XR光學(xué)顯示元宇宙的大門沉浸體驗之基

《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告01020304“光學(xué)方案和微顯示屏”是影響XR設(shè)備性能和成本的重要部件VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向VR微顯示方案：顯示效果與性價比是核心，液晶材料路徑與OLED路徑迭代發(fā)展AR微顯示方案：輕便、顯示效果和成本是主要考量，成熟后的Micro-LED或是未來最佳方案XR光學(xué)與顯示前沿技術(shù)代表性參與方風(fēng)險提示目錄

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CONTENTS誠信

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創(chuàng)新3《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告01

“光學(xué)方案和微顯示屏”是影響XR頭顯性能和成本的重要組件/ 光學(xué)方案與微顯示屏是XR核心部件——光學(xué)模組的重要組成部分/ XR性能角度：光學(xué)方案與微顯示屏是決定XR頭顯性能的核心組件/ XR成本角度：光學(xué)方案與微顯示屏在XR頭顯硬件成本中有較高占比誠信

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創(chuàng)新《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告光學(xué)方案與微顯示屏是XR核心部件——光學(xué)模組的重要組成部分光學(xué)與顯示模塊是XR頭顯成本和功能的重要影響因素1.1數(shù)據(jù)來源：Chiphell：qy680ty

，國泰君安證券研究XR頭顯的核心部件包括：處理器、存儲模塊、光學(xué)模組、交互模塊以及電池、聲學(xué)散熱等其它模塊。其中，光學(xué)與顯示模塊包括光學(xué)元件、顯示屏、瞳距調(diào)節(jié)模塊等，交互模塊包括各類傳感器、攝像頭等。其中，光學(xué)模組是最重要的部件，而“光學(xué)方案和微顯示屏”是光學(xué)模組的核心組成部分。圖：INMO

Air

AR眼鏡部件拆解圖：arpara

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VR頭顯拆機圖主板Type-C輸入模塊耳機輸出模塊支架光學(xué)與顯示

硅基OLED模塊 面板Pancake光學(xué)透鏡波導(dǎo)片光機5數(shù)據(jù)來源：INMO，國泰君安證券研究前面板導(dǎo)熱膜散熱片《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告光學(xué)方案和微顯示屏實現(xiàn)XR最重要的“顯示功能”，是XR頭顯的核心光學(xué)與顯示模塊是影響XR頭顯性能和成本的重要部件1.1XR設(shè)備所采用的“光學(xué)方案與微顯示屏”是影響其視場角、透光度、亮度、刷新率、畫面顯示效果等顯示功能的關(guān)鍵因素之一。VR（虛擬現(xiàn)實）利用光學(xué)透鏡將由靠近人眼的微顯示器屏幕上所顯示的圖像聚焦、放大、投遠(yuǎn)，投射到人眼中，佩戴眼鏡時所看到的圖像完全由顯示屏提供、實際場景的自然反射光線無法通過眼鏡直接進入人眼，佩戴者通過光學(xué)和微顯示屏獲得了完全虛擬、沉浸的視覺內(nèi)容體驗。AR（增強現(xiàn)實）光學(xué)鏡片將一般位于人眼側(cè)的顯示器屏幕上的圖像通過光學(xué)鏡片耦入、耦出、擴瞳，以實現(xiàn)聚焦、放大、投遠(yuǎn)，投射到人眼中，同時真實世界景象的反射光線也能通過鏡片進入佩戴者眼中，佩戴者通過光學(xué)和微顯示屏獲得了虛實融合的視覺內(nèi)容體驗。誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究圖：VR及AR光學(xué)顯示原理圖：光學(xué)方案在VR及AR中的作用VR光學(xué)顯示原理AR光學(xué)顯示原理佩戴體驗：體積小重量輕畫面效果：大視場大出瞳高分辨率高顯示效果VR光學(xué)方案AR光學(xué)方案聚焦、放大、投遠(yuǎn)聚焦、放大、投遠(yuǎn)光學(xué)透射+6數(shù)據(jù)來源：Rokid，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新7《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告XR性能角度：光學(xué)方案與微顯示屏是決定XR頭顯性能的核心組件光學(xué)與顯示模塊是XR頭顯成本和功能的重要影響因素1.2圖：不同應(yīng)用場景的XR頭顯需求存在差異，光學(xué)方案與微顯示屏是影響XR性能重要影響組件之一遠(yuǎn)程協(xié)作辦公微顯示屏：高分辨率、高色域、高對比度光學(xué)方案：因觀影場景需要半沉浸感，需要將光學(xué)透過率降小時及以上的續(xù)航低至15%以下；視場角保證在50°及以上(普通電影院的視場角)續(xù)航：保證兩個小時以上的續(xù)航，如果是配合手機的頭顯，則需要至少2000

mAH攝像頭：高分辨率攝像頭用以數(shù)據(jù)采集、slam空間定位芯片：支持高數(shù)據(jù)量高刷新率的圖像學(xué)習(xí)芯片三防：特殊場景的防水防塵、防摔斷、標(biāo)記空間設(shè)別：采集實時畫面特征點與云端微顯示屏：多場景下的高亮顯示，至少保證500

nits以上亮度，視孿生場景同步定位交互。視場角20°以上能顯示一定的信息攝像頭：高分辨率攝像頭用以數(shù)據(jù)采集音頻與麥克風(fēng)：陣列音響、定向音源采集麥克風(fēng)藍(lán)牙：支持快速藍(lán)牙耳機連接信號：支持5G通信微顯示屏：保證50°以上的視場角，且不能有邊緣失真、角分辨率（PPD）大于47多資源接入：視頻、3D文件高效率信息輸入：高效鍵鼠輸入套件、手勢交互等攝像頭：高分辨率攝像頭用以數(shù)據(jù)采集、slam空間定位芯片：支持高數(shù)據(jù)量高刷新率的圖像學(xué)習(xí)芯片微顯示屏：多場景下的高亮顯示，至少保證500

nits以上亮度，視場角不低于50°續(xù)航：至少保證兩小時的游戲續(xù)航需要4000

mAH游戲重量<100g體積≈普通墨鏡場景

具體需求

具體表現(xiàn)觀影散熱<40°工業(yè)巡檢數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究8《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告XR成本角度：光學(xué)方案與微顯示屏在XR頭顯硬件成本中有較高占比光學(xué)與顯示模塊是XR頭顯成本和功能的重要影響因素1.3誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究43%31%9%15%2%光學(xué)顯示處理器傳感器存儲電池40%33%10%8%3%

