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深圳墨思維爾科技有限公司CTO張秦博在2025中國(guó)國(guó)際Mini/Micro-LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會(huì)上發(fā)表《新一代超表面光波導(dǎo) 加速AR顯示技術(shù)革命》主題報(bào)告。

眼鏡形態(tài)的可穿戴智能設(shè)備，目前正在面臨全新的市場(chǎng)機(jī)遇！

最初的音頻眼鏡，僅具有聽(tīng)歌、通話(huà)等簡(jiǎn)單音頻功能，不具備非常高的智能功能，這個(gè)階段的市場(chǎng)驗(yàn)證是，用戶(hù)對(duì)于可穿戴設(shè)備的認(rèn)可度和接受度比較高。

第二個(gè)階段是以Meta和雷朋眼鏡合作的AI眼鏡為代表，這款合作眼鏡在語(yǔ)音功能基礎(chǔ)上加入了攝像頭，同時(shí)還接入了Meta自身的語(yǔ)言大模型，可以支持AI識(shí)別以及一些拍照和錄視頻的功能，這款眼鏡銷(xiāo)量達(dá)到了200萬(wàn)部，也證明了AI智能眼鏡設(shè)備市場(chǎng)非常廣闊。

墨思維爾公司瞄準(zhǔn)第三階段：AR顯示+AI智能眼鏡的時(shí)代。在AI眼鏡的基礎(chǔ)上，加上AR顯示功能，可以實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的感知以及實(shí)時(shí)的交互和顯示，這樣可以真正打造虛實(shí)融合交互的新形式。墨思維爾認(rèn)為，這就是真正創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng)，也是許多公司新的機(jī)遇。目前，中國(guó)市場(chǎng)提供了完整的消費(fèi)電子的供應(yīng)鏈，也有蓬勃發(fā)展的AI大模型，再加上不斷發(fā)展的光學(xué)顯示技術(shù)，為AR+AI智能眼鏡提供了非常豐富的發(fā)展土壤。

AR設(shè)備有兩個(gè)核心的功能，一是形態(tài)，二是體驗(yàn)。作為要戴在鼻梁上的設(shè)備，希望設(shè)備輕便、無(wú)感，同時(shí)作為一個(gè)顯示的設(shè)備，希望顯示功能強(qiáng)勁，沉浸感強(qiáng)。目前有兩個(gè)解決的方案。以蘋(píng)果的Vision Pro作為代表的視頻透視設(shè)備 ，通過(guò)攝像頭捕捉周?chē)�環(huán)境，再通過(guò)眼鏡內(nèi)部的微顯示屏將環(huán)境還原出來(lái)。這個(gè)方案雖然提供了非常好的顯示效果，但是由于設(shè)備本身太過(guò)龐大和笨重，佩戴時(shí)間不能太長(zhǎng)，長(zhǎng)期使用的舒適度也很低。還有以BB（Birdbath）主導(dǎo)的光學(xué)透視方案，目的是將Vision Pro VR的形式縮小到眼鏡的形態(tài)，但是為了達(dá)到很好的顯示效果，對(duì)于環(huán)境光的透過(guò)率非常低，僅僅只有10%，外觀也因此要折中，所以外觀不是非常美觀，作為一個(gè)眼鏡其視頻功能也不太能滿(mǎn)足。

Meta推出的產(chǎn)品比較符合我們對(duì)于AR智能設(shè)備的期待，但是還是會(huì)面臨成本非常高無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的問(wèn)題，同時(shí)仍然也被傳統(tǒng)的光波導(dǎo)光學(xué)結(jié)構(gòu)所限制，仍然存在漏光以及色差的問(wèn)題。但是，Meta這樣的方向也指明了光波導(dǎo)確實(shí)是實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、AI顯示最佳的光學(xué)技術(shù)，這個(gè)眼鏡仍然有一些缺點(diǎn)，但這些也給帶來(lái)很多的創(chuàng)新和發(fā)展的空間。

