体全息光波导崛起（附股）

据报道，DigiLens是全球首家实现批量化生产的体全息技术方案商，作为其在国内的独家授权生产商，水晶光电目前已经完成30°全彩体全息波导片的技术升级，以满足市场对于ARGO眼镜不断增长的需求，并与一线客户探索多重应用场景。ARGO眼镜是专为企业和轻工业市场设计的第一款独立AR/XR设备。自2020年以来，DigiLens一直与水晶光电合作，推出市场上最先进和成本效益高的波导技术。

公开资料显示，成像模组是AR近眼显示系统的关键部分，直接位于人的眼前并通常占据着整个终端的主要体积，由于来自显示器的虚拟信号和来自外界环境的真实信号都经由其进入人眼，因此极大程度地决定了AR眼镜的形态和显示效果，是AR眼镜放量瓶颈突破的关键。

目前AR近眼显示系统中的成像模组存在多条技术路线，包括离轴光学类、棱镜类、Birdbath类、光波导类等等，随着精密光学制造的进步，自由曲面元件也在其中得到了广泛的应用。    

（1）离轴光学类：

离轴光学方案由来已久，在用于消费级产品前，常见于对轻量化要求较低的军方飞行员头盔上，高性能模组的光学设计一般较为复杂，轻量化存在困难。

该类产品代表为North Focals，供应商包括珑璟光电、歌尔股份(002241.SZ)等。

（2）棱镜类：

2012年应用于Google Glass的成像模组就属于棱镜类，此类方案技术门槛和成本相对较低，但受限于成像模组FOV与棱镜体积的正相关，轻量化同样不易。

供应商包括歌尔股份、珑璟光电、水晶光电(002273.SZ)等。

（3）Birdbath类：

Birdbath类是当下技术难度、制造成本、显示效果相对均衡的成像模组，近年在市场上占据着相当大的比重，但目前典型的Birdbath结构厚度为8~25mm，导致采用此类方案的AR眼镜仍比普通眼镜厚重不少。

该类主要产品包括雷鸟Air 1S、Nreal Air、Rokid Air、华为Vision Glass等，供应商包括视涯科技、惠牛科技（麦格米特(0022851.SZ)持股20.4%）、鸿蚁光电、水晶光电等。

（4）自由曲面加持：

自由曲面可以在有限的空间内对光波前做出更精细的调控，是成像模组在像差补偿、厚度控制方面的强劲助力，目前已经在上述多种方案中都得到了应用，但即便如此，基于传统光学方案的AR眼镜仍难以达到普通眼镜的轻量化水平。    

该类主要产品包括MIJIA眼镜相机、EPSON BT系列等，供应商包括耐德佳、歌尔股份、联合光电(300691.SZ)等。

（5）光波导类：

光波导技术的运用使得成像模组能够突破多项性能指标与轻量化之间的矛盾，其基于光在轻薄波导中的全反射传输信号，模组厚度可达3mm以内，且耦出时可通过二维扩瞳在不影响FOV的情况下扩大Eyebox，目前已被业界广泛认为是未来的主流方案，但量产工艺尚未完全成熟，细分方案也仍存在不同的缺点。

该类主要产品包括雷鸟X2、INMO Air、Hololens 2、Magic Leap 2等，供应商包括灵犀微光、至格科技、耐德佳、惠牛科技、歌尔股份、水晶光电等。

由于使用波导折叠了光路，使得产品整体体积较小，符合轻量化的发展趋势，加上光波导方案相比其他光学方案在成像清晰度、可视角度等方面均具有优势，光波导方案有望成为AR眼镜的主流光学显示方案。

耦入、耦出方式的不同是光波导方案分类的主要依据。使来自显示器的光信号满足光波导内的全反射传输条件称为耦入，将光波导内的光信号转向并透射向人眼称为耦出。    

目前，由于扩瞳等方面的优势，属于几何光波导大类的阵列光波导，以及属于衍射光波导大类的表面浮雕光波导、体全息光波导是AR近眼显示领域重点关注的对象。

（1）阵列光波导的耦入、耦出：

基于几何光学，通过平面镜反射、棱镜折射或直接倾斜入射等方式实现耦入，通过沿光信号传输方向排列的部分反射镜阵列（PRMA）实现耦出；由于光每经过一个部分反射镜就会有部分耦出而部分继续传输，可形成一维扩瞳效果，在此基础上进行光信号的转向并再次采取“边传输、边耦出”方案即可实现二维扩瞳。

阵列光波导在光学性能方面没有明显的短板，在AR眼镜的三种主流光波导方案中处于优势地位，量产工艺虽未完全成熟但已有厂商正在突破，在未有更新一代成像模组方案出现实质性进展前，该优势地位将为阵列光波导带来较强的放量预期。

（2）表面浮雕光波导、体全息光波导的耦入、耦出：

基于光栅衍射，利用光栅对光振幅、相位的调控能力实现光线转向，以达到耦入、耦出的目的，两种光波导所采用的耦合器分别为表面浮雕光栅（SRG）和体全息光栅（VHG），它们是由不同方式制备的折射率周期变化结构；通过将光信号的能量适当地分配到两个衍射级次中，并增加光栅沿光信号传输方向的长度，同样可以达到一维扩瞳效果，二维扩瞳则既可以通过和阵列光波导类似的二次扩展实现，也可以直接通过二维光栅实现。

表面浮雕光波导的优势在于制造工艺成相对成熟，光栅灵活性较高；而劣势是光栅原理导致多项固有缺陷：用于衍射可见光的光栅一般是折射率变化周期和光波长量级相近的微结构，其对光波长和入射角敏感的特性在赋予灵活性的同时也带来了一些弊端。此外由于其硬件准入门槛高，国产化仍处在追赶阶段。    

体全息光波导的优势在于其低成本、自动化制造预期强，而且更强选择性带来单片彩色、高透明、正面不漏光等优异特性。但强选择性制约FOV及色彩表现，此外，虽然体全息光波导的理论制造成本为三类主流光波导中最低，但其制造的成熟度目前也最低，业界仍处在探索阶段，材料及相关的工艺参数都是主要的难点。

目前，应用于AR眼镜的最佳光波导方案仍未有定论，结合技术发展现状，短期来看，随着光波导类成像模组制造水平的逐渐提高，搭载光波导的产品会越来越多，尤其是阵列光波导，一旦工艺一致性问题得到解决，有望凭借可控的量产成本和良好的显示效果催生出极具竞争力的终端产品；同时，随着高亮度显示器的技术进步，制造成熟度相对较高的表面浮雕光波导也将有不错的表现。    

中长期来看，随着光波导类成像模组整体量产能力的继续进步，其将进一步蚕食其他成像模组的市场空间，阵列光波导和表面浮雕光波导的竞争情况将很大程度上取决于先发厂商的布局侧重以及应用场景的挖掘，后续，体全息光波导也有望凭借量产成本的独特优势崛起并占据相当的市场份额。

在当下的关键时间窗口，鉴于光波导和AR近眼显示的理论基础早已相对清晰，因此供应链水平以及制造工艺的成熟度将成为相关厂商角逐的重中之重。