光波导讲堂第一期 | 为什么AR眼镜画面会出现“明暗不均”？

图片来源：广纳四维

一句话简单来说就是AR眼镜整体画面亮度是否一致。

当光机发出的平行光到达耦入光栅会被光栅衍射，衍射级次满足玻璃中的全反射条件，即在玻璃中全反射传输，直到耦出光栅耦出进入人眼。其中，各空间位置的光能量分布一致性决定了光波导亮度均匀性是否达标。

亮度均匀性通常以‌整个显示画面的视野最暗点亮度与视野最亮点亮度的比值‌量化‌。

公式如下：

Lmin代表视野最暗点亮度，Lmax代表视野最亮点亮度

理想状态下比值为100%，表示无亮度差异，越接近100%代表均匀性越好。

同时，亮度均匀性由视场均匀性和眼动范围均匀性组成。由于佩戴眼镜时人眼的眼动范围是固定的，因此一般来说视场均匀性指标更为重要。

图片来源：AI生成

想象电影院银幕出现明暗斑块，AR的亮度均匀性将会影响三大体验：

亮暗突变相当于视觉上的"急刹车"，

迫使瞳孔频繁调节，从而引发眩晕和不适。

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边缘变暗会使视野缩小30%，

如同通过猫眼看外界，显示内容变得有限。

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画面颜色饱和度失真，

暗区偏灰，亮区偏曝，整体显示体验差。

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这其实是光在波导片里"迷路"了。

就像早高峰的车流在立交桥上拥堵，光线在波导的耦入区或转折区也会因能量分布不均导致"视觉堵车"以及"能源消耗"，从而造成AR眼镜的显示画面会产生亮暗不均的现象。

一维扩瞳（左一）和二维扩瞳（右一）光线传播路线

图片来源：WaveOptics

如果把光波导比作一条高速公路，耦入/出区就是收费站。收费站“分流”设计不合理，会导致部分车道（耦出区域）“车多拥堵”，部分车道（耦出区域）“空空如也”。

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因此，入口能量分布不均，无论后续路段再怎么“修路”，亮度也补不回来。

一维光栅扩瞳存在转折区，转折区就像高速公路的立交桥，负责把光线“分流”到耦出区。而光栅结构参数偏差则会导致光线“分流不均”，部分光线提前逃逸，部分光线堵在死角。

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最终使耦出区接收到的能量分布像“被啃过的苹果”，在边缘存在“缺口”。

光刻、刻蚀以及纳米压印中纳米级的微小误差如同多米诺骨牌效应，牵一发而动全身，误差累积可能导致光栅周期、占空比、侧壁角度集体“跑偏”。

光栅示意图

图片来源：广纳四维

于是显示效果中缺陷会被无限放大，如肉眼可见的亮度差，尤其在纯色画面下，明暗区域对比格外“刺眼”。