深圳(zhen)墨思維爾科技(ji)有限公司(si)CTO張秦博在2025中國國際Mini/Micro-LED產(chan)業技(ji)術峰會上發表(biao)《新一代(dai)超表(biao)面(mian)光波導 加速AR顯示技(ji)術革命》主題報告(gao)。
眼鏡形態的(de)可穿(chuan)戴智(zhi)能設備，目(mu)前正在面臨(lin)全(quan)新的(de)市(shi)場(chang)機遇！
最初的音頻眼(yan)鏡，僅具(ju)有聽歌(ge)、通話等簡單音頻功能(neng)，不具(ju)備(bei)非(fei)常高(gao)的智(zhi)能(neng)功能(neng)，這個(ge)階段的市場驗(yan)證是，用戶對(dui)于可(ke)穿(chuan)戴(dai)設備(bei)的認可(ke)度(du)和接受度(du)比較高(gao)。
第二(er)個階段是(shi)以Meta和(he)雷朋眼(yan)鏡(jing)(jing)合作的AI眼(yan)鏡(jing)(jing)為(wei)代表，這款合作眼(yan)鏡(jing)(jing)在語音功能(neng)基礎(chu)上加入(ru)了攝像頭(tou)，同時還接入(ru)了Meta自身的語言大模型(xing)，可以支持AI識(shi)別以及一些(xie)拍照(zhao)和(he)錄視頻的功能(neng)，這款眼(yan)鏡(jing)(jing)銷量達到了200萬部，也證明了AI智能(neng)眼(yan)鏡(jing)(jing)設備市場(chang)非常(chang)廣闊。
墨思維爾公司瞄準第三階段：AR顯(xian)(xian)示+AI智(zhi)能(neng)(neng)眼(yan)鏡(jing)(jing)的(de)(de)時代。在AI眼(yan)鏡(jing)(jing)的(de)(de)基礎上(shang)，加上(shang)AR顯(xian)(xian)示功能(neng)(neng)，可以(yi)實現多模態的(de)(de)感知以(yi)及實時的(de)(de)交互(hu)和顯(xian)(xian)示，這樣可以(yi)真正(zheng)打(da)造(zao)虛實融合交互(hu)的(de)(de)新(xin)形式。墨思維爾認為(wei)(wei)，這就是(shi)真正(zheng)創新(xin)的(de)(de)主戰場，也(ye)是(shi)許多公司新(xin)的(de)(de)機遇。目前，中國市場提供了完整的(de)(de)消費電子的(de)(de)供應鏈(lian)，也(ye)有蓬勃(bo)發展的(de)(de)AI大模型，再加上(shang)不(bu)斷發展的(de)(de)光學顯(xian)(xian)示技術，為(wei)(wei)AR+AI智(zhi)能(neng)(neng)眼(yan)鏡(jing)(jing)提供了非常(chang)豐富的(de)(de)發展土壤。
AR設(she)備有兩個(ge)(ge)(ge)(ge)核心的(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)，一是(shi)(shi)形(xing)態(tai)，二(er)是(shi)(shi)體驗(yan)。作(zuo)為(wei)(wei)要戴(dai)在鼻(bi)梁(liang)上的(de)(de)設(she)備，希望設(she)備輕(qing)便、無感，同時(shi)作(zuo)為(wei)(wei)一個(ge)(ge)(ge)(ge)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)設(she)備，希望顯(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)功能(neng)(neng)(neng)強勁(jing)，沉浸感強。目(mu)前(qian)有兩個(ge)(ge)(ge)(ge)解決的(de)(de)方案。以(yi)蘋(pin)果的(de)(de)Vision Pro作(zuo)為(wei)(wei)代表(biao)的(de)(de)視頻透(tou)視設(she)備 ，通過(guo)攝像頭(tou)捕(bu)捉周圍環境，再通過(guo)眼(yan)鏡(jing)(jing)內部的(de)(de)微顯(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)屏將(jiang)環境還(huan)原出來。這(zhe)個(ge)(ge)(ge)(ge)方案雖然提供(gong)了非(fei)常好的(de)(de)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)效果，但是(shi)(shi)由于(yu)設(she)備本身太(tai)過(guo)龐大(da)和笨重，佩戴(dai)時(shi)間(jian)不能(neng)(neng)(neng)太(tai)長，長期使用的(de)(de)舒適(shi)度也(ye)很(hen)低。