2%1%2% 1%光學(xué)與顯示模塊主板手柄傳感器頭顯外殼電池聲學(xué)模組其它散熱模組圖：AR眼鏡硬件成本構(gòu)成（Hololens

2）圖：VR一體機BOM成本構(gòu)成（PICO

4）光學(xué)方案與微顯示屏在XR頭顯硬件成本中占比較高：PICO

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VR一體機中光學(xué)與顯示模塊成本占其BOM成本的40%；在AR眼鏡硬件成本構(gòu)成中，以Hololens為例，光學(xué)顯示硬件成本的占比也達到了43%。“XR頭顯”是通往元宇宙世界的核心入口，元宇宙真正成為下一代移動互聯(lián)網(wǎng)生活方式需要性能更好同時成本更低的XR頭顯以打開C端市場?！肮鈱W(xué)方案與微顯示屏”則是決定XR頭顯性能和成本最關(guān)鍵的組件，因而光學(xué)方案與微顯示屏是元宇宙市場實現(xiàn)真正發(fā)展最重要的前置產(chǎn)業(yè)、也大概率成為產(chǎn)業(yè)中率先且長期受益的核心環(huán)節(jié)，存在巨大商業(yè)空間。數(shù)據(jù)來源：高盛，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告02

VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流/ 發(fā)展歷程：菲涅爾透鏡是當(dāng)前主流，Pancake是未來方向/“非球面透鏡”是最早商業(yè)應(yīng)用的VR光學(xué)方案/“菲涅爾透鏡”削減厚度的同時實現(xiàn)較好的聚光效果/“Pancake（折疊光路）”是VR光學(xué)方案當(dāng)前的最優(yōu)選擇和發(fā)展趨勢誠信

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創(chuàng)新9《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告VR光學(xué)方案發(fā)展歷程：菲涅爾透鏡是當(dāng)前主流，Pancake是未來方向VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.1VR光學(xué)方案經(jīng)歷了從非球面透鏡到菲涅爾透鏡、再到Pancake（折疊光路）方案的演進，“輕薄化”是整個VR光學(xué)方案技術(shù)迭代的核心方向。Pancake方案因符合VR設(shè)備輕薄化要求，將成為未來VR光學(xué)方案重要應(yīng)用路線。圖：VR光學(xué)方案的演變球面透涅爾透ancak圖：各VR光學(xué)方案對比非 鏡菲 鏡P e示意FOV（視場角）90-180°90-120°70-100°TTL（光學(xué)鏡頭總長）40-50mm40-50mm15-20mm成像質(zhì)量邊緣成像好容易產(chǎn)生偽影和畸變邊緣成像好，但易產(chǎn)生偽影量產(chǎn)價格5-10元15-20元120-180元發(fā)展階段淡出市場主流選擇即將大規(guī)模應(yīng)用數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究非球面透鏡菲涅爾透鏡Pancake誠信

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創(chuàng)新10更輕

薄數(shù)據(jù)來源：各頭顯公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“非球面透鏡”是最早商業(yè)應(yīng)用的VR光學(xué)方案VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.2“非球面透鏡”相對于球面透鏡可以減少球差：球面透鏡從中心到邊緣具有恒定的曲率，非球面透鏡從中心到邊緣的曲率連續(xù)發(fā)生變化。標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡難以使所有入射光畸變聚焦于同一點上，即導(dǎo)致球差；而非球面透鏡能夠更精確地操縱多種波長的光，從而使得成像更加清晰。代表產(chǎn)品：早期VR盒子，如三星Gear

VR，以及愛奇藝奇遇Dream、PS

VR等少數(shù)VR頭顯采用非球面透鏡。非球面透鏡的優(yōu)勢主要為成像質(zhì)量較好，而其劣勢也十分明顯，即屏幕和光學(xué)器件較為厚重。數(shù)據(jù)來源：Edmundoptics圖：“非球面透鏡”可以矯正球差，成像質(zhì)量較好誠信

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創(chuàng)新11圖：“球面透鏡”使光線無法聚焦在一點，帶有球差數(shù)據(jù)來源：Edmundoptics《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“菲涅爾透鏡”削減厚度的同時實現(xiàn)較好的聚光效果VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.3“菲涅爾透鏡”方案光學(xué)原理：由于光在介質(zhì)中傳播時并不改變傳播方向，只在介質(zhì)的交界面發(fā)生折射偏離，因此透鏡中間的大部分材料只會增加整個系統(tǒng)的重量和吸收量而使光線衰減。菲涅爾透鏡是在普通凸透鏡的基礎(chǔ)上將其連續(xù)的曲面截為一段段曲率不變的不連續(xù)曲面，即菲涅爾透鏡去掉了光線在透鏡中的直線傳播部分，而只保留發(fā)生折射的曲面，一方面能夠削減透鏡的重量和體積，另一方面能夠提供更好的聚焦性能和聚光效果。圖：“菲涅爾透鏡”原理及不連續(xù)曲面輪廓圖：“菲涅爾透鏡”可以有效減少透鏡厚度，并能達到較好的聚光效果數(shù)據(jù)來源：Edmundoptics誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究12誠信

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創(chuàng)新《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“菲涅爾透鏡”是當(dāng)前VR頭顯的主流選擇VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.3“菲涅爾透鏡”方案代表產(chǎn)品：菲涅爾透鏡是當(dāng)前V

R最主流的光學(xué)方案，代表產(chǎn)品包括Meta

Quest

2，PICO

neo

3、NOLO

sonic等?！胺颇鶢柾哥R”方案因其成像清晰，視場角較大，量產(chǎn)工藝成熟且成本較低等優(yōu)勢成為了當(dāng)前VR頭顯的主流選擇。但該方案也存在明顯劣勢：由于需要將屏幕放置在聚焦透鏡的近焦面處，透鏡與屏幕間有較長距離，導(dǎo)致光學(xué)模組體積仍然較大，同時鏡片易導(dǎo)致虛像產(chǎn)生畸變，且無法調(diào)節(jié)屈光度。13數(shù)據(jù)來源：昀光科技，

Wellsenn

XR，VR陀螺，國泰君安證券研究圖：采用“菲涅爾透鏡”的代表產(chǎn)品圖：菲涅爾透鏡可以有效減少透鏡厚度，并能達到較好的聚光效果MetaQuest

2PICOneo

3NOLOsonic外形展示發(fā)布時間2020年9月2021年5月2021年5月企業(yè)MetaPICO凌宇智控光學(xué)方案菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡FOV100°98°101°重量單機重量503g頭顯重量395g頭顯重量490g體積仍然較大；易產(chǎn)生偽影、高對比度畫面中產(chǎn)生“上帝光”，以及畸變：提高光學(xué)設(shè)計精度以及預(yù)畸變是應(yīng)對畸變問題的解決思路；無法調(diào)節(jié)屈光度成像清晰；視場角較大：視場角基本可大于100°；量產(chǎn)工藝成熟且成本較低：VR光學(xué)中采用的菲涅爾透鏡大部分采用注塑工藝生產(chǎn)，量產(chǎn)難度低，單片VR菲涅爾透鏡成本約為15-20元優(yōu)勢劣勢數(shù)據(jù)來源：PICO官網(wǎng)，新浪財經(jīng)，凌宇智控官網(wǎng)，VR陀螺，

