本文只谈到头戴式设备，但是除了头戴式设备之外还有比如手机、平板、PC、车载抬头显示器（Head-up Display，HUD）、AR智能互动设备等，也都能称作AR显示设备。

AR显示设备有哪些分类？

1.AR眼镜（AR Glasses）

一般来讲也称作AR头显（Augmented Reality Head-mounted Display，简称AR HMD），尽管媒体经常称作AR眼镜，但是实际是他们搭载了十分复杂的机载硬件，所以一部分公司便主要称作AR头显。

代表产品：Microsoft HoloLens与Magic Leap One，这里需要注意的是微软也将HoloLens称作混合现实设备（Mixed Reality Device）

2.智能眼镜（Smart Glasses）

一般来讲也定义为可穿戴设备这一范畴，并且AR眼镜也可以被算作智能眼镜中的一种。

代表产品：Google Glass

为什么有时候也将Google Glass称作AR眼镜，是因为从广义的角度来讲，Google Glass将虚拟数字信息通过眼镜显示出来，也能算作是对现实世界的增强。

为此，微软便定义了混合现实（Mixed Reality，MR）这一概念，用于区别增强现实的物理世界与数字世界的叠加，它着重体现物理世界与数字世界的混合。

而为了解决混合这一特性，就需要SLAM、环境理解、6DoF跟踪等诸多技术特性。

AR显示设备的核心部件

1. 光学与显示系统（Optics/Display）

1.1 核心名词

1.1.1 近眼显示（Near-Eye Display）：顾名思义，在距离眼睛近处显示，是AR眼镜与AR头显设备的显示方式。

1.1.2 微显示器（Microdisplay）：不同于普通的PC、手机、电视等体积较大的显示器件，它是指代微型显示器件，Syndiant公司的4K微显示器仅仅只有0.55英寸。

在介绍下面名词之前，来进行AR显示设备的整体概述。

AR显示设备的光学与显示系统可以分为图像源器件与显示光学器件，图像源器件产生图像并将图像投射到显示光学器件中，显示光学器件将图像反射到眼睛中。

另外，针对AR显示设备的图像源器件一般指微显示器，也可以称微显示面板（Microdisplay Plane），而上图中Lumus公司将自己的显示光学器件（也可以称为光学引擎，Optical Engine）单独细化命名为光导光学器件（LOE，Lightguide Optical Element）。

接下来，继续名词介绍。

1.1.3 图像源器件：

• LCoS：Liquid crystal on silicon，硅基液晶，是从LCD基础上发展而来；
• OLEDoS：硅基OLED，是从是从OLED基础上发展而来，现在OLED最热门方向是AMOLED柔性屏；
• DLP：基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件DMD（Digital Micromirror Device）来完成可视数字信息显示的技术；
• microLED：比OLED更好的新一代显示技术，针对近眼显示来说，就会延伸LEDoS（LED on Silicon），名词也不确定，毕竟叫microLEDoS也很奇怪。

1.1.4 显示光学器件：AR光学技术

• 棱镜方案：Google Glass
• 曲面反射镜（虫眼）方案：Meta2
• Birdbath方案：联想Mirage AR头显、ODG R9
• 光波导（Optical Waveguide）方案：HoloLens 1、Magic Leap One、Lumus、Vuzix、Waveoptics、Digilens

这里多说下光波导

光波导的类型：

• 全息波导（Hololens使用，从光学层面来讲也可以称为衍射波导）
• 阵列波导（Lumus使用，从光学层面来讲也可以称为反射波导）

1.1.5 与传统显示设备相比需要强烈关注的显示参数（这里仅关注影响显示的质量高低的参数）：

• FoV：视场，如果说与人眼完全搭配，则需要：水平方向150°至170°，垂直方向135°至150°
• See-through：透视，指光学显示性质
• Resolution：分辨率，如果按照人眼的极限视场来算，每只眼睛需要分辨率9000×8100
• Contrast Ratio：对比度
• Luminance：亮度，车载抬头显示器需要的亮度为15000nit，当前的显示设备都还远远不足。
• Response time：响应时间
• Reflectivity：反射率
• Transparency ：透明度，这是极其重要的指标，目前HoloLens1透明度约为40%，Magic Leap One透明度约为15%，导致这样的原因是图像源器件亮度太低，在加上显示光学器件的光线损失，最终呈现出来的图像亮度太低，不得不降低透明度，以保证图像清晰的显示。但是低于50%透明度的AR显示设备，反而给人一种增强虚拟的感觉。