還(huan)有以(yi)BB（Birdbath）主導的(de)(de)光(guang)學(xue)透(tou)視方案，目(mu)的(de)(de)是(shi)(shi)將(jiang)Vision Pro VR的(de)(de)形(xing)式縮小(xiao)到眼(yan)鏡(jing)(jing)的(de)(de)形(xing)態(tai)，但是(shi)(shi)為(wei)(wei)了達到很(hen)好的(de)(de)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)(shi)效果，對(dui)于(yu)環境光(guang)的(de)(de)透(tou)過(guo)率非(fei)常低，僅(jin)僅(jin)只有10%，外觀(guan)也(ye)因此要折(zhe)中，所以(yi)外觀(guan)不是(shi)(shi)非(fei)常美觀(guan)，作(zuo)為(wei)(wei)一個(ge)(ge)(ge)(ge)眼(yan)鏡(jing)(jing)其視頻功能(neng)(neng)(neng)也(ye)不太(tai)能(neng)(neng)(neng)滿(man)足。
Meta推出的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)比較符合我們對于AR智能(neng)設備(bei)的(de)(de)(de)期待，但(dan)(dan)(dan)是還是會面臨(lin)成本(ben)非常高無法(fa)實現量(liang)產(chan)的(de)(de)(de)問題，同(tong)時仍(reng)然(ran)也被傳統的(de)(de)(de)光(guang)波導光(guang)學結構(gou)所限(xian)制，仍(reng)然(ran)存在漏(lou)光(guang)以及色差的(de)(de)(de)問題。但(dan)(dan)(dan)是，Meta這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)方向也指明了(le)光(guang)波導確實是實現小型化(hua)、輕量(liang)化(hua)、AI顯示最(zui)佳(jia)的(de)(de)(de)光(guang)學技術，這(zhe)(zhe)個眼鏡仍(reng)然(ran)有一些缺點(dian)，但(dan)(dan)(dan)這(zhe)(zhe)些也給帶來很多(duo)的(de)(de)(de)創新和發展的(de)(de)(de)空間。
接下來看(kan)AR 光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)的(de)(de)(de)(de)工作原(yuan)理與核心矛盾。AR光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)需(xu)要(yao)超小(xiao)(xiao)型的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)機，從光(guang)(guang)(guang)機發出(chu)光(guang)(guang)(guang)，入射(she)(she)(she)到光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)耦(ou)入光(guang)(guang)(guang)柵(zha)，耦(ou)入光(guang)(guang)(guang)柵(zha)會將入射(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)衍射(she)(she)(she)并在光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)進(jin)行內旋再(zai)反射(she)(she)(she)傳(chuan)播。我們在光(guang)(guang)(guang)波(bo)(bo)導(dao)內再(zai)設(she)計一系列的(de)(de)(de)(de)轉折光(guang)(guang)(guang)柵(zha)，可(ke)以對波(bo)(bo)導(dao)進(jin)行一維的(de)(de)(de)(de)擴統(tong)，在內旋反射(she)(she)(she)傳(chuan)播到耦(ou)出(chu)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)，最后(hou)被人眼所看(kan)到，這(zhe)里面的(de)(de)(de)(de)每一環(huan)都至關重要(yao)，環(huan)環(huan)相扣(kou)。光(guang)(guang)(guang)機需(xu)要(yao)高(gao)亮度(du)、小(xiao)(xiao)體(ti)積，高(gao)效率(lv)，也(ye)(ye)要(yao)有很高(gao)的(de)(de)(de)(de)均勻性。