一、AR成本拆解

AR 主要由操作系统、处理器、光学组件、摄像头和传感器、存储器几部分构成。不管 AR 设备的形态如何，光学环节对于 AR 眼镜尤为重要，对显示视野、分辨率、刷新率、延时、 眩晕、定位跟踪精度等都提出了较高的要求。光波导是公认的消费级AR眼镜必选光学方案。

目前，国际主流企业已采用波导技术（微软，magic leap, BAE），国内受限了技术落后，厂商仍以棱镜，半透半反技术为主，限制了波导显示在特殊场景的使用，虽有布局波导技术，国内研发机构力量分散，且产业资本专业水平的缺失，虽有全息波导光栅的小批量产，但暂时没有实现全息波导模组的量产。以下为目前国内和国外 AR/MR 厂家发展对比。

AR 波导设备的主流投影显示技术是LCOS 技术、DLP 技术，而目前可量产 LCOS 的公司集中在台湾 Himax（供应微软 Hololens）、 美国豪威（供应 Magic leap）、 DLP 技术被 TI 所垄断。

二、AR 产业链与全息波导产业链简介

产业链长，国内与国外有较大差距在硬件方面，尚处于初级阶段，面临诸多技术瓶颈亟待克服：硬件、图像技术、数据等方面的技术缺陷使得 AR 进一步突破变得困难重重，难以量产，成本居高不下，表面浮雕光栅波导和全息波导，在材料，设计，工艺等基础环节上，国内更是处于断开状态，各环节信息封闭，缺乏相应配套资源，难以形成完整产业链，国外在产业上游，例如材料供应商 Dupont、Polariod、Inphase、Aprilis、Liti Holographics、POLARIS RESEARCH GROUP，digilens 均很早发展，且涉足了显示领域。

AR 在软件平台方面，性价比和本地化服务欠缺；在产品应用推广方面，产品同质化、缺乏场景落地、主流生态参与度低等问题。从技术知识专利方面分析：根据国家知识产权局中国专利信息中心主办 的 专 利 之 星 上 关 于 AR(Augmented Reality) 的 所 有 专 利 （ 截 止2016.4.27），总计世界专利 7142 条，国内专利 832 条，其中，技术类和硬件类专利数量最多，分别占比 39%和 28%，技术类专利爆发最快，数量最多，其次是硬件，应用领域最少。

三、AR 全息波导应用前景与增长潜力

由于全息波导具有低成本，高性能，以及易量产和技术垄断性等特点，其受到军事，航天，工业等领域的强烈关注，具有极大的应用背景。

（一）战争态势感知

现代战争是信息战争，无论是空中的战机驾驶员还是地面的作战士兵，面对瞬息万变的战场形势，都需要即刻掌握最新的战场态势和情报信息。车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、地形查看、战场观察、夜视系统显示以及车辆和飞机的瞄准系统等需要进行信息显示的，都可以采用头盔显示系统。经过海湾战争、伊拉克战争等多次现代局部战争,实战表明头盔显示器可以有效提升战机和单兵作战单元的综合作战能力。体全息波导显示系统则能够在飞行员眼前提供实时的飞控信息，或是在士兵眼前实时提供目标情报，同时不遮挡他们正常的外界视线，这些实时情报信息不仅可以使战士们获得战场主动，也可以保证他们的生命安全。图示为体全息近眼波导显示系统在军事应用方面的实例。

1. 空中作战人员通过波导显示屏迅速了解自身当前装备情况、敌方或友方距离，高度和有效载荷等有效信息，用于近距离空中支援。

2. C4ISTAR：将命令、控制，通信等信息投射到作战人员 HMD，并叠加到真实环境，实施远距离、大范围、协同攻防作战。

3. 集成作战武器传感器信息、导航信息、协同作战人员位置装备信息。

（二）工业辅助生产/维修

工业化发展至今已经进入了人机协作的时代，操作员能否正确地操控精密机械、维修员能否有效地检修机器成为工业生产的关键。在大型设备的生产和质量控制中,利用具有瞄准线的人机工程装置代替扭头观察来查看产品。由于工作者可以采用正确的姿势,改善了操作,减轻了疲劳。另外,也可以使工作者集中精力进行当前工作,增加了操作的安全性。

（三）CAD/CAM 操作

头盔显示在这个领域的应用可以使操作者真实查看数据,例如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。波音飞机公司在波音飞机的设计中,研制出了一个名为“先进计算机图形交互应用系统”的虚拟环境。采用头盔显示系统后的设计方案与实际飞机相比,偏差小于千分之一。机翼和机身的结合一次成功,缩短了数千小时的设计工作量。

