当我们谈论AR眼镜,从Google Glass的初探,到如今雷鸟、Rokid、XREAL等产品百花齐放,其核心演进始终围绕一个目标:如何让虚拟信息更自然、更清晰地叠加到真实世界,同时让眼镜本身无限接近普通眼镜的轻便。
这背后,光学显示方案是决定体验的关键。今天,我们从技术角度,聊聊当前主流方案之一——表面浮雕光栅光波导(SRG)。
AR眼镜的光学进化:从棱镜到光波导
AR眼镜的光学设计,本质上是一场关于“轻量化”与“视觉体验”的平衡术。其发展大致经历了三个阶段:
早期探索:棱镜方案
以Google Glass为代表,结构简单,但体积较大、视场角小(约15°),更像是一个贴在你眼前的微型显示屏,主要用于工业等特定场景。
过渡普及:自由曲面与Birdbath
自由曲面:使用复杂非球面镜,光线直接反射进入人眼,光效高、色彩好,解决了棱镜的成像短板
Birdbath:光线在两组半透半反镜间两次反射后进入眼,视场角大、技术成熟、量产成本低,是Rokid Air、XREAL Air等早期消费级产品的常见选择。
这两类方案让AR眼镜走向消费市场,但光学模组仍有一定厚度。
轻薄化主流:光波导方案
这是目前实现眼镜形态“轻薄化”的核心技术。它利用“全反射”原理,将光线在薄如玻璃的波导片内像水管里的水一样“传输”到人眼前方。光波导方案又主要分为几何光波导(如阵列反射镜)和衍射光波导。而表面浮雕光栅光波导(SRG),正是衍射光波导中最主流的实现方式。
什么是表面浮雕光栅光波导?
简单来说,它是在一块透明的波导片(通常是玻璃或树脂)表面,刻上极其精细、周期排布的纳米级“凹凸”结构(即光栅)。
它的工作就像一个精密的“光学搬运系统”:
耦合入:微型投影仪的光线射入波导片上的输入光栅,光栅像一把“尺子”将光线“拆解”并改变方向,使其满足全反射条件。
全反射传输:光线在波导片内部像乒乓球一样来回反射,被限制在薄片内无损地横向传播。
耦合出:光线到达眼睛前方的输出光栅时,光栅再次发挥作用,将光线从波导片中“提取”出来,精准投射到你的瞳孔,同时将虚拟图像放大,让你看到大画面的效果。
它的核心优势正是:轻薄、高透、大视场角。 这也是它能成为雷鸟X3 Pro、Rokid Glasses等新一代产品首选方案的原因。
如何制造“光栅”?三大核心工艺解析
制造这种纳米级精度的光栅,是核心中的核心。目前主流的工艺路线主要有三种,各有优劣:
不难看出,行业正在追求低成本、高效率、高折射率、高可靠性的平衡。纳米压印+刻蚀的混合工艺,以及碳化硅(SiC) 等高折射率材料的应用,是当前重要的技术升级方向。
产业链上的关键“造芯者”
表面浮雕光栅光波导的产业链已日渐清晰,国内外涌现出一批掌握核心技术的供应商,它们或是提供完整的波导模组,或是专注于核心光栅母版的加工。以下是一些代表性企业:
歌尔光学:作为全球XR光学核心供应商,具备从光学设计到规模化制造的全栈能力。其最新发布的F50Se模组,采用高折射率碳化硅材料与干法刻蚀工艺,实现了50°超大视场角,并有效消除了残影、彩虹纹,是技术集成创新的代表。
广纳四维:依托国家纳米科学中心的技术积累,掌握从母版制备到镜片压印的全链条能力,其采用刻蚀工艺的SiC衍射光波导已在消费级产品中实现量产。
鲲游光电:专注于晶圆级光学,提供多路线融合的AR光波导解决方案及低成本批量交付
至格科技:自主掌握光栅设计、母版加工和纳米压印三大核心技术。
慕德微纳:专注于微纳光学器件,率先完成倾斜光栅、二维光栅等多种复杂纳米压印模板的技术开发。
国际力量:如被Snap收购的WaveOptics、提供SRG+技术的Digilens、被瑞声科技收购的Dispelix,以及拥有完整内部制造能力的Vuzix和Magic Leap等,都在持续推动技术创新。
国内企业如光舟半导体、利达光电、苏大维格等,也凭借各自在光学设计、精密制造或微纳光刻领域的积累,成为产业链中不可或缺的力量。
精密制造,定义虚拟与现实交汇的精度
表面浮雕光栅光波导的演进,本质上是微纳光学精密制造能力的演进。无论是电子束曝光的逐点“雕刻”,还是纳米压印的“复制”,其背后都是对纳米级结构控制精度的极致追求。
而这,正是康泰达所深耕的领域。
虽然康泰达不直接生产光波导镜片,但我们为制造这些“光学芯”的核心光机模组,提供高精度的主动对准(AA)设备与测试解决方案。在光机将图像精准投射到输入光栅的那一瞬间,在双目合像确保左右眼图像无缝融合的每一步,康泰达的精密装备都在默默保障着最终显示的清晰度、一致性与良率。
从光栅的设计制造,到光机的组装检测,再到整机的合像调校,每一道微米级、纳米级的工序,都决定着用户最终看到的画面是清晰还是模糊,是沉浸还是眩晕。
未来,随着AR眼镜向更高画质、更小体积演进,对制造装备的精度和智能化水平将提出更高要求。康泰达将继续聚焦“精密光电光学”这一核心,用自研算法与智能装备,为每一副AR眼镜打造坚实可靠的“物理底座”,让虚拟世界的精彩,被精准地看见。