波(bo)(bo)導(dao)要(yao)能讓更(geng)多(duo)角度(du)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)進(jin)行內旋反射(she)(she)(she)，我們最后(hou)希望的(de)(de)(de)(de)是有很大的(de)(de)(de)(de)顯示，由(you)于傳(chuan)統(tong)光(guang)(guang)(guang)圈(quan)的(de)(de)(de)(de)限制目前面臨不可(ke)能的(de)(de)(de)(de)三(san)角形，如(ru)果(guo)要(yao)實現全彩(cai)的(de)(de)(de)(de)顯示就(jiu)無(wu)法(fa)獲得很大的(de)(de)(de)(de)視場角和(he)非(fei)常輕(qing)量(liang)的(de)(de)(de)(de)設(she)計，如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)很輕(qing)量(liang)的(de)(de)(de)(de)眼鏡(jing)就(jiu)無(wu)法(fa)獲得比較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)全彩(cai)效果(guo)，以及視場角也(ye)(ye)會受限。
目前，傳統的光(guang)波導面臨一些問題。
色差(cha)的(de)(de)問題(ti)(ti)。由于傳統衍(yan)射(she)(she)光(guang)(guang)柵的(de)(de)限制，不(bu)同(tong)波(bo)(bo)長的(de)(de)光(guang)(guang)入射(she)(she)到(dao)光(guang)(guang)柵時會產生(sheng)不(bu)同(tong)的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)角，這個角在(zai)波(bo)(bo)導內(nei)進行多次(ci)的(de)(de)內(nei)旋(xuan)反射(she)(she)之后，色差(cha)會不(bu)斷放大，最(zui)后到(dao)耦(ou)出光(guang)(guang)圈時，衍(yan)射(she)(she)的(de)(de)均勻性就會得(de)到(dao)非常(chang)大的(de)(de)影響。為了解(jie)決衍(yan)射(she)(she)光(guang)(guang)柵對(dui)(dui)于不(bu)同(tong)波(bo)(bo)長光(guang)(guang)衍(yan)射(she)(she)角不(bu)同(tong)的(de)(de)問題(ti)(ti)，有的(de)(de)企(qi)業使用三(san)層(ceng)的(de)(de)波(bo)(bo)導，分別傳輸紅(hong)綠藍(lan)三(san)色光(guang)(guang)，以獲得(de)全彩和大視場的(de)(de)體驗。三(san)層(ceng)波(bo)(bo)導的(de)(de)問題(ti)(ti)，一是鏡片厚度(du)非常(chang)厚，同(tong)時加工成本也成倍(bei)提升，需要(yao)非常(chang)好(hao)的(de)(de)對(dui)(dui)準(zhun)精度(du)，三(san)層(ceng)的(de)(de)波(bo)(bo)導也對(dui)(dui)對(dui)(dui)比度(du)、清晰度(du)造成一定(ding)的(de)(de)影響。
視(shi)場(chang)角的(de)(de)(de)(de)限(xian)制。光需要在波(bo)導內進行內旋反射的(de)(de)(de)(de)傳播，波(bo)導的(de)(de)(de)(de)折(zhe)射率是(shi)影響可傳輸角度(du)(du)非常大的(de)(de)(de)(de)因(yin)素(su)，因(yin)此限(xian)制視(shi)場(chang)角第一個(ge)因(yin)素(su)就是(shi)波(bo)導的(de)(de)(de)(de)折(zhe)射率，同(tong)時(shi)由(you)(you)于傳統的(de)(de)(de)(de)波(bo)導無法消除色差，紅(hong)光和藍(lan)光兩個(ge)波(bo)長(chang)相距比較大的(de)(de)(de)(de)光在波(bo)導內的(de)(de)(de)(de)傳播角度(du)(du)，同(tong)時(shi)也(ye)要被考慮(lv)進去(qu)。在色差影響下，波(bo)導的(de)(de)(de)(de)視(shi)場(chang)角限(xian)制在20度(du)(du)以(yi)(yi)內，能夠將色差消除的(de)(de)(de)(de)話，將波(bo)導的(de)(de)(de)(de)視(shi)場(chang)角由(you)(you)20度(du)(du)可以(yi)(yi)突破到(dao)60、70度(du)(du)。
效率和均(jun)勻性(xing)(xing)。無法避免入(ru)(ru)射光(guang)可能會和耦入(ru)(ru)光(guang)柵(zha)(zha)進行多次的入(ru)(ru)射，當(dang)入(ru)(ru)射光(guang)第(di)二次與耦入(ru)(ru)光(guang)柵(zha)(zha)接觸的時候，有(you)很大一部(bu)分能量就會漏出光(guang)柵(zha)(zha)，導致(zhi)在耦出光(guang)柵(zha)(zha)的均(jun)勻性(xing)(xing)得(de)到非常大的影響。