Wellsenn

XR，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“Pancake”光學(xué)方案是一種VR短焦光學(xué)方案VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.4“Pancake”光學(xué)方案（折疊光路方案）原理：圖像源發(fā)出的光線首先透過半透半反鏡，繼續(xù)在相位延遲片、反射式偏振膜之間多次折返，最終射入人眼。半透半反鏡：主要用于二次反射光線，并不改變光的偏振特性，理論上半透半反鏡將損失50%的光線；?相位延遲片：主要用于改變偏振光的形態(tài)，使其可以順利地被反射偏振膜反射或透射；反射式偏振膜：可以選擇性地反射偏振光，例如反射P光，透射S光；

?相位延遲片改變偏振光的狀態(tài)后可實現(xiàn)光線在第一次到達反射偏振膜時被反射，第二次到達時透射入人眼。誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究圖：“Pancake”方案光學(xué)原理圖：“Pancake”方案分類單片式兩片式多片式14數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新2.4數(shù)據(jù)來源：新浪VR，VR陀螺，國泰君安證券研究15最初的Pancake方案被提出，由兩個半透半反鏡實現(xiàn)折疊，但由于其對比度較低，且有較嚴(yán)重的鬼影問題，沒有得到應(yīng)用將偏振引入光路，并搭配使用偏振轉(zhuǎn)換元件，提高了系統(tǒng)理論效率，同時改善了圖像對比度1960s1990s2016《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“Pancake”光學(xué)方案發(fā)展趨于成熟，正加速應(yīng)用落地VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流技術(shù)探索 落地應(yīng)用 成熟量產(chǎn)國內(nèi)廠商多哆推出首款基于Pancake方案的VR頭顯，但產(chǎn)品發(fā)布后尚未實現(xiàn)量產(chǎn)20193Glasses發(fā)布一款基于Pancake方案的V

R眼鏡；Meta提交Pancake透鏡顯示組件的有源對準(zhǔn)專利申請；華為發(fā)布VR

Glass采用Pancake方案；2021美國高平科技公司宣布成功為XR開發(fā)出具有突破性能的全塑料Pancake光學(xué)元件2022蘋果申請關(guān)于Pancake方案VR頭顯納入眼動追蹤系統(tǒng)的專利；arpara

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VR一體機采用超短焦Pancake方案，于5月6日在國內(nèi)啟動預(yù)售；YVR正式推出旗下全新VR眼鏡YVR

2，采用Pancake超短焦光學(xué)方案；PICO推出PICO

4，采用Pancake光學(xué)方案。《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“Pancake”是VR光學(xué)方案當(dāng)前的最優(yōu)選擇和發(fā)展趨勢VR光學(xué)方案：持續(xù)向“輕薄化”邁進，Pancake滲透加速將成主流2.4“Pancake”方案代表產(chǎn)品：華為VR

Glass、arpara

AIO

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VR一體機、創(chuàng)維

S6、創(chuàng)維Pancake

1、PICO

4等產(chǎn)品均采用Pancake方案。“Pancake”方案相較于非球面透鏡和菲涅爾透鏡可以大幅降低TTL（光學(xué)鏡頭總長），能夠使VR眼鏡在更輕薄的方向大步邁進，并且成像質(zhì)量更好，支持屈光度調(diào)節(jié)，眾多優(yōu)勢使得Pancake成為當(dāng)下最優(yōu)的VR光學(xué)方案選擇并被不斷采用。但Pancake的光學(xué)原理決定了此方案的光損較高，需要搭配亮度更高的顯示屏，并且對工藝精度要求較高，制造成本較高。數(shù)據(jù)來源：PICO官網(wǎng)，新浪科技，arpara官網(wǎng)，VR陀螺，華為官網(wǎng)，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新圖：“Pancake”方案代表產(chǎn)品圖：“Pancake”方案優(yōu)劣勢PICO

4arparaAIO

5KVR一體機華為VR

Glass外形展示發(fā)布時間2022年9月2022年5月2019年9月企業(yè)PICOarpara華為光學(xué)方案PancakePancakePancakeFOV105°95°90°重量295g380g166g屈光度--500°-100°0-700°更加輕薄：Pancake方案可以通過透鏡組合使得光線多次折返、擴大光路總長以達到合焦的目的，從而能夠壓縮圖像源與透鏡之間的距離；減弱成像畸變，提高成像的對比度、清晰度；支持屈光度調(diào)節(jié)優(yōu)勢劣勢光損較高：Pancake方案中采用的半透半反鏡、反射偏振膜等都會造成光損，理論上最高光效為25%；若精度不高，會導(dǎo)致圖像失真，造成偽影；制造成本較高：Pancake方案對光學(xué)膜材料和貼膜工藝要求較高，并需搭配亮度更高的顯示屏16數(shù)據(jù)來源：Wellsenn

XR，國泰君安證券研究17誠信

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創(chuàng)新《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告03

AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向/ 技術(shù)對比：Birdbath方案成熟，光波導(dǎo)在探索中逐步落地是未來方向/“離軸光學(xué)”方案技術(shù)難度低但體積大，已逐漸淡出市場/“棱鏡”方案成本低但存在視場角與體積矛盾的問題/“Birdbath”方案量產(chǎn)成本低，但光損大，消費端應(yīng)用廣泛/“自由曲面棱鏡”各項性能趨于穩(wěn)定，是B端主流方案之一/“光波導(dǎo)”將引領(lǐng)潮流，解決體積與視場角不可兼得的矛盾誠信

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創(chuàng)新18《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告技術(shù)對比：Birdbath方案成熟，光波導(dǎo)在探索中逐步落地是未來方向AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向表：AR眼鏡各主要光學(xué)方案對比顯示方案形態(tài)鏡片厚度FOV透明度畫面效果發(fā)展情況應(yīng)用場景代表產(chǎn)品離軸光學(xué)體積大，場景有限頭盔>50MM90?40%中已淡出市場消費Meta

