子是嵌入玻璃底座并与透射灯形成特定角度的表面。每个镜子将向人眼中的波导反射一些光。过去传播的剩余光继续在波导中继续前进。然后，前灯的这一部分遇到了另一个“半透明和半逆”镜子，以便重复上面的“反射传输”过程，直到镜子阵列中的最后一个镜像将所有剩余的光反射到波导中人眼进入人眼的眼睛进入人的眼睛。本质
在传统的光学成像系统中，图像通常只有一个“出口”，称为学生。这里的“半透明和半安蒂”镜像等同于复制学生边缘水平方向的多个副本。每个学生都输出相同的图像，因此当眼睛水平移动时可以看到眼睛。这是一个维度扩展的扩展。学生技术（1D EPE）。
详细的解释，假设它是波浪指南“学生”中直径为4 mm的光束。由于波浪指南仅负责传输，并且不放大图像，因此“瞳孔”也是4mm梁。在这种情况下，人们是人。眼睛的瞳孔的中心只能在4毫米的范围内移动，并且仍然可以看到图像。
这样的问题是，不同性别和年龄的学生的间距可能从51毫米到77毫米不等。如果近眼显示系统的光学中心是根据学生距离的平均值（63.5毫米）位置设计的，这意味着存在一定的存在，那么大量的人看不到清晰的图像或完全无法在此眼镜上接收图像。
借助这种学生扩展技术，通常可以将眼镜的范围从最初的4毫米扩展到10毫米以上。您可能有疑问，多个学生，这样您就不会看到阴影了吗？放心，学生面条只是图像的“傅立叶面”。人眼的学生将拦截从该表面的完整图像信息，并使用“镜头”晶体体验的“镜头”晶体将瞳孔表面传播到真实的“像脸”（在视网膜上），相同的角度会收敛到同一像素（视觉单元格），并且不会出现沉重的阴影。
可能很难理解，但这是学生扩展技术的本质。眼框的扩展解决了产品设计中的许多问题，例如机械设计耐受性，产品规格的数量（需要分为男性和女性版本），用户互动体验等。
但是，世界上没有免费的晚餐。复制导致总插座面积增加的学生。原因之一。
《几何波指南》使用传统的几何照明概念，仿真软件和制造过程，并且不涉及任何微观纳米结构。因此，图像的质量包括颜色和与高水平的对比。
但是，该过程过程相对整洁，其中之一是“半透明和半hanti”镜像阵列的涂层过程。因为在涂抹期间的光线会变得越来越少，所以阵列中的五个或六个镜子中的每一个都需要不同的反射传输比（R/T），以确保整个眼框的输出均匀。本质
而且，由于几何波导传输的光通常是极化的（LCOS微型显示器的工作原理），因此每个镜子的涂层层的数量可能达到超过十二层甚至数十层。另外，这些镜面是涂层层的层，并用特殊胶合粘合，然后根据角度切出波导的形状。在此过程中，镜面之间的并行性和切割角将影响图像质量。
因此，即使每个步骤都能达到高率，数十个步骤的总收率也是一个挑战。每个步骤的故障可能会导致成像中的缺陷。常见的背景黑色条纹，光线的亮度不均匀和幽灵阴影。
此外，尽管优化的镜像阵列在过程的优化中几乎具有“不可见”，但在关闭轻机时，仍然可以看到镜头上的一排垂直条纹（即镜像阵列），可能会覆盖外部外部的某些部分。视图还影响了Ar眼镜的美丽。
作者：Li Kun毕业于Zhejiang University的光电系毕业于加利福尼亚州伯克利大学电子工程系，主要是研究方向，包括光学成像系统，光电设备，Semiconductoctor Laser Laser Laser和Nanotechnology。他目前正在位于旧金山湾区的Rokid R-LAB工作，并担任光学研究科学家和许多项目负责人。
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