彩虹(hong)效(xiao)應。環(huan)境(jing)(jing)光打到耦出(chu)(chu)(chu)光柵(zha)時，會在(zai)人眼中呈(cheng)現一(yi)(yi)些彩虹(hong)的(de)紋路，這(zhe)樣非常影響用戶(hu)的(de)觀(guan)看體驗，同(tong)時，耦出(chu)(chu)(chu)光柵(zha)的(de)漏光問題，不可避免(mian)一(yi)(yi)些光耦出(chu)(chu)(chu)到環(huan)境(jing)(jing)之中，被外(wai)界的(de)人看到，這(zhe)樣對(dui)眼鏡的(de)美觀(guan)度(du)和隱私有一(yi)(yi)定的(de)影響。
當我(wo)們意識(shi)到(dao)傳統(tong)光柵有如此多的(de)問題(ti)，墨思維爾(er)不打算繼續在傳統(tong)光柵上(shang)研究，瞄準的(de)是(shi)超表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)結(jie)構(gou)，通過超表(biao)(biao)面(mian)(mian)結(jie)構(gou)，希望能夠突破傳統(tong)光柵的(de)一些限制。
傳統光柵由于結構比(bi)較有限制，在優化的時候，設計的參數(shu)非常(chang)有限，墨思維爾使用超表面光柵的時候，就有更多的優化參數(shu)可以(yi)選擇，多種參數(shu)配合，可以(yi)滿足更高的設計要求(qiu)。
傳統光(guang)柵的(de)視場角由于存在色(se)差的(de)問題，傳統光(guang)柵的(de)單片全彩的(de)視場角被(bei)限制(zhi)在30度以(yi)內，如果(guo)使用超表面的(de)光(guang)柵，可以(yi)將視場角突破到(dao)60度以(yi)上。
傳統的光(guang)柵(zha)由于無法消(xiao)除(chu)色(se)散，如果要實現全(quan)彩(cai)顯示必須要堆疊多層的波(bo)導，超表面光(guang)柵(zha)將色(se)差(cha)消(xiao)除(chu)之后可(ke)以使用(yong)單片波(bo)導實現全(quan)彩(cai)的高保(bao)障顯示。
傳統的(de)(de)光柵效(xiao)率(lv)比較低，不僅是光柵的(de)(de)效(xiao)率(lv)低，為了配合全(quan)彩顯(xian)示(shi)，為了減輕(qing)色差的(de)(de)影響(xiang)，光機部分也(ye)需要對應(ying)調整(zheng)每個紅綠(lv)藍(lan)三個亮(liang)度(du)，也(ye)能得(de)(de)到(dao)比較好的(de)(de)色彩顯(xian)示(shi)。如果使(shi)用(yong)超表面光柵將色差消(xiao)除之后，光機的(de)(de)性能也(ye)能得(de)(de)到(dao)全(quan)面的(de)(de)釋放(fang)。
彩虹(hong)效應方面(mian)，在實現大視(shi)場(chang)角的情(qing)況下，傳統光圈會有非(fei)常嚴重的彩虹(hong)效應，超表面(mian)經過參數的優化之(zhi)后，可(ke)以將非(fei)常好地(di)控制(zhi)彩虹(hong)效應。
最后就是漏(lou)光(guang)的影響，我們在設計中可以(yi)考慮進去，將超表面(mian)光(guang)柵這一系列的技術積(ji)累，從量變(bian)到質變(bian)，最終(zhong)的眼(yan)鏡形態可以(yi)擁有更(geng)輕薄的形態，更(geng)長(chang)的續航以(yi)及(ji)更(geng)低的成本，真正(zheng)的為沉浸(jin)式(shi)的AI體驗帶來可能。
拓撲(pu)優(you)(you)化(hua)(hua)算法也是(shi)墨思維爾一(yi)(yi)項核心的(de)(de)技術力。傳統的(de)(de)光(guang)柵(zha)設計(ji)需要使(shi)用參(can)數掃描以及(ji)經驗計(ji)算的(de)(de)方法設計(ji)光(guang)柵(zha)，而墨思維爾使(shi)用的(de)(de)是(shi)自研的(de)(de)逆向優(you)(you)化(hua)(hua)辦法，通(tong)過一(yi)(yi)次正向的(de)(de)傳播以及(ji)一(yi)(yi)次逆向的(de)(de)伴隨優(you)(you)化(hua)(hua)，可以輕松得到空(kong)間(jian)內每(mei)一(yi)(yi)個(ge)位置(zhi)對于整(zheng)體(ti)光(guang)學結構的(de)(de)影響，同時再加(jia)入多目標優(you)(you)化(hua)(hua)，同時優(you)(you)化(hua)(hua)視(shi)場角(jiao)、色差、效率，多個(ge)參(can)數同時進行(xing)，最(zui)(zui)后在(zai)迭(die)代中還要加(jia)入尺(chi)寸的(de)(de)制(zhi)約，使(shi)超表面光(guang)柵(zha)能夠可加(jia)工(gong)，最(zui)(zui)后設計(ji)出(chu)來的(de)(de)光(guang)柵(zha)最(zui)(zui)小線寬大概在(zai)60nm左右，完(wan)全符(fu)合(he)現在(zai)工(gong)業的(de)(de)設計(ji)最(zui)(zui)小線寬。
