增強現實(shí)AR眼鏡光學(xué)鏡片應用解析
增強現實(shí)（AR）眼鏡的終極體驗，最終凝結于佩戴者眼前的方寸之間——那片承載虛實(shí)融合的光學(xué)鏡片。這片薄薄的元件，是光機、算法與交互的物理交匯點(diǎn)，其性能直接決定了虛擬信息的清晰度、真實(shí)感與舒適性。值得注意的是，在A(yíng)R眼鏡的整體成本構成中，光學(xué)顯示模組往往占據高達43%的比例，其重要性不言而喻。因此，選擇輕量、小型、高性能的全彩顯示方案與相匹配的光學(xué)鏡片，是打造卓越AR體驗的基石。
（圖源網(wǎng)絡(luò )-侵刪）
目前，市場(chǎng)主流的光學(xué)方案主要對應四大核心鏡片類(lèi)型：組合式棱鏡鏡片、自由曲面樹(shù)脂鏡片、陣列光波導平板鏡片與衍射光波導鏡片。每一種鏡片都代表著(zhù)獨特的光學(xué)設計哲學(xué)、材料科學(xué)應用，并伴隨著(zhù)極其嚴苛的鍍膜工藝要求，共同塑造了從消費級到專(zhuān)業(yè)級AR設備的視覺(jué)體驗鴻溝。
一、組合式棱鏡鏡片：BirdBath方案的核心
鏡片通用名稱(chēng)：組合式棱鏡光學(xué)模組或折反式光學(xué)鏡組
代表產(chǎn)品應用：華為Vision Glass、雷鳥(niǎo)Air 1代、Nreal Air
結構與命名解析：此方案并非單一鏡片，而是一個(gè)由多片光學(xué)元件構成的光學(xué)引擎。其核心部件包括：
成像準直透鏡：通常為一片小型非球面透鏡，負責將微顯示器的光線(xiàn)準直。
分光棱鏡（Beam Splitter Prism）：核心光學(xué)元件，為45度角放置的直角棱鏡或楔形棱鏡，表面鍍有特殊膜層。
（分光棱鏡）
曲面反射鏡（Curved Combiner）：即用戶(hù)看到的主要“鏡片”，實(shí)則為內側鍍有高反膜的樹(shù)脂曲面基底，用于反射虛擬圖像并透過(guò)真實(shí)世界。
（曲面鏡）
核心光學(xué)與物理參數：
| 參數類(lèi)別 | 典型規格與要求 |
| 系統光效 | 15% - 25% （顯示光路） |
| 整體透光率 | > 85% （環(huán)境光路） |
| 視場(chǎng)角 (FOV) | 45° - 50° |
| 出瞳距離 (Eye Relief) | 18 - 25 mm |
| 關(guān)鍵鍍膜需求 | 分光棱鏡：50/50半透半反膜，寬光譜、低偏振敏感性。 曲面反射鏡：>95%反射率（顯示光波段），高環(huán)境光透過(guò)率。 |
二、自由曲面樹(shù)脂鏡片：直透式方案的基石
鏡片通用名稱(chēng)：自由曲面光學(xué)鏡片或非球面樹(shù)脂合光鏡
代表產(chǎn)品應用：Rokid Max、XREAL Air 2、雷鳥(niǎo)Air Plus
結構與命名解析：這是最常見(jiàn)的單一鏡片形態(tài)，外觀(guān)似加厚的普通眼鏡片。其采用高折射率光學(xué)樹(shù)脂，通過(guò)自由曲面（Freeform Surface） 設計，將來(lái)自側上方或側方的微顯示器光線(xiàn)，精確折射并放大至人眼視網(wǎng)膜。光線(xiàn)在鏡片內部折射一次或多次，最終與真實(shí)視野融合。
核心光學(xué)與物理參數：
| 參數類(lèi)別 | 典型規格與要求 |
| 鏡片材質(zhì)折射率 | 1.60, 1.67, 1.74 （樹(shù)脂） |
| 單面表面反射率 | < 0.5% （鍍增透膜后） |
| 鏡片整體透光率 | > 90% （僅鏡片本身） |
| 面型精度 (RMS) | < 0.1 μm |
| 阿貝數 (Abbe Number) | > 35 （以減小色散） |
| 視場(chǎng)角 (FOV) | 50° - 55° |
