近年來，隨著增強現實（AR）與虛擬現實（VR）技術的發(fā)展速度日漸加塊，且正以前所未有的速度滲透至消費電子、工業(yè)制造、醫(yī)療教育等領域，作為連接數字世界與現實世界的核心載體，光學元件的性能表現直接決定了用戶體驗的沉浸感與舒適性。本次我們將為大家簡單分析AR/VR設備的幾個重要光學元件。

一、光學系統(tǒng)的核心使命

AR/VR設備目前在有限體積內需實現兩個目標，即通過大視場角（FOV）、高分辨率與低延遲，構建逼真虛擬場景實現高沉浸感；確保虛擬圖像與真實環(huán)境（AR）或人眼生理習慣（VR）無縫融合實現自然交互；這些目標的實現，都高度依賴光學元件的創(chuàng)新設計。  

二、光學領域突破

1. 波導技術：輕量化與透明的平衡

波導是AR眼鏡實現“透視”功能的核心方案，其通過全反射原理將光線從微型顯示器傳導至人眼，同時保持鏡片輕薄透明，以目前應用大概分為兩種，幾何波導和衍射波導。幾何波導依賴精密刻蝕的光學結構，光效高但量產難度大； 衍射波導利用光柵分光，支持更大FOV（超50°），但需克服色散與光損問題。目前，多層光柵堆疊與納米壓印工藝的引入，正在推動波導技術向低成本、高性能方向演進。  

2. Pancake透鏡：VR設備集成瘦身革命

傳統(tǒng)菲涅爾透鏡因眩光與厚重問題逐漸被取代，?Pancake透鏡?是一種折疊光學方案，通過利用光的偏振特性，通過半透半反膜、反射偏振片等使光在光學模組中反射多次，達到“折疊”光學路徑的目的，從而顯著減少光學模組的體積和重量?，Pancake透鏡通過偏振反射折疊光路，將鏡頭模組厚度壓縮至15mm以內，大幅提升設備便攜性。其技術難點在于多層鍍膜工藝與光效補償設計，需在輕薄化與畫質間取得平衡。

3. 自由曲面與光場顯示

自由曲面棱鏡：通過非對稱光學設計，在緊湊體積內實現90°~120° FOV，成為AR設備的主流方案；  

光場顯示：模擬真實光線傳播路徑，可緩解視覺輻輳調節(jié)沖突（VAC），但受限于硬件體積與算力需求，尚未大規(guī)模商用。  

三、顯示技術的適配與挑戰(zhàn)

光學系統(tǒng)需與顯示技術深度協同：  

Micro LED：超高亮度（超100萬尼特）與低延遲特性，完美適配戶外AR場景，但巨量轉移技術制約其普及；  

OLEDoS（硅基OLED）：自發(fā)光、高分辨率（超4000 PPI）與低功耗優(yōu)勢，成為VR頭顯的“黃金搭檔”；  

LCoS（硅基液晶）：依賴外部光源，對比度高但響應速度較慢，逐步被OLEDoS替代。  

四、動態(tài)視覺優(yōu)化

目前的市場走向已經不再滿足于看得清，長時間佩戴引發(fā)的眩暈感是用戶體驗的痛點，動態(tài)光學技術成為破局關鍵，用戶的需求已經開始從“看得清”到“看得舒適”發(fā)生巨大轉變。這其中涉及到透鏡的設計和屈光度的調節(jié)。

可變焦透鏡：通過眼動追蹤實時調整焦距，匹配人眼景深，減少視覺疲勞；  

自動屈光度調節(jié)：采用液晶透鏡或電機驅動鏡片，支持近視用戶裸眼使用（-6D至+2D補償）。  

五、未來趨勢與行業(yè)挑戰(zhàn)

盡管技術進步顯著，AR/VR光學系統(tǒng)仍面臨多重瓶頸：  

1. FOV與設備體積的矛盾：高FOV需更大光學元件，與輕量化需求沖突；  

2. 量產成本高企：波導與自由曲面棱鏡依賴精密加工設備，良率提升緩慢；  

3. 環(huán)境光干擾：戶外AR場景中，強光環(huán)境易降低虛擬圖像對比度。  

未來，行業(yè)突破將圍繞三大方向展開：  

超構表面（Metasurface）：利用納米結構調控光線，有望取代傳統(tǒng)透鏡，實現極致輕薄化；  

半導體化光學：晶圓級光學工藝推動光學模組標準化與低成本化；  

計算光學：通過算法補償光學缺陷，降低對硬件參數的依賴。  

AR/VR光學元件的進化，本質是一場對“光”的重新定義。從波導的透明魔法到Pancake的折疊藝術，從靜態(tài)成像到動態(tài)視覺適配，每一次技術迭代都在拉近人類與虛擬世界的距離。未來，隨著材料、工藝與算法的協同創(chuàng)新，AR/VR設備或將突破現有形態(tài)，成為真正意義上的“下一代計算平臺”。

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