2棱鏡視場角太小棱鏡塊>10MM15?50%較好已淡出市場工業(yè)Google

GlassBirdbath體積偏大，技術(shù)成熟眼鏡22MM52?40%好消費級主流應(yīng)用消費Rokid

Air自由曲面棱鏡視場角小，透明度低楔形10MM30?50%好主流應(yīng)用消費EPSON

BT-300光波導(dǎo)鏡片式1.7MM30?~60?91%較好前沿技術(shù)探索工業(yè)/消費微軟HoloLens

23.1Birdbath技術(shù)成熟，是當(dāng)前主流AR光學(xué)方案之一：相較于尚未完全成熟的光波導(dǎo)技術(shù)，Birdbath由于技術(shù)成熟、性價比較高，是近年在消費級AR眼鏡中應(yīng)用更廣泛的光學(xué)方案。光波導(dǎo)在技術(shù)成熟后具有明顯優(yōu)勢，正成為行業(yè)發(fā)展和競爭熱點：光波導(dǎo)相較其他AR光學(xué)方案在理論上具有輕薄透光、便攜大視場等優(yōu)勢，符合消費級AR眼鏡的核心要求，被產(chǎn)業(yè)普遍認(rèn)可為未來AR光學(xué)顯示最優(yōu)選方案，近年來被各大廠商和品牌不斷重視并加大投入，成為AR光學(xué)方案重要發(fā)展方向。數(shù)據(jù)來源：靈犀微光，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告技術(shù)對比：Birdbath方案成熟，光波導(dǎo)在探索中逐步落地是未來方向AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.1數(shù)據(jù)來源：各頭顯公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究圖：各AR光學(xué)方案及其代表產(chǎn)品離軸光學(xué)方案代表產(chǎn)品：Meta

2 棱鏡方案代表產(chǎn)品：Google

Glass Birdbath方案代表產(chǎn)品：Rokid

Air光波導(dǎo)方案代表產(chǎn)品：微軟

HoloLens

2自由曲面棱鏡方案代表產(chǎn)品：EPSON

BT-300誠信

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創(chuàng)新19《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“離軸光學(xué)”方案技術(shù)難度低但體積大，已逐漸淡出市場AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.2顯示原理：“離軸光學(xué)方案”將顯示屏的內(nèi)容通過一個透明反射鏡面反射入眼，而眼鏡外的景物也可透過此鏡面進入眼睛，從而實現(xiàn)虛實景物的疊加。體積龐大但技術(shù)難度低，方便量產(chǎn)：

離軸光學(xué)是最古老的應(yīng)用在AR中的光學(xué)方案，最早應(yīng)用于軍工領(lǐng)域。離軸光學(xué)方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工藝成熟、成本低，可實現(xiàn)較大的FOV，如2016年推出的M

eta

2采用離軸光學(xué)方案，能提供90?視場角。但采用離軸光學(xué)方案的產(chǎn)品體積在所有AR光學(xué)方案中最大、造型突出，導(dǎo)致應(yīng)用場景有限，且生成的全息影像圖不穩(wěn)定，隨環(huán)境變化較大。目前采用該方案的產(chǎn)品較少。代表公司：

Meta（Meta

2）。數(shù)據(jù)來源：VR陀螺，國泰君安證券研究畫面效果一般，透光率低頭盔式體積大，鏡片

厚，應(yīng)用場景有限視場角可定制工藝成熟成本低，量產(chǎn)難度低圖：“離軸光學(xué)”方案優(yōu)缺點對比（Meta

2）圖：“離軸光學(xué)”方案原理：顯示屏畫面通過反射鏡面入眼誠信

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創(chuàng)新20數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“棱鏡”顯示技術(shù)原理簡單，鏡片較厚、視場角小AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.3顯示原理：棱鏡原理較為簡單，以Google

Glass為例：圖像通過最左側(cè)投影儀投射出來，通過右側(cè)棱鏡將圖像直接反射到人眼視網(wǎng)膜中，同時與現(xiàn)實圖像相疊加，采用棱鏡技術(shù)的AR眼鏡在外觀上看起來是鏡片前加了一個立方體。棱鏡在體積、視場角、顯示效果等方面存在較大局限，但作為現(xiàn)代AR產(chǎn)品鼻祖的

Google

Glass

通過棱鏡技術(shù)開啟了AR在消費級產(chǎn)品探索落地的大門。代表產(chǎn)品：GoogleGlass，ODG

R系列，聯(lián)想New

Glass。圖：Google專利中公開的“棱鏡”結(jié)構(gòu)薄型化不易，

通常>10mm數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究21數(shù)據(jù)來源：Google

US8471967B2

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創(chuàng)新視場角小，AR體驗感不強，技術(shù)壁壘中等光能利用率低，約20%

技術(shù)成熟成本低圖：“棱鏡”顯示方案優(yōu)缺點對比（Google

Glass）《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“棱鏡”顯示方案存在視場角與體積矛盾的問題AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.3“棱鏡”顯示技術(shù)的缺陷：這套系統(tǒng)存在視場角和體積的天然矛盾：提供視場角越大，則棱鏡光學(xué)鏡片就會越厚，體積越大，如

GoogleGlass的視場角僅有15度，但光學(xué)鏡片已達10mm厚度。后續(xù)采用棱鏡方案的產(chǎn)品雖對棱鏡進行了一些改進，如通過對基本AR光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和位置改變來平衡視場角和體積之間的矛盾，但依然難以解決棱鏡技術(shù)本身視場角與體積重量的矛盾問題。數(shù)據(jù)來源：各品牌公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究代表產(chǎn)品形態(tài)FOV特點Google

Glass鏡片式15?~30?包含通話、信息和郵件的處理以及聲音控制拍照、地圖定位導(dǎo)航等功能，顛覆了人們對眼鏡的傳統(tǒng)觀念，并首次將智能眼鏡作為民用產(chǎn)品帶到我們的日常生活中，2015年停售。RealWear頭戴式20?全語音控制，解放雙手，支持嘈雜工業(yè)環(huán)境，用于專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場，智能巡檢，數(shù)字化協(xié)作，設(shè)備運維和復(fù)雜的制造組裝等工作輔助。聯(lián)想New

Glass鏡片式20?分體式鏡架夾持式設(shè)計，可以將“智能眼鏡”夾持在消費者已有的眼鏡鏡框上使用，方便近視人群佩戴。北京奧圖CoolGlass

One鏡片式20?國內(nèi)首款支持中文語音操控的智能眼鏡。影創(chuàng)Halomini鏡片式誠信40?責(zé)任獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的光路矯正算法，確保放大后的圖像無畸變，多用于旅游、維修、物流、設(shè)計、教育等工業(yè)領(lǐng)域。親和

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創(chuàng)新谷歌推出“拓展現(xiàn)實”眼鏡Google

Glass，其采用棱鏡光學(xué)與硅基液晶微型顯示器的方案，在一定程度上引領(lǐng)了可穿戴技術(shù)的新方向聯(lián)想發(fā)布民用消費智能眼鏡New