| 關(guān)鍵鍍膜需求 | 寬帶增透膜（BBAR）：覆蓋400-750nm，單面平均反射率需降至0.3%以下，以消除重影并提升對比度。通常需雙面鍍膜。 |
（非球面透鏡）
三、陣列光波導平板鏡片：幾何光波導的載體
鏡片通用名稱(chēng)：陣列波導板或幾何光波導鏡片
（陣列光波導技術(shù)原理）
陣列光波導是通過(guò)陣列反射鏡堆疊實(shí)現圖像的輸出，這種技術(shù)具備出色的成像效果，但其制備工藝較為復雜。
代表產(chǎn)品應用：部分行業(yè)級AR設備、如亮亮視野、聯(lián)想晨星早期型號
結構與命名解析：這是一片外觀(guān)為平整的玻璃薄板。其核心技術(shù)在于玻璃內部通過(guò)精密加工形成的嵌入式反射面陣列。光線(xiàn)從耦合區進(jìn)入波導，在一對平行的玻璃表面間發(fā)生全反射傳播，并被內部的多個(gè)反射面陣列“接力式”地逐次耦出，擴展至更大的眼動(dòng)范圍（Eyebox）。
核心光學(xué)與物理參數：
| 參數類(lèi)別 | 典型規格與要求 |
| 基底材質(zhì) | 光學(xué)玻璃（如肖特N-BK7, H-ZLAF） |
| 鏡片厚度 | 1.5 - 3.0 mm |
| 表面平整度 | < λ/2 @ 633nm |
| 系統光效 | 15% - 30% |
| 眼動(dòng)范圍 (Eyebox) | 顯著(zhù)大于前兩種方案（如15mm×10mm） |
| 圖像均勻性 | > 80% |
| 關(guān)鍵鍍膜需求 | 內嵌反射面局部高反膜：需在微米級斜面上實(shí)現均勻、高反射率的膜層沉積。玻璃外表面需鍍制高性能增透膜。 |
四、衍射光波導鏡片：表面光柵技術(shù)的體現
（衍射光波導技術(shù)原理）
衍射光波導的顯示原理是通過(guò)光柵衍射的方式將光機出射的光通過(guò)光柵耦入波導，再通過(guò)光柵耦出至人眼。
鏡片通用名稱(chēng)：衍射光波導片或表面浮雕光柵波導
代表產(chǎn)品應用：微軟Hololens 2、Magic Leap 2、OPPO Air Glass 2
結構與命名解析：這是當前技術(shù)最前沿、工藝最復雜的鏡片類(lèi)型。其本體是一片超高折射率的玻璃或樹(shù)脂平板。核心結構是在鏡片表面或內部通過(guò)納米壓印或光刻技術(shù)制造的周期性衍射光柵結構（如表面浮雕光柵）。光通過(guò)衍射效應而非幾何反射在波導中傳播并耦出，可實(shí)現極致的輕薄化。
核心光學(xué)與物理參數：
| 參數類(lèi)別 | 典型規格與要求 |
| 基底折射率 | > 1.8 （玻璃或高折樹(shù)脂） |
| 光柵周期 | 300 - 500 nm |
| 光柵深度 | 100 - 200 nm |
| 衍射效率（單級） | > 70% |
| 色散控制 | < 5個(gè)像素的色差（全視場(chǎng)） |
| 波前誤差 (RMS) | < λ/4 |
| 關(guān)鍵鍍膜需求 | 納米結構修飾膜：在光柵頂部鍍制高折射率介質(zhì)膜（如TiO?, Si?N?），以精確調制相位和衍射效率。對膜厚均勻性控制要求達到原子層級別（±1-2nm）。 |
從組合式棱鏡鏡片的成熟穩定，到自由曲面樹(shù)脂鏡片的性能均衡，再到陣列波導板的視覺(jué)擴展，直至衍射光波導片的輕薄前沿，AR光學(xué)鏡片的演進(jìn)史就是一部對光駕馭能力的進(jìn)階史。每一種鏡片類(lèi)型都對應著(zhù)一套完整且苛刻的光學(xué)指標，而這些指標的最終實(shí)現，極大程度依賴(lài)于與之匹配的精密鍍膜技術(shù)。了解鏡片本身，是洞察AR光學(xué)能力邊界的第一步。
內容圖片部分源自網(wǎng)絡(luò )分享，僅供學(xué)習參考---