增强现实（AR）是将虚拟环境信息与真实环境“无缝”融合的一种技术。AR依靠光学系统创建出虚拟环境信息，通过与现实环境的叠加融合，对真实环境进行信息标注，从而使这两种环境成为一个整体，增强人类的感知，甚至超越原来的感官体验。AR系统的硬件主要为一台能够进行实时仿真的计算机，通过计算机使用视觉输出显示器将虚拟的信息与现实信息合成，同步并映射到现实环境中。
目前，最受关注的AR光学系统是透视头戴式显示器（HMD），简称头显，也称为透视近眼显示器或抬头显示器（HUD）。与在VR设备一样，用户可以借助各种具有运动感知与响应功能的可穿戴设备（例如触觉手套）、音频反馈设备，以及身体、头部和眼动追踪仪来与虚拟环境进行互动。不过在AR系统中，用户还能与现实世界中的对象进行互动。
AR的光学系统工作原理是将显示器上的图像投影到用户前方的虚拟图像/显示器。与当前真实环境相叠加。 这个显示器可以是头戴式显示器、手持式显示器（例如数字平板电脑）或安装式显示器（例如挡风玻璃）。
通常，AR光学系统包括光源（显示器）、接收器（眼睛）和光学元件（透镜）。
图1：AR眼镜示意图（经许可后转载。© The Optical Society。）：
（a）拟设系统中AR图像的侧视图和光束路径。光学透镜既可用于图像校正，也可用于AR图像的波导。微型显示器发出的光线经过光束整形透镜折射后，通过耦合棱镜进入光学透镜，并在距透镜一定距离处形成放大的虚拟图像。
（b）处方AR眼镜中几何参数的详细示意图。
（c）光学元件的3D图。
在头显中，像差对图像质量的影响与其他光学系统中相似。轴向色差、球差、彗差、像散和场曲等像差会导致图像模糊。畸变、彗差和横向色差等像差会导致图像扭曲。像差控制在AR头显光学系统的设计中非常重要。图2显示了一个全反射自由曲面设计示例，其中（a）显示了系统设计，（b）显示了测试对象，（c）提供了初始系统的图像仿真结果，而（d）显示了优化后的图像。在这个示例中，我们可以了解优化在减少像差和畸变方面的能力。
由于做到FOV和人眼的分辨率匹配颇具挑战性，因此通常需要根据具体的要求来权衡FOV、重量（光学元件的体积、数量）、分辨率、光瞳大小（眼动范围）、眼睛间隙和微型显示器尺寸。其中的一些权衡可以通过技术改进来解决。下文列出了一些可能的解决方案：FOV和分辨率之间的权衡可通过嵌入式高分辨率图像、部分双目重叠、空间分块，时间分割，以及衍射级分块来解决。FOV和光瞳大小之间的权衡可通过将出射光瞳复制到阵列中并采用眼动追踪设备来解决。
新思科技提供了一整套研究AR/VR设备的工具。设计AR光学系统需要多个软件。光学开发者需要软件来创建和优化成像系统，分析光路中的杂散光，并设计衍射光学元件。机械开发者需要一个CAD套件来绘制系统布局并完成热分析和结构分析。AR系统还可能需要电气开发者来实现眼动追踪并将信号发送到光学系统。
工作流程：
衍射光栅将光耦合到波导板中，然后再耦合到人眼中。合理的光栅设计能使光学系统生成出色的图像。在光栅的设计和优化方面，开发者可以基于任何级次或级次组合的衍射角、效率等来优化光栅。
光栅构建完毕后，开发者可直接将双向散射分布函数（BSDF）信息和布局文件导出到LightTools来定义曲面特性。 所有衍射特性都会包含在RSoft BSDF文件中，其中包括曲面（薄膜、图案等）的光散射相关信息。
抬头显示器（HUD）通过显示器上的图像来增强驾驶员的视野。开发者需要软件来对穿过挡风玻璃的光线进行建模，并评估投影图像的质量。
CODE V具有强大的功能，可用于HUD设计领域的各种应用，来帮助应对各种光学机械系统设计挑战。开发者可以利用CODE V光学设计软件来实现CAD可视化，并通过导入相关数据来进行光线追踪。当将挡风玻璃建模为组合器时，CODE V可以适应新的自由曲面，其灵活性可以提供巨大的设计自由度，帮助开发者实现紧凑型设计。随着人眼显示分辨率的增加（更高密度的显示像素），加上外形越来越紧凑，新的自由曲面类型可以实现增强的像差控制。
设计完成后，务必要根据预期标准和实际系统性能来检查最终系统性能。这时，开发者便可以使用LightTools来进行仿真。 在LightTools中根据代表要显示图像的、且具有颜色光谱信息的物体所做的反向光线追迹可以为模型场景中的观察者展示一幅投影出的HUD的像；LightTools仿真还有助于发现系统中任何意想不到的杂散光造成的图像或反射问题。此外，开发者可以使用LightTools CAD导入和测量工具来确定：
LightTools能够对现实世界的光学系统性能进行仿真，这是新思科技光学解决方案产品用户在开发和设计工作中享有的一大优势。
在增强现实（AR）情景中，光学系统则捕捉真实环境并将虚拟环境映射到现实环境中，然后用视觉显示将二者无缝融合，加强用户的感官体验。而在虚拟现实（VR）情景中，光学系统仿真整个视觉环境，且显示器只需输出仿真环境。
AR光学系统和VR光学系统存在一些区别。