Glass，采用

800

×480LCOS微型顯示器和光學(xué)棱鏡組合，視場角為

20°影創(chuàng)首次交付Halomini，定價4388元，對光學(xué)棱鏡技術(shù)進行革新，盡力還原真實圖像色彩。2012

2014

2015

2016北京奧圖科技公司在

CES

上展示了自主研發(fā)的智能眼鏡Cool

Glass

One

（酷鏡），其采用800

×480

LCOS

微型顯示光源和光學(xué)棱鏡組合技術(shù)，視場角為

20°圖：“棱鏡”顯示方案技術(shù)發(fā)展歷程22數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“Birdbath”方案設(shè)計難度低、量產(chǎn)成本低，但光損大AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.4“Birdbath”方案的光學(xué)原理：來自微顯示器的光線投射在位于眼鏡前方的分光鏡上，繼而投射到位于分光鏡一側(cè)的凹面鏡上；分光鏡可以同時反射和投射光線，來自微顯示器的光線經(jīng)凹面鏡和分光鏡反射后進入人眼，來自現(xiàn)實世界物理景象的光線則直接透過分光鏡進入人眼，最終使用者可以同時看清現(xiàn)實世界的景象和微顯示器生成的數(shù)字影像。同離軸光學(xué)和棱鏡方案相比，

Birdbath方案在實現(xiàn)較低成本和較高成熟度的同時，實現(xiàn)了更大的視場角，同時更小光學(xué)結(jié)構(gòu)帶來更小的體積。但缺陷是光損較大、透光性差，佩戴Birdbath方案的眼鏡如同戴上墨鏡，虛實結(jié)合的體驗較差。誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究微顯示器現(xiàn)實世界物理景象的光線分光鏡凹面鏡反射來自微顯示器的光線圖：“Birdbath”方案技術(shù)原理制造成本通常較低光學(xué)硬件組件：分光鏡+凹面鏡視場：一般在50°左右視場角中等光能利用率：分光鏡為半透半反鏡，光線經(jīng)過分光鏡時被多次反射，每次反射都會產(chǎn)生50%的光損光損嚴(yán)重，透鏡較暗，相當(dāng)于在室內(nèi)戴墨鏡特點結(jié)果圖：“Birdbath”方案原理特性及其產(chǎn)生的結(jié)果23數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新24《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“Birdbath”方案日趨成熟，當(dāng)前消費端應(yīng)用廣泛AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.4“Birdbath”方案應(yīng)用廣泛：Birdbath

AR光學(xué)方案以其超高畫質(zhì)、小體積、輕重量，適合應(yīng)用在消費級AR眼鏡上已經(jīng)普遍達成共識。在更關(guān)注觀影需求而非虛實融合體驗的AR產(chǎn)品中Birdbath方案應(yīng)用較多。數(shù)據(jù)來源：各品牌公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究代表產(chǎn)品發(fā)布年份FOV特點MADGazeGLOW

Plus202153?重92g，可折疊，設(shè)計上接近普通眼鏡。將手機作為計算終端，通過數(shù)據(jù)傳輸即插即用。Rokid

Air202143?整機重量僅85g，500度以內(nèi)近視可調(diào)節(jié)，產(chǎn)品面向C端客戶，外形時尚美觀雷鳥Air202247?整機重量75g，邊框采用透明尼龍材料，柔韌耐刮；鼻墊360°雙向可調(diào)節(jié)，鏡腿支持30°調(diào)整。設(shè)備搭載OLED材質(zhì)的雙目全高清顯示屏，色彩艷麗、層次分明光利用率低透明度較差全樹脂材質(zhì)性價比高

視場角相對較大重量輕圖：“Birdbath”方案優(yōu)缺點對比（Rokid

Air）圖：“Birdbath”方案代表產(chǎn)品及其主要特點數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究25《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“自由曲面棱鏡”各項性能趨于穩(wěn)定AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.5“自由曲面棱鏡”結(jié)構(gòu)光學(xué)原理：來自微顯示器的光線經(jīng)過全反射到自由曲面棱鏡后又再次反射進入人眼，呈現(xiàn)顯示器中的虛擬圖像；現(xiàn)實世界物理景象的光線透過棱鏡進入人眼，呈現(xiàn)外部真實圖像。研發(fā)技術(shù)難點已被攻克：曲面分為大曲面和小曲面，大曲面的視場角更大、成像效果更好，小曲面則犧牲部分視場角，但使眼鏡外觀更為小巧輕便，便于日常佩戴，性價比更高。自由曲面棱鏡在高光效、顯示效果、量產(chǎn)一致性等評價維度上均已實現(xiàn)相對最優(yōu)，在未來3-5年內(nèi)將得到廣泛應(yīng)用。誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究微顯示器自由曲面耦合鏡用于校正自由曲面目鏡產(chǎn)生的圖像畸變和光軸偏移圖：“自由曲面棱鏡”方案光學(xué)原理傳統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)對稱性的光學(xué)元件，由于需要同時采用多個元件實現(xiàn)光路的折轉(zhuǎn)，系統(tǒng)龐大而且繁重核心硬件組件：微顯示器+自由曲面目鏡+

耦合鏡自由曲面能為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計提供更多的自由度，使系統(tǒng)的光學(xué)性能指標(biāo)得到顯著提高，且能夠使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化圖：“自由曲面棱鏡”方案特點數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“自由曲面棱鏡”是目前B端市場的主流方案之一AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.5“自由曲面棱鏡”技術(shù)是如今B端眼鏡中比較主流和代表性的技術(shù)方案。自由曲面棱鏡的非軸對稱性和多設(shè)計自由度，在非共軸系統(tǒng)中能矯正系統(tǒng)的離軸像差，提高成像質(zhì)量。在同樣成像效果下，比共軸攝像物鏡結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，比離軸攝像物鏡成本低視場角大。代表品牌：EPSON，亮風(fēng)臺，耐德佳。量產(chǎn)加工難以

保持較高精度若想增大視場角，自由曲面棱鏡曲率會相應(yīng)增大，光學(xué)模組體積增大，實用性下降成本低

顯示效果佳，光效表現(xiàn)好

工藝成熟圖：“自由曲面棱鏡”方案優(yōu)缺點對比（EPSON

BT-300）代表產(chǎn)品年份FOV特點EPSON

BT-300201623?厚度、色彩、飽和度以及畫質(zhì)都非常好，且采用分體式設(shè)計，體型小巧，便于攜帶，具有非常好的穿戴體驗，缺點是視場角較小亮風(fēng)臺201730?-39?采用一體式設(shè)計，外形輕便，是首款搭載高通