接下來(lái)看AR 光波導(dǎo)的工作原理與核心矛盾。AR光波導(dǎo)需要超小型的光機(jī)，從光機(jī)發(fā)出光，入射到光波導(dǎo)耦入光柵，耦入光柵會(huì)將入射光衍射并在光波導(dǎo)進(jìn)行內(nèi)旋再反射傳播。我們?cè)诠獠▽?dǎo)內(nèi)再設(shè)計(jì)一系列的轉(zhuǎn)折光柵，可以對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行一維的擴(kuò)統(tǒng)，在內(nèi)旋反射傳播到耦出光柵，最后被人眼所看到，這里面的每一環(huán)都至關(guān)重要，環(huán)環(huán)相扣。光機(jī)需要高亮度、小體積，高效率，也要有很高的均勻性。波導(dǎo)要能讓更多角度的光進(jìn)行內(nèi)旋反射，我們最后希望的是有很大的顯示，由于傳統(tǒng)光圈的限制目前面臨不可能的三角形，如果要實(shí)現(xiàn)全彩的顯示就無(wú)法獲得很大的視場(chǎng)角和非常輕量的設(shè)計(jì)，如果需要很輕量的眼鏡就無(wú)法獲得比較好的全彩效果，以及視場(chǎng)角也會(huì)受限。

目前，傳統(tǒng)的光波導(dǎo)面臨一些問(wèn)題。

• 色差的問(wèn)題。由于傳統(tǒng)衍射光柵的限制，不同波長(zhǎng)的光入射到光柵時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的衍射角，這個(gè)角在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行多次的內(nèi)旋反射之后，色差會(huì)不斷放大，最后到耦出光圈時(shí)，衍射的均勻性就會(huì)得到非常大的影響。為了解決衍射光柵對(duì)于不同波長(zhǎng)光衍射角不同的問(wèn)題，有的企業(yè)使用三層的波導(dǎo)，分別傳輸紅綠藍(lán)三色光，以獲得全彩和大視場(chǎng)的體驗(yàn)。三層波導(dǎo)的問(wèn)題，一是鏡片厚度非常厚，同時(shí)加工成本也成倍提升，需要非常好的對(duì)準(zhǔn)精度，三層的波導(dǎo)也對(duì)對(duì)比度、清晰度造成一定的影響。

• 視場(chǎng)角的限制。光需要在波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行內(nèi)旋反射的傳播，波導(dǎo)的折射率是影響可傳輸角度非常大的因素，因此限制視場(chǎng)角第一個(gè)因素就是波導(dǎo)的折射率，同時(shí)由于傳統(tǒng)的波導(dǎo)無(wú)法消除色差，紅光和藍(lán)光兩個(gè)波長(zhǎng)相距比較大的光在波導(dǎo)內(nèi)的傳播角度，同時(shí)也要被考慮進(jìn)去。在色差影響下，波導(dǎo)的視場(chǎng)角限制在20度以?xún)?nèi)，能夠?qū)⑸�差消除的�?huà)，將波導(dǎo)的視場(chǎng)角由20度可以突破到60、70度。

• 效率和均勻性。無(wú)法避免入射光可能會(huì)和耦入光柵進(jìn)行多次的入射，當(dāng)入射光第二次與耦入光柵接觸的時(shí)候，有很大一部分能量就會(huì)漏出光柵，導(dǎo)致在耦出光柵的均勻性得到非常大的影響。

• 彩虹效應(yīng)。環(huán)境光打到耦出光柵時(shí)，會(huì)在人眼中呈現(xiàn)一些彩虹的紋路，這樣非常影響用戶(hù)的觀看體驗(yàn)，同時(shí)，耦出光柵的漏光問(wèn)題，不可避免一些光耦出到環(huán)境之中，被外界的人看到，這樣對(duì)眼鏡的美觀度和隱私有一定的影響。

當(dāng)我們意識(shí)到傳統(tǒng)光柵有如此多的問(wèn)題，墨思維爾不打算繼續(xù)在傳統(tǒng)光柵上研究，瞄準(zhǔn)的是超表面的結(jié)構(gòu)，通過(guò)超表面結(jié)構(gòu)，希望能夠突破傳統(tǒng)光柵的一些限制。

• 傳統(tǒng)光柵由于結(jié)構(gòu)比較有限制，在優(yōu)化的時(shí)候，設(shè)計(jì)的參數(shù)非常有限，墨思維爾使用超表面光柵的時(shí)候，就有更多的優(yōu)化參數(shù)可以選擇，多種參數(shù)配合，可以滿(mǎn)足更高的設(shè)計(jì)要求。

