增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實是創(chuàng)新的顯示技術(shù)，能夠徹底改變我們互動和體驗世界的方式。

與讓用戶沉浸在完全虛擬環(huán)境中的VR不同，AR將數(shù)字內(nèi)容疊加到現(xiàn)實世界中，從而在教育、培訓(xùn)、零售、營銷和導(dǎo)航等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。AR體驗可通過各種設(shè)備訪問，包括智能手機、平板電腦和智能眼鏡。

其中，時尚AR眼鏡將成為主流，因為它提供無與倫比的便利性和沉浸感、輕巧緊湊的外形，將數(shù)字內(nèi)容無縫融入現(xiàn)實世界。

AR眼鏡通常由兩個主要部件組成：光引擎（負(fù)責(zé)生成數(shù)字圖像）和光學(xué)系統(tǒng)（將生成的內(nèi)容傳遞給用戶）。不同的光學(xué)系統(tǒng)（例如Birdbath光學(xué)和波導(dǎo)光學(xué)）已應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品中。

光引擎必須非常緊湊，同時保持高光學(xué)效率，以實現(xiàn)長期舒適的佩戴和高環(huán)境對比度。

“硅基液晶（LCoS）還是微型LED，誰會贏？”已成為一個熱門的辯論問題。微型LED顯示器是一種發(fā)光技術(shù)，有望以高峰值亮度、快速響應(yīng)時間、真正的暗態(tài)和長壽命徹底改變視覺體驗。然而，其可制造性仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

另一方面，LCoS是一種非發(fā)射反射式微顯示器，需要前照明系統(tǒng)。傳統(tǒng)的LCoS系統(tǒng)由于其龐大的照明系統(tǒng)而面臨巨大挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)高光學(xué)效率，它通常采用龐大的偏振分束器（PBS） 立方體。因此，迫切需要為基于LCoS的AR眼鏡實現(xiàn)超緊湊且高效的照明系統(tǒng)。

為了盡量減小LCoS系統(tǒng)的體積，研究人員提出了一種帶有導(dǎo)光板（LGP）的超緊湊照明系統(tǒng)，以有效將所使用的光源引導(dǎo)至LCoS面板。

來自光源（例如LED陣列或激光二極管）的光通過耦合棱鏡耦合到LGP中。接下來，耦合光由于頂部和底部表面的全內(nèi)反射（TIR）在LGP內(nèi)部傳播；部分被捕獲的光進(jìn)入提取棱鏡，同時沿Z方向傳播，其余光繼續(xù)在LGP中向前傳播。

提取棱鏡內(nèi)的光線通過棱鏡傾斜表面的另一個TIR反射至底部LCoS面板。LCoS面板逐像素地操控偏振狀態(tài)，并將入射光反射回LGP，大部分帶有編碼信息的反射光會透過LGP和頂部的清潔偏振片，最終進(jìn)入投影鏡頭系統(tǒng)，進(jìn)而耦合進(jìn)入AR系統(tǒng)后續(xù)的光學(xué)組合器。

研究人員表示，四分之一波片（QWP）是可選的，具體取決于所采用的LC模式。例如，如果使用通常為黑色的垂直排列（VA）LCoS，那么QWP后的圓偏振光有助于規(guī)避邊緣場效應(yīng)。

另一方面，通常為白色的MTN（混合模式扭曲向列）LCoS可以接收線性或圓偏振光；在Magic Leap 2中，選擇圓偏振來減輕投影系統(tǒng)中表面反射產(chǎn)生的雜散光；MTN的另一個優(yōu)點是其響應(yīng)時間快（~1ms）且邊緣場效應(yīng)弱。

研究人員還對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量優(yōu)化，以提高整體性能。例如，將提取棱鏡分成幾個具有不同填充因子的區(qū)域，以確保照明均勻性；對系統(tǒng)配置和每個組件的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，以實現(xiàn)出色的照度均勻性和高ANSI對比度，該對比度等于或優(yōu)于LCoS面板的對比度。

此外，考慮到玻璃材質(zhì)的折射率色散，展現(xiàn)出優(yōu)異的色彩表現(xiàn)，另外也可以采用折射率n=1.7的較低塑料材質(zhì)，以降低成本。

其光學(xué)性能尚可，但最好采用折射率更高的材料。如此纖薄的外形和高光學(xué)效率預(yù)計將對下一代輕量級低功耗AR眼鏡產(chǎn)生重大影響。