820的AR眼鏡，適用于工業(yè)、教育、醫(yī)療、旅游等眾多應(yīng)用場景耐德佳NED+GlassX2201845?在

AR

光學(xué)的性能上已經(jīng)超越國外同類產(chǎn)品，具有極高的性價比成功。2022年公司新品自由曲面鉆石將鏡片厚度降至9.5MM，光能利用率達43%，有效降低整機功耗圖：“自由曲面棱鏡”方案代表產(chǎn)品及其主要特點數(shù)據(jù)來源：各品牌公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：鎂客網(wǎng)，國泰君安證券研究2627《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“光波導(dǎo)”將引領(lǐng)潮流，破除體積與視場角不可兼得的矛盾AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“光波導(dǎo)”或可解決視場角與輕薄外觀不可得兼的問題：光波導(dǎo)方案使成像光線從鏡片一側(cè)射入，在鏡片內(nèi)部通過反射傳播最終在鏡片上成像。該方案將顯示屏和成像系統(tǒng)移到頂部或側(cè)面，無需增加額外的外部空間，很大程度上降低了光學(xué)系統(tǒng)對外界視線的阻擋，并縮小了光學(xué)模組體積。光波導(dǎo)技術(shù)使AR眼鏡更有可能在外形上趨近日常眼鏡，實現(xiàn)設(shè)備進一步輕薄化，解決更小體積與更大視場角無法兼得的問題。數(shù)據(jù)來源：VR陀螺，Rokid，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新圖：“光波導(dǎo)”方案原理示意圖光在耦合進出波導(dǎo)和傳輸過程中都會有損失，且大的動眼框使單點輸出亮度變低光學(xué)效率相對降低特點結(jié)果可以增大動眼框范圍從而適應(yīng)更多人群光波導(dǎo)可實現(xiàn)一維和二維擴瞳波導(dǎo)鏡片像光纜一樣將圖像傳輸?shù)饺搜劭蓪⒊上裣到y(tǒng)旁置，不阻擋視線且改善配重分布波導(dǎo)形態(tài)一般是平整輕薄的玻璃片，輪廓可以切割外形更接近傳統(tǒng)眼鏡多層波導(dǎo)片可以堆疊在一起，每層提供一個虛像距離提供了“真”三維圖像的可能性優(yōu)勢劣耦出區(qū)域波導(dǎo)基底耦入?yún)^(qū)域微顯示屏光波導(dǎo)與其他顯示技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于光波導(dǎo)具備對微顯示畫面的拆分重新組合和放大作用數(shù)據(jù)來源：VR陀螺，Rokid，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新28《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告不同“光波導(dǎo)”方案技術(shù)路線對比AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6光波導(dǎo)可分為“幾何光波導(dǎo)”和“衍射光波導(dǎo)”兩大技術(shù)路線，兩者主要的區(qū)別在于光進出波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)及其光學(xué)原理。幾何波導(dǎo)方案以“陣列波導(dǎo)”為主流。幾何波導(dǎo)方案中一般包括鋸齒結(jié)構(gòu)波導(dǎo)和偏振薄膜陣列反射鏡波導(dǎo)。其中，主流的偏振陣列波導(dǎo)是使用陣列的部分透射部分反射薄膜鏡來達到虛擬信息的顯示的目的。衍射光波導(dǎo)分為“表面浮雕光柵波導(dǎo)”和“體全息光柵波導(dǎo)”兩類。2019圖：三種“光波導(dǎo)”方案比較主要技術(shù)路徑優(yōu)點廠商陣營光能利用率光耦合器偏色最大視場角制造工藝幾何光波導(dǎo)色彩還原度高，色差小Lumus，Optivent，瓏璟，靈犀，理湃一維10%-15%二維5%半透半反鏡面陣列微小Lumus

55?傳統(tǒng)光學(xué)冷加工鍍膜/貼合/切割表面浮雕光柵波導(dǎo)尺寸小，出瞳大，亮度高Microsoft，MagicLeap，BAE，Waveoptics，Vuzix，Dispelix<1%表面浮雕光柵嚴(yán)重HoloLens252?半導(dǎo)體微納加工納米壓印全息體光柵波導(dǎo)尺寸小，出瞳大，亮度高Sony，TruelifeOptics，Digilens，Akonia1%-3%全息體光柵較嚴(yán)重Digilens

35?激光全息干涉數(shù)據(jù)來源：各頭顯公司官網(wǎng)，鎂客網(wǎng)，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“陣列光波導(dǎo)”是幾何光波導(dǎo)的主流方案AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新陣列光波導(dǎo)能夠較成熟地實現(xiàn)一維擴瞳：“半透半反”鏡面陣列將出瞳沿水平方向復(fù)制了多份，每一個出瞳都輸出相同的圖像，可以使眼睛在一定范圍內(nèi)橫向移動時都能夠看到圖像；擴瞳不會產(chǎn)生“重影”現(xiàn)象：出瞳面是圖像的“傅里葉面”，即使有多個出瞳也不會導(dǎo)致“重影”；國外Lumus、國內(nèi)瓏璟光電、理湃光晶等企業(yè)陸續(xù)推出二維擴瞳陣列光波導(dǎo)方案：二維擴瞳實現(xiàn)水平和豎直兩個方向的出瞳擴展，解決了光機體積與FOV之間存在的制約關(guān)系問題，可以縮小光機體積的同時增大FOV和眼動范圍；但實現(xiàn)二位擴瞳的工藝難度相對更高，其量產(chǎn)性和良率的解決也是消費級AR眼鏡落地的重要推動力之一?！瓣嚵泄獠▽?dǎo)”光學(xué)原理：來自微顯示器的光線經(jīng)棱鏡耦合進入波導(dǎo)，在波導(dǎo)內(nèi)以全反射的形式傳輸，遇到一個“半透半反”鏡面時，部分光線被反射，進入人眼，其余部分透射光線繼續(xù)前進，經(jīng)過后續(xù)“半透半反”鏡面陣列不斷被反射或透射，直至最后一個面將入射的光線全部反射進入人眼。擴瞳（Pupil