• 傳統(tǒng)光柵的視場(chǎng)角由于存在色差的問(wèn)題，傳統(tǒng)光柵的單片全彩的視場(chǎng)角被限制在30度以?xún)?nèi)，如果使用超表面的光柵，可以將視場(chǎng)角突破到60度以上。

• 傳統(tǒng)的光柵由于無(wú)法消除色散，如果要實(shí)現(xiàn)全彩顯示必須要堆疊多層的波導(dǎo)，超表面光柵將色差消除之后可以使用單片波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)全彩的高保障顯示。

• 傳統(tǒng)的光柵效率比較低，不僅是光柵的效率低，為了配合全彩顯示，為了減輕色差的影響，光機(jī)部分也需要對(duì)應(yīng)調(diào)整每個(gè)紅綠藍(lán)三個(gè)亮度，也能得到比較好的色彩顯示。如果使用超表面光柵將色差消除之后，光機(jī)的性能也能得到全面的釋放。

• 彩虹效應(yīng)方面，在實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角的情況下，傳統(tǒng)光圈會(huì)有非常嚴(yán)重的彩虹效應(yīng)，超表面經(jīng)過(guò)參數(shù)的優(yōu)化之后，可以將非常好地控制彩虹效應(yīng)。

• 最后就是漏光的影響，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中可以考慮進(jìn)去，將超表面光柵這一系列的技術(shù)積累，從量變到質(zhì)變，最終的眼鏡形態(tài)可以擁有更輕薄的形態(tài)，更長(zhǎng)的續(xù)航以及更低的成本，真正的為沉浸式的AI體驗(yàn)帶來(lái)可能。

拓?fù)鋬?yōu)化算法也是墨思維爾一項(xiàng)核心的技術(shù)力。傳統(tǒng)的光柵設(shè)計(jì)需要使用參數(shù)掃描以及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的方法設(shè)計(jì)光柵，而墨思維爾使用的是自研的逆向優(yōu)化辦法，通過(guò)一次正向的傳播以及一次逆向的伴隨優(yōu)化，可以輕松得到空間內(nèi)每一個(gè)位置對(duì)于整體光學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)再加入多目標(biāo)優(yōu)化，同時(shí)優(yōu)化視場(chǎng)角、色差、效率，多個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行，最后在迭代中還要加入尺寸的制約，使超表面光柵能夠可加工，最后設(shè)計(jì)出來(lái)的光柵最小線寬大概在60nm左右，完全符合現(xiàn)在工業(yè)的設(shè)計(jì)最小線寬。

墨思維爾目前的第一代產(chǎn)品在耦入端使用的是超表面的光柵設(shè)計(jì)，消除了色差之后，紅綠藍(lán)三色光可以在波導(dǎo)內(nèi)以精確的位置進(jìn)行傳輸，當(dāng)傳出到耦出光柵之后，三色光也會(huì)以精確的位置出色并且合色。墨思維爾有三項(xiàng)突破：一是消除了顯示色差，二是突破傳統(tǒng)光柵所達(dá)不到的視場(chǎng)角，三是單片中實(shí)現(xiàn)全彩的顯示。

來(lái)看傳統(tǒng)的光柵顯示效果和超表面光柵的顯示效果對(duì)比。傳統(tǒng)的顯示光柵在顯示純白文字，周邊會(huì)存在色彩的失真，視場(chǎng)角非常受限，影響沉浸感。傳統(tǒng)的光柵目前已經(jīng)達(dá)到優(yōu)化的極限，它的迭代速度慢慢降下來(lái)。超表面光柵消除了色差得到了非常好的均勻全彩顯示，同時(shí)也突破了傳統(tǒng)光柵的視場(chǎng)角的限制，也建立了非常好的技術(shù)代差，超表面光柵是領(lǐng)先行業(yè)至少一到兩年。墨思維爾自研的算法可以幫助自身產(chǎn)品進(jìn)行快速的迭代。

2025年是墨思維爾的創(chuàng)業(yè)元年，主要任務(wù)是完善拓?fù)鋬?yōu)化算法，繼續(xù)迭代研發(fā)超表面光波導(dǎo)。希望在2026實(shí)現(xiàn)初步的小規(guī)模量產(chǎn)。也期待與戰(zhàn)略伙伴進(jìn)行密切的合作，將墨思維爾的技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，在2027年能夠達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的水平，建立品牌的影響，同時(shí)參與制定行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，為光波導(dǎo)提供一套完整的解決方案。