墨(mo)思維爾目前的第一代產品(pin)在耦入端使用(yong)的是(shi)(shi)超表面(mian)的光(guang)柵(zha)設計，消(xiao)除(chu)了色差之后，紅綠藍三(san)色光(guang)可以在波導內以精確的位(wei)置進行傳輸，當傳出到耦出光(guang)柵(zha)之后，三(san)色光(guang)也會以精確的位(wei)置出色并且合色。墨(mo)思維爾有三(san)項突破：一是(shi)(shi)消(xiao)除(chu)了顯(xian)(xian)示色差，二(er)是(shi)(shi)突破傳統光(guang)柵(zha)所(suo)達不到的視場角，三(san)是(shi)(shi)單(dan)片中(zhong)實現全彩(cai)的顯(xian)(xian)示。
來(lai)看傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)柵(zha)(zha)顯(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果和超(chao)(chao)表面(mian)光(guang)柵(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果對比。傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)光(guang)柵(zha)(zha)在顯(xian)(xian)示(shi)純白文字，周邊會存在色(se)彩(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)失真，視(shi)(shi)場(chang)角(jiao)非常受限(xian)(xian)，影(ying)響沉浸(jin)感。傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)柵(zha)(zha)目前已(yi)經達到(dao)(dao)優化的(de)(de)(de)(de)(de)極限(xian)(xian)，它的(de)(de)(de)(de)(de)迭(die)代速度慢(man)(man)慢(man)(man)降(jiang)下來(lai)。超(chao)(chao)表面(mian)光(guang)柵(zha)(zha)消除了色(se)差得到(dao)(dao)了非常好的(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)勻全彩(cai)顯(xian)(xian)示(shi)，同時也突破(po)了傳(chuan)(chuan)統光(guang)柵(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)視(shi)(shi)場(chang)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)(xian)制，也建立了非常好的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術代差，超(chao)(chao)表面(mian)光(guang)柵(zha)(zha)是領(ling)先行業至(zhi)少(shao)一到(dao)(dao)兩年。墨思(si)維(wei)爾自研的(de)(de)(de)(de)(de)算法可以幫助(zhu)自身(shen)產品進(jin)行快速的(de)(de)(de)(de)(de)迭(die)代。
2025年是墨(mo)思維(wei)(wei)爾(er)的創(chuang)業元年，主要(yao)任(ren)務(wu)是完(wan)(wan)善拓撲優化算(suan)法，繼續迭代研發超表面(mian)光(guang)波導。希(xi)望(wang)在2026實現初步的小規模量產(chan)。也期待(dai)與(yu)(yu)戰略(lve)伙伴進行(xing)(xing)密切的合作，將墨(mo)思維(wei)(wei)爾(er)的技術優勢轉(zhuan)化為產(chan)品(pin)優勢，在2027年能夠達到行(xing)(xing)業領先的水平，建立(li)品(pin)牌的影響(xiang)，同(tong)時參與(yu)(yu)制(zhi)定行(xing)(xing)業的標(biao)準，為光(guang)波導提供(gong)一套(tao)完(wan)(wan)整的解決方案(an)。
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