Expansion）圖：“陣列光波導(dǎo)”方案原理微顯示器棱鏡用于將光線耦合進入波導(dǎo)現(xiàn)實世界物理景象的光線“半透半反”鏡面陣列29數(shù)據(jù)來源：Rokid，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“陣列光波導(dǎo)”加工工藝較復(fù)雜AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“陣列光波導(dǎo)”制造工藝：陣列光波導(dǎo)采用傳統(tǒng)光學(xué)冷加工技術(shù)，需要經(jīng)過連續(xù)多層“半透半反”鏡面陣列鍍膜、貼合、切割等復(fù)雜多步工藝。圖：“陣列光波導(dǎo)”加工工藝切割玻璃基材獲得各種規(guī)格的波導(dǎo)小棱鏡研磨拋光鍍膜膠合30數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究“陣列光波導(dǎo)”加工流程首先通過切割玻璃基材獲得各種規(guī)格的波導(dǎo)小棱鏡，并進行研磨、拋光；進一步，需要在小棱鏡表面鍍上不同膜系的薄膜，使其具有不同的反射/透射比（R/T），形成“半透半反”鏡面陣列；最后完成膠合、固定，得到表面光滑的波導(dǎo)片。工藝復(fù)雜繁冗：光線在不斷穿透“半透半反”鏡面陣列的過程中越來越少，因此陣列中的每個鏡面都需要不同的反射/投射比（R/T），以保證整個動眼框范圍內(nèi)的出光量是均勻的，需要復(fù)雜繁冗的工藝。總良率難保證：“半透半反”鏡面陣列中鏡面的平行度、切割角度等加工制造細(xì)節(jié)都會影響到光線傳播以及成像質(zhì)量；即使每一個步驟都能達到高良率，眾多步驟細(xì)微誤差的積累也會使總良率難以保證。誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“陣列光波導(dǎo)”顯示效果更優(yōu)，但需解決量產(chǎn)性與良品率問題AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“陣列光波導(dǎo)”優(yōu)勢：與衍射光波導(dǎo)相比，陣列光波導(dǎo)顯著的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在圖像顯示效果上——與表面浮雕光柵相比陣列光波導(dǎo)具有更輕薄、正面落光、色彩更均勻的優(yōu)勢?！瓣嚵泄獠▽?dǎo)”劣勢：除了光波導(dǎo)擴瞳導(dǎo)致光效率較低的局限外，陣列光波導(dǎo)最顯著的缺點是其工藝復(fù)雜，良品率較難保證。數(shù)據(jù)來源：Rokid，國泰君安證券研究光學(xué)原理：幾何反射的方式能夠呈現(xiàn)鏡面反射，能夠100%還原入射光線；制造工藝：不涉及任何微納米結(jié)構(gòu)圖像顯示效果：可以很好地還原圖像質(zhì)量，圖像顏色、對比度可以達到較高的水準(zhǔn)，觀感一流，優(yōu)于衍射光波導(dǎo)“半透半反”鏡面陣列需鍍以不同膜系的薄膜，且制作工藝程序繁瑣工藝復(fù)雜，總良品率較難保證特性優(yōu)勢劣勢陣列光波導(dǎo)特性及其優(yōu)、劣勢誠信

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創(chuàng)新31《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“陣列光波導(dǎo)”是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)內(nèi)探索的重要方向之一AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6數(shù)據(jù)來源：各公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究20182016亮亮視野在CES上首發(fā)雙目光波導(dǎo)眼鏡

LEION，采用OLED顯示光源和陣列光波導(dǎo)技術(shù)方案，眼鏡采用分體式設(shè)計，視場角30°，眼鏡整體重量為79g，基本保證佩戴的舒適性。影創(chuàng)發(fā)布智能眼鏡Air，光學(xué)系統(tǒng)采用陣列光波導(dǎo)配合OLED

顯示光源，視場角為34°，是國內(nèi)首款量產(chǎn)級雙目智能眼鏡。誠信

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創(chuàng)新322019Lumus在CES上展示了DK-Vision

開發(fā)套件，LOE（光導(dǎo)光學(xué)元件）具有一系列偏振半反射鏡，充當(dāng)垂直

FOV和瞳孔擴展器，僅遮擋約20％的真實光線，具有

40°FOV，全高清分辨率，保真度高，并且形狀和尺寸更接近普通鏡片。圖：“陣列光波導(dǎo)”方案的應(yīng)用發(fā)展歷程公司Lumus微軟MagicLeap靈犀微光FOV（°）50525060亮度1000500188800最高分辨率1920*10801280*720960*7201920*1080色移微小色移明顯色移明顯色移微小色移透光率（%）80401585重量（g）29516217.5表：國內(nèi)外布局“陣列光波導(dǎo)”的主要廠商數(shù)據(jù)來源：靈犀微光，國泰君安證券研究誠信

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創(chuàng)新33公司品牌發(fā)布年份產(chǎn)品型號外形展示FOV重量面向市場特點微軟2015HoloLens

130°579gTo

B采用分體式設(shè)計，通過有線連接手持計算和控制單元Magic

Leap2017MagicLeapOne40°580gTo

B眼鏡包含頭顯、便攜式電腦和無線控制器三部分，成像質(zhì)量與沉浸感極佳，但穩(wěn)定性差，畫面具有跳躍感。微軟2018HoloLens

252°566gTo

B與一代版本相比視場角增大至52°，重量更輕，佩戴更舒適梟龍科技2018XloongS1SmartGlasses40°30gTo

B支持4G全網(wǎng)通，可應(yīng)用于物流、安防、巡檢等多個領(lǐng)，佩戴舒適性高，可廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域光?？萍?021Lightin

240°100gToB&C常使用場頸掛式設(shè)計，外形輕薄佩戴舒適，貼合用戶辦公、旅游、娛樂等日《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“衍射光波導(dǎo)”包括“表面浮雕光柵波導(dǎo)”和“體全息光柵波導(dǎo)”AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“衍射光波導(dǎo)”方案原理與特點：“衍射光波導(dǎo)”依循光學(xué)元件從毫米級到微納級、從立體轉(zhuǎn)向平面的技術(shù)趨勢，采用平面衍射光柵取代傳統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)，利用經(jīng)過兩次兩個方向的擴瞳光柵或二維光柵以實現(xiàn)二維擴瞳，在優(yōu)化用戶體驗方面有更大的容差空間。相較于陣列光波導(dǎo)，衍射光波導(dǎo)在理論上具有較高的可加工性，批量生產(chǎn)的難度更低，且成本更可控。衍射光波導(dǎo)根據(jù)光耦合器的差異可分為利用納米壓印技術(shù)制造的“表面浮雕光柵波導(dǎo)（SRG）”和基于全息干涉技術(shù)制造的“體全息光柵波導(dǎo)（VHG)”。數(shù)據(jù)來源：各品牌公司官網(wǎng)，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“表面浮雕光柵波導(dǎo)”以表面浮雕光柵作為光耦合器AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“表面浮雕光柵波導(dǎo)”方案原理：來自微顯示器的光柵經(jīng)輸入耦合光柵衍射后進入波導(dǎo)，衍射角大于波導(dǎo)內(nèi)全反射臨界角，光線在波導(dǎo)內(nèi)以全反射形式傳輸；輸出耦合光柵位于眼睛前方，將傳輸來的光線衍射，使其向人眼方向傳輸；為了使光線分布在較大的眼動范圍內(nèi)，輸出耦合光柵的衍射效率一般較低，且衍射效率通常呈梯度分布，以使向人眼方向傳輸?shù)难苌涔獾膹姸确植几鶆?。圖：“表面浮雕光柵波導(dǎo)”原理輸出耦合光柵微顯示器輸入耦合光柵現(xiàn)實世界物理景象的光線矩形光柵傾斜光柵閃耀光柵模擬光柵圖：不同的表面浮雕光柵結(jié)構(gòu)材料表面浮雕出來的高峰和低谷，其目的是為了引起材料內(nèi)折射率的周期性變化，該周期一般在微、納米級別表面浮雕光柵表面浮雕光柵實現(xiàn)一維擴瞳誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究34數(shù)據(jù)來源：CNKI，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“表面浮雕光柵波導(dǎo)”可實現(xiàn)量產(chǎn)，但成本較高AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“表面浮雕光柵”制造工藝：表面浮雕光柵的量產(chǎn)可以通過模板+轉(zhuǎn)印的工藝完成。首先通過半導(dǎo)體的微納米加工工藝，在硅基底上通過電子束曝光和離子刻蝕制成光柵的壓印模具；模板制備好后，進一步利用納米壓印技術(shù)復(fù)刻到聚合物材料上，壓印出成千上萬個光柵，實現(xiàn)量產(chǎn)?！氨砻娓〉窆鈻拧敝圃煨枰罅康南冗M固定設(shè)備投入，如電子束曝光和納米壓印設(shè)備成本高，且需要放置在專業(yè)的超凈間內(nèi)。數(shù)據(jù)來源：CNKI誠信

