1、AR眼镜中的光学显示方案

 增强现实技术即AR技术是在展示真实场景的同时，通过图像、视频、3D模型等技术为用户提供虚拟信息，实现将虚拟信息与现实世界巧妙地相互融合，属于下一个信息技术的引爆点，据权威预测增强现实眼镜将会取代手机成为下一代的协作计算平台。以增强现实眼镜为代表的增强现实技术目前在各个行业开始兴起，尤其在安防和工业领域，增强现实技术体现了无与伦比的优势，大大改进了信息交互方式。目前比较成熟的增强现实技术中的光学显示方案主要分为棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案、离轴全息透镜方案和波导（Lightguide）方案。

1.1 棱镜方案

 棱镜方案以Google Glass为例，如图1中所示，其光学显示系统主要由投影仪和棱镜组成。投影仪把图像投射出来，然后棱镜将图像直接反射到人眼视网膜中，与现实图像相叠加。由于系统处于人眼上方，需要将眼睛聚焦到右上方才能看到图像信息，而且这一套系统，存在一个视场角vs体积的天然矛盾。Google Glass系统视场角较小，仅有15度的视场角，但是光学镜片却有10mm的厚度，而且亮度也不足，图像存在较大的畸变，所以产品进入市场后不久便被公司撤回。

1.2 Birdbath方案

 Birdbath方案中的光学设计是把来自显示源的光线投射至45度角的分光镜上，分光镜具有反射和透射值（R/T），允许光线以R的百分比进行部分反射，而其余部分则以T值传输。同时具有R/T允许用户同时看到现实世界的物理对象，以及由显示器生成的数字影像。从分光镜反射回来的光线弹到合成器上。合成器一般为一个凹面镜，可以把光线重新导向眼睛。采用这种光学显示方案的AR头显装置主要有联想Mirage AR头显(图2(a))与ODG R8和R9(图2(b))。其中ODG有50度的视场角，其厚度则超过20mm。

1.3 自由曲面方案

 自由曲面方案中一般采用有一定反射/透射（R/T）值的自由曲面反射镜，自由曲面是一种有别于球面或者非球面的复杂非常规面形，即用来描述镜头表面面形的数学表达式相对比较复杂，往往不具有旋转对称性。显示器发出的光线直接射至凹面镜/合成器，并且反射回眼内。显示源的理想位置居中，并与镜面平行。从技术上讲，理想位置是令显示源覆盖用户的眼睛，所以大多数设计都将显示器移至“轴外”，设置在额头上方。凹面镜上的离轴显示器存在畸变，需要在软件/显示器端进行修正。由于自由曲面不仅能为光学系统的设计提供更多的自由度，使系统的光学性能指标得到显著提高，而且为系统设计带来更加灵活的结构形式，因此成为近年来光学设计领域的研究热点，其中最具代表性公司有日本爱普生公司(如图3所示)以及美国梦境视觉公司的Meta系列(如图4所示)。日本爱普生公司的AR眼镜虽然在色彩、饱和度和成像质量方面博 彩，但是它仅有23度的视场角，而且有13mm的厚度。美国梦境视觉公司的Meta2系列AR眼镜虽然有90度的视场角，但是其厚度超过50mm，仅光机系统重量就约为420克。