智慧眼镜的光学模组现已开发出了许多不同的设计方式。一般基於使用的面板类型、光学引擎(光机)配置位置以及光学模组的成像方式来区分。面板部分有μOLED、LCoS、μLED、LBS等种类，每种的亮度、画质、尺寸和成本等特徵都有所不同。为了不遮蔽到视野，会将光机配置於眼睛上方或头部侧边。配置的位置不同，适用的光学模组设计会有所不同，外型特徵也有很大的差异。前者称为纵配置光学模组，後者则称为横配置光学模组。

纵配置光学模组的特徵在於将光机配置於眼睛上方，可缩短眼睛与成像间的距离，使光学模组较为轻巧。但光机和显示相关电路零件皆集中在前方，使重心靠近前方，因此配戴性就必须加强。此外，光机位於眼睛上方，也会使得上方视野变窄。且显示零件往中央集中，容易产生发热集中导致散热不易问题。

横配置光学系统为将光机配置於头部侧面，视野较宽，且零件的配置分散、重心较偏

图1 : 智慧眼镜的代表性光学模组设计

後方，配戴性较隹。因为发热源配置分散，有利於散热设计。不过因成像距离眼睛较远，设计者在投影成像部分需要更多巧思来控制光学模组尺寸。

图1汇整了智慧眼镜中较具代表性的光学模组设计。以下介绍各种光学成像方式的特点：

●Birdbath

将光机配置於眼睛上方的纵配置光学系统，透过透镜和凹面半反射镜将光线投向眼睛。由於成像位置离视线近、可缩短光径，因此较易缩小光学模组体积，藉由使用OLED面板，即可构建出画质良好且易於控制成本的模组。另一方面，如图1的配置图所示，来自上方的光先透过倾斜45。的半反射镜反射至外侧，再以凹面半反射镜反射、穿过倾斜的半反射镜到达眼睛。此设计中显示面板的光须反射穿过半反射镜3次，外部光线也须穿过半反射镜2次，因此影像光线的光效率与外部光线到达眼睛的穿透率两者之间的权衡便成为此光学模组设计的课题。因此目前大部分产品的影像亮度和穿透率较低，虽然适合用於影像视听，但却有着外界实景可见度问题。且由於使用凹面半反射镜直接穿透，当旁人看向使用者时也能看见影像，较缺乏隐私性。

●Free-Form Surface Waveguide

Epson成功让使用自由曲面导光板的既有光学模组Free-Form Surface Waveguide更加进化。该方式光学模组设计的特点如下

●光学布局可达成近似眼镜的设计和舒适的配戴性

●画质和亮度不受环境左右，可清楚看见影像

●宽广视野和高穿透率，以确保高可见度

此设计是透过由多片透镜与多片自由曲面镜构成的导光板，将配置在头侧的显示器影像光传递至眼睛（见图2光线图）。其中光的损耗主要仅由组合器的半反射镜穿透率/反射率造成，不但光效率高於其他设计，与穿透率两者间平衡掌控也较隹，使用OLED可实现高品质画面。此外，由於导光板上下几??没有遮挡视野的零件，能确保视野宽阔。反之，导光板的厚度受组合器倾斜角和材料的全反射角度限制，难以降低。再加上由於组装部(Combiner)的半反射镜须为偏心凹面镜，因此需要去除在多个自由曲面由偏心反射镜产生的偏心像差，造成设计不易和实际制造时的形状检查困难。为了在满足指定规格的状态下实现稳定量产，零件品质上的形状管理和特性管理也益显重要。

图2 : Epson BT-40光学模组的光线图

●Muti mirror waveguide

面板各像素发出的光经由透镜整理为平行（成为虚像）後射入导光板，藉由导光板的多个平行半反射镜将光分为多道再射出。导光板的作用除将显示面板的光线导向眼睛外，还具备Eye Box扩大功能，可透过分光而得到较大的Eye Box。此效果可缩小投影透镜的尺寸，只须在头侧配置小型投影透镜，使设计上更加接近一般眼镜。此外，还可将导光板的半反射镜反射率降低、实现高穿透率，确保较高的外界可见度。另一方面，导光板需要高平坦度，也需要高折射率以封住光线，因此须使用玻璃作为材料，这就导致了防范碎裂的需求出现。再者，因高折射率玻璃的比重较大，所以会希??减少厚度，但由於半反射镜的角度和片数等的限制，导致薄型化也有其极限。加上多数半反射镜皆要求高平行度，加工成本也成了问题。且由於使用多个半反射镜使光分歧，造成光效率非常低，必须使用高亮度面板，进而产生高耗电问题。

●DOE/VHG Waveguide *VHG: Volumetric holographic grating

其构成与前一设计几??相同，仅将光线射入部与射出部的反射镜以DOE（绕射式光学元件）或VHG（体积全像光栅）代替。本方式和多反射镜导光型同样可达成近似眼镜的设计，但本方式不像多反射镜般受到半反射镜角度与片数的限制，导光板可进一步缩小厚度。透过降低具有Eye Box扩大功能的DOE部位的绕射效率，可建构抑制差异并提高穿透率的构成，并确保对外界的可视度。再加上DOE或VHG的制造成本就原理来说并不高，因此可降低导光板的成本。但目前考量平坦度与成本，导光板必须用玻璃制造，因而就得采取防止碎裂等的措施。另外，DOE对波长的要求较高，常因不同颜色间容易产生色差不同，导致整体产生严重色差。且因光效率低於多反射镜导光板，需要亮度更高的面板，加剧了成本与耗电问题。

结语

现今不管是个人娱乐、乃至於教育、医疗等产业，AR智慧眼镜都有很大的发展前景，而眼镜所需要的功能以及性能也因产业的不同有很大的区别。

Epson以自行开发的高亮度、高影像品质OLED面板与先进的光学技术，并根据客户回??持续精进，期许为AR智慧眼镜的制造商、开发商提供值得信赖的光学显示解决方案。

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