（四）辅助医疗

在脑外科、显微外科手术以及远程诊断和远程手术中,采用波导显示作为医生助手，将手术部位的显微显示并结合空间导航技术,可以精确对病变部位进行定位。该技术可以减轻医生的工作强度,同时也可以提高手术的成功率 。

（五）游戏娱乐产业

娱乐是大众生活中不可或缺的因素之一， 在“轻、小、快”的科技发展趋势下，体全息波导眼镜可以让工作疲惫的人们随时随地看一场电影，或者和当今流行的体感游戏相结合， 帮助使用者利用空闲时间放松心情、减轻疲劳。

（六）移动导航

对于正在告诉飞行或驾驶的驾驶员来说，任何一个低头检视或操作的动作都有可能引发严重问题， 造成不可估量的生命和财产损失。体全息波导既可以当做遮阳镜，又可以将车辆的仪表盘信息投影到眼前，并提供飞行或者驾驶信息、导航信号等信息，避免了驾驶人员的低头操作，提高驾驶的便捷性，减轻司机的疲劳感，为安全驾驶提供保障。

四、国内外全息波导发展现状与对比

全息波导头盔显示器是 AR 头盔显示器（Head Mounted Display，HMD）的一种，其发展历程经历了漫长的时期。早在 20 世纪初，用于单兵作战的头盔瞄准具(Head Mounted Sight,HMS)为头盔显示器的产生和发展奠定了基础。第二次世界大战以后,20 世纪 50 年代，伴随着飞机综合性能的提升,平视显示器（Head Up Display， HUD）最早的出现在美国海军 A-5 舰载机上，它将重要的飞行相关资讯投射在飞行员座舱前端的一片玻璃上面并与瞄准系统集成。飞行员不用低头就可以查看飞行数据，并通过与外界景象的融合进行瞄准、锁定、攻击等战术动作，不仅降低了驾驶员的疲劳感,而且缩短了驾驶员的反应时间。下图为全息平视显示器示意图。

然而平视显示器有一个致命的缺点:飞行员只有在眼瞳箱范围内进行所有查看与操作，这大大影响了瞄准、锁定的自由度与灵便性。对这个问题，美国最先研制了直升机飞行员佩戴的头盔瞄准具,从而不仅满足了武装直升机对火力控制需要,而且也提升了贴地飞行时对地面目标的快速瞄准攻击能力。而后又将显示器集成于头盔,瞄准线可以随头盔转动,实现了显示信息与外界环境的同步，可以有效地提高战斗机的作战性能和导弹快速截击目标的能力。

直到 20世纪 60 年代末，美国 ARPA 信息处理办公室主任 Ivan Sutheriand 设计制造出了世界上第一个头盔显示器—达摩克利斯之剑，开启了头盔显示技术发展的大门。

到了 20 世纪 80 年代，为了满足战争的迫切需要,头盔显示技术开始受到各国军方的重视从而进入快速发展阶段。继美国军方和 NASA 政府部门投入大量科研经费进行深入研究开发工作，前苏联、英国、法国、德国等国也先后投入大量的人员和资金,研究出一代又一代的头盔显示器。经过 30 多年的发展,头盔显示器的发展已经取得了巨大进步,并在诸多领域扮演者重要角色，并随着衍射光学元件的产生并发展成熟，具有重量轻、体积小、设计简单等诸多优势的头盔显示器逐渐成为军事和民用领域的热点研究内容。

全息波导利用利用全息光栅的衍射原理，光线经前置准直光路后，由于全息光学元件的衍射作用，入射光被耦合进入玻璃内部，并在其中发生全反射，使其在玻璃基底中形成波导进行传播，当遇到另一块光栅后，由于光栅的衍射，光线从波导出射，最终进入人的眼睛。这样人可以透过玻璃观察到远处的景物，又可以同时观察由波导传输形成的图像，二者不相互影响，实现全视透的平板波导显示技术。

LUMUS 公司一直致力于光波导头盔显示器的研制，其半反半透式几何光波导为其成功的产品，如图 2 所示,但是存在鬼像。索尼公司在 2008 年研制一款全息波导头戴式显示器，但是其颜色串扰较为严重，具有彩虹效应。图3 为其样机及光路示意图。BAE 公司也研制了一款基于单全息光栅的头盔显示器，采用单衍射光栅，实现大的出瞳箱，如图 4 所示，该款头盔已经应用于单兵作战。

（a） BAE 公司全息波导头盔显示器样机 （b）飞行员佩戴全息波导头盔显示器样机

此外，国外 Digilens, Akonia holographics 以及 Luminit LLC 等带有国防性质的公司目前均在大力发展军用全息波导。其中 Akonia2018年被苹果公司收购，表明苹果公司正在研发下一代全息波导产品。

DigiLens 公司的全息波导头盔显示器样机

来源：X增强现实（ID:arinchina)\三极光电科技