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創(chuàng)新圖：表面浮雕光柵模板制備工藝流程圖：表面浮雕光柵大批量復(fù)制量產(chǎn)工藝流程數(shù)據(jù)來源：CNKI35《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“表面浮雕光柵波導(dǎo)”可實現(xiàn)二維擴瞳AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“表面浮雕光柵波導(dǎo)”優(yōu)勢：光柵具有設(shè)計和生產(chǎn)上的靈活性，量產(chǎn)性和良率相較于陣列光波導(dǎo)更高；可實現(xiàn)二維擴瞳，能夠在左右、上下兩個方向增大動眼框，相比陣列光波導(dǎo)也可以減小光機尺寸?！稗D(zhuǎn)折光柵”和“二維光柵”是兩種實現(xiàn)二維擴瞳的主要方案。圖：利用“轉(zhuǎn)折光柵”實現(xiàn)二維擴瞳圖：利用“二維光柵”實現(xiàn)二維擴瞳輸出耦合光柵一維擴瞳二維擴瞳輸入耦合光柵轉(zhuǎn)折光柵光柵溝壑方向與輸入耦合光柵呈一定角度一部分光線繼續(xù)前進（一維擴瞳）一部分光線傳輸方向被改變（配合輸出耦合光柵實現(xiàn)二維擴瞳）輸入耦合光柵二維光柵光柵由單向溝壑變?yōu)橹鶢铌嚵校鈻旁谥辽賰蓚€方向上都有周期；二維柱狀陣列可以同時將光線在X和Y兩個方向?qū)崿F(xiàn)擴束，從而實現(xiàn)二維擴瞳誠信

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創(chuàng)新數(shù)據(jù)來源：Rokid，CNKI，國泰君安證券研究36數(shù)據(jù)來源：Rokid，CNKI，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“表面浮雕光柵波導(dǎo)”在顯示效果上劣于陣列光波導(dǎo)AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6對于同一個固定參數(shù)的光柵，不同波長的入射光會有不同的衍射角度，而波導(dǎo)允許的全反射角范圍對不同波長的光相同，若其中一種波長的光具有最大的視場角，其它波長的光的視場角通常會被截止而變窄，視場角范圍內(nèi)紅、綠、藍(lán)三光的分布比例不同，顏色不均勻，出現(xiàn)“彩虹效應(yīng)”“表面浮雕光柵波導(dǎo)”方案劣勢：需要在多個衍射級別中優(yōu)化某一個方向上的衍射效率，從而降低光在其它方向上的損耗；因此輸出耦合光柵通常選用傾斜光柵或閃耀光柵，而避免采用矩形光柵，以使往人眼方向衍射的光的耦合效率達到最高；而傾斜光柵和閃耀光柵對制造工藝的要求更高；衍射對入射光線角度和波長的選擇會產(chǎn)生“色散”，視覺體驗上會導(dǎo)致動眼框內(nèi)顏色不均勻，即“彩虹效應(yīng)”。圖：單層光波導(dǎo)和光柵會引起“彩虹效應(yīng)” 圖：多層波導(dǎo)堆疊可是解決色差的思路之一誠信

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創(chuàng)新37利用多個波導(dǎo)片，分別傳輸不同波長范圍的光束，是解決色差問題的方案之一，而這也使得器件厚度相應(yīng)增加；如何減小體積，用單層波導(dǎo)片解決色差問題，又能獲得較大視場角是需要突破的技術(shù)難點之一數(shù)據(jù)來源：Rokid，國泰君安證券研究數(shù)據(jù)來源：Rokid，國泰君安證券研究《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“體全息光柵波導(dǎo)”發(fā)展歷程AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6數(shù)據(jù)來源：光?？萍?，國泰君安證券研究起源發(fā)展AR應(yīng)用隨著激光的出現(xiàn)，提供了一種高相干光源，為全息技術(shù)發(fā)展提供了可能1960第二代利思和烏帕特尼克斯提出：將通信理論中的載頻概念推廣到空域中，為全息術(shù)發(fā)展的第二階段，解決了光源問題，并且立體成像第四代第三代用激光記錄，而用白光再現(xiàn)的全息圖，在一定的條件下賦予全息圖以鮮艷的色彩。第三代全息術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。1947丹尼斯蓋博發(fā)明全息技術(shù)，第一代全息技術(shù)用汞燈作為光源，光源相干性較差。是白光記錄且白光再現(xiàn)的全息圖，它將使全息術(shù)最終走向更廣泛的實用領(lǐng)域201220172020AlexanderA.Cameron

使用重鉻酸鹽明膠作為材料制備VHG（體全息光柵），實現(xiàn)綠色顯示，用于軍用作戰(zhàn)頭盔中Sony公司推出了

SED-100A，一款單層單色全息光波導(dǎo)顯示模塊，8bit綠色419*138

的顯示分辨率，波導(dǎo)厚度1mm，使用單方向的出瞳擴展，F(xiàn)OV為20°DigiLens推出Crystal

50光波導(dǎo)顯示方案，透光率大于80%，光效率325nits/lumen，F(xiàn)OV為50度誠信

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創(chuàng)新38《XR光學(xué)顯示：元宇宙的大門，沉浸體驗之基》XR光學(xué)產(chǎn)業(yè)研究報告“體全息光柵波導(dǎo)”采用體全息光柵作為光耦合器AR光學(xué)方案：更輕薄、更大FOV和更高光效，成熟中的光波導(dǎo)是未來方向3.6“體全息光柵波導(dǎo)”方案原理：體全息波導(dǎo)作為衍射光波導(dǎo)的一種，采用體全息光柵作為衍射光波導(dǎo)中的耦入、耦出元件。制造工藝：