1.1.6 近眼显示中的前沿技术：

多焦面显示（Multi-focal ）：以 Magic Leap One 为代表，根据虚拟物体在虚拟空间中的远近位置，将其对应投影至两个及以上焦平面。由于该技术存在无法实现连续焦距变化，实现所需光学系统复杂，光学系统复杂程度且制造成本随焦面数量增加而成指数级增加等诸多不足，相比起其他可连续变焦或光场显示技术，具备一定过渡性质。

可变焦显示器技术（Varifocal ）：一般来讲，仅适用于VR设备，以 Oculus Half Dome 原型机为代表，采用机械装置前后移动屏幕的位置来实现图像的焦距变化，配合眼动追踪、注视点渲染等多种软硬件技术，模拟出人眼在观察远近不同物体时发生的屈光调节和双目辐辏调节过程。可变焦显示器大量采用已成熟的技术作为实现基础，兼顾技术实现性和量产可行性，将成为下一代高端VR终端标配近眼显示技术。

焦面显示器技术（Focal Surface）：使用光相位调制器 SLM 把图像深度信息添加到普通 2D 屏幕画面中，让其在观察方向上模拟出图像的远近深度信息，可作为近似的光场显示技术，目前 Oculus 将其定义为下二代 VR 显示的重要发展方向，目前该技术存在结构复杂，所需 SLM 价格昂贵，图像分辨率、显示视场偏小等技术瓶颈有待攻克。

光场显示(Light Field) ：当前多种光场显示技术方案停留在实验室阶段，其技术路径和配套设备存在大量研发瓶颈，中近期均无法量产普及。由于光场显示技术可以完全契合自然情况下人眼观察外界的原理，成为近眼显示领域追求的终极显示技术 。

1.2 主要的AR显示设备

1.2.1 棱镜

• Google：Google Glass
• Epson：BT-300、BT-350、BT-35E

1.2.2 曲面反射镜

• Meta：Meta 2，公司已破产
• Realmax：Realmax 乾
• DreamWorld：DREAMGLASS

1.2.3 Birdbath

• 联想：Mirage AR头显
• ODG：R9
• Nreal：nreal light，Magic Leap的员工创立

1.2.4 光波导

• Microsoft：HoloLens 1
• Magic Leap：Magic Leap One
• Lumus：DK-Vision、DK-52、DK-51
• Vuzix：blade smart glasses
• Darqri：DAQRI SMART GLASSES
• Atheer
• Rokid：Project Aurora，国内AI音箱厂商

1.2.5 LBS

• Microsoft：HoloLens 2
• North：Focals

1.3 光学与显示系统产业链

1.3.1图像源器件厂商

LCoS：

• Syndiant：3840x2160（4K UHD）
• RAONTECH：2560x1440（WQHD ）
• Kopin：2048x1536（QXGA）
• Sony：1920x1080（Full HD）
• OmniVision：1920x1080（Full HD）
• Himax：1366×768（WXGA）

OLEDoS：

• Emagin：2048x2048
• Sony：1600x1200（UXGA）

DLP：

• Texas Instruments：3840x2160（4K UHD）

LEDoS：

• Lumens：1280x720（HD）
• Plessey：有未公开的内部原型，他们开创使用了GaN-on-Silicon的技术，进一步发展microLED

1.3.2显示光学器件厂商

这里就不列举较为简单的棱镜、曲面反射镜、Birdbath等光学方案的厂商了，仅列举光波导的厂商。

衍射波导（全息波导）：

• Microsoft HoloLens 1
• Magic Leap One
• Waveoptics
• Digilens
• Vuzix
• Akonia Holographics：已经在2018年被Apple收购
• TruLifeOptics

其实上面的波导技术最开始都来源于诺基亚的表面浮雕波导（Surface relief waveguides），其中HoloLens、Magic Leap One、Waveoptics、Vuzix都是采用表面浮雕光栅（SRG）从波导设备中提取图像；而Digilens采用了比SRG更具技术优势的、可切换的布拉格光栅（SBG），并且创新了主动型全息波导（Active Holographic Waveguides），在光波导技术上具有领先地位。

反射波导：

• Lumus：也称作阵列波导

1.3.3 一些创新光学技术的厂商

• Magic Leap One：双层波导，实现光场路上的折中方案的初步方案；
• LetinAR：Pin Mirror，一种能够较大的增大FoV的光学方案；
• CREAL3D：拥有光场近眼显示器原型；
• HoloLens2、Microvision、Creative MicroSystems、全普：激光束扫描显示技术（Laser Beam Scanning）；
• DeepOptics：可变焦显示原型

2.传感系统（Sensors）

未完待续...

3.显示计算（Display Compute）

未完待续...

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