深圳墨思維爾科技有限公司CTO張秦博在2025中國國際Mini/Micro-LED產業技術峰會上發表《新一代超表面光波導 加速AR顯示技術革命》主題報告。
眼鏡形態的可穿戴智能設備，目前正在面臨全新的市場機遇！
最初的音頻眼鏡，僅具有聽歌、通話等簡單音頻功能，不具備非常高的智能功能，這個階段的市場驗證是，用戶對于可穿戴設備的認可度和接受度比較高。
第二個階段是以Meta和雷朋眼鏡合作的AI眼鏡為代表，這款合作眼鏡在語音功能基礎上加入了攝像頭，同時還接入了Meta自身的語言大模型，可以支持AI識別以及一些拍照和錄視頻的功能，這款眼鏡銷量達到了200萬部，也證明了AI智能眼鏡設備市場非常廣闊。
墨思維爾公司瞄準第三階段：AR顯示+AI智能眼鏡的時代。在AI眼鏡的基礎上，加上AR顯示功能，可以實現多模態的感知以及實時的交互和顯示，這樣可以真正打造虛實融合交互的新形式。墨思維爾認為，這就是真正創新的主戰場，也是許多公司新的機遇。目前，中國市場提供了完整的消費電子的供應鏈，也有蓬勃發展的AI大模型，再加上不斷發展的光學顯示技術，為AR+AI智能眼鏡提供了非常豐富的發展土壤。
AR設備有兩個核心的功能，一是形態，二是體驗。作為要戴在鼻梁上的設備，希望設備輕便、無感，同時作為一個顯示的設備，希望顯示功能強勁，沉浸感強。目前有兩個解決的方案。以蘋果的Vision Pro作為代表的視頻透視設備 ，通過攝像頭捕捉周圍環境，再通過眼鏡內部的微顯示屏將環境還原出來。這個方案雖然提供了非常好的顯示效果，但是由于設備本身太過龐大和笨重，佩戴時間不能太長，長期使用的舒適度也很低。還有以BB（Birdbath）主導的光學透視方案，目的是將Vision Pro VR的形式縮小到眼鏡的形態，但是為了達到很好的顯示效果，對于環境光的透過率非常低，僅僅只有10%，外觀也因此要折中，所以外觀不是非常美觀，作為一個眼鏡其視頻功能也不太能滿足。
Meta推出的產品比較符合我們對于AR智能設備的期待，但是還是會面臨成本非常高無法實現量產的問題，同時仍然也被傳統的光波導光學結構所限制，仍然存在漏光以及色差的問題。但是，Meta這樣的方向也指明了光波導確實是實現小型化、輕量化、AI顯示最佳的光學技術，這個眼鏡仍然有一些缺點，但這些也給帶來很多的創新和發展的空間。
接下來看AR 光波導的工作原理與核心矛盾。AR光波導需要超小型的光機，從光機發出光，入射到光波導耦入光柵，耦入光柵會將入射光衍射并在光波導進行內旋再反射傳播。我們在光波導內再設計一系列的轉折光柵，可以對波導進行一維的擴統，在內旋反射傳播到耦出光柵，最后被人眼所看到，這里面的每一環都至關重要，環環相扣。光機需要高亮度、小體積，高效率，也要有很高的均勻性。波導要能讓更多角度的光進行內旋反射，我們最后希望的是有很大的顯示，由于傳統光圈的限制目前面臨不可能的三角形，如果要實現全彩的顯示就無法獲得很大的視場角和非常輕量的設計，如果需要很輕量的眼鏡就無法獲得比較好的全彩效果，以及視場角也會受限。
目前，傳統的光波導面臨一些問題。
色差的問題。由于傳統衍射光柵的限制，不同波長的光入射到光柵時會產生不同的衍射角，這個角在波導內進行多次的內旋反射之后，色差會不斷放大，最后到耦出光圈時，衍射的均勻性就會得到非常大的影響。為了解決衍射光柵對于不同波長光衍射角不同的問題，有的企業使用三層的波導，分別傳輸紅綠藍三色光，以獲得全彩和大視場的體驗。三層波導的問題，一是鏡片厚度非常厚，同時加工成本也成倍提升，需要非常好的對準精度，三層的波導也對對比度、清晰度造成一定的影響。
視場角的限制。光需要在波導內進行內旋反射的傳播，波導的折射率是影響可傳輸角度非常大的因素，因此限制視場角第一個因素就是波導的折射率，同時由于傳統的波導無法消除色差，紅光和藍光兩個波長相距比較大的光在波導內的傳播角度，同時也要被考慮進去。在色差影響下，波導的視場角限制在20度以內，能夠將色差消除的話，將波導的視場角由20度可以突破到60、70度。
效率和均勻性。無法避免入射光可能會和耦入光柵進行多次的入射，當入射光第二次與耦入光柵接觸的時候，有很大一部分能量就會漏出光柵，導致在耦出光柵的均勻性得到非常大的影響。
彩虹效應。環境光打到耦出光柵時，會在人眼中呈現一些彩虹的紋路，這樣非常影響用戶的觀看體驗，同時，耦出光柵的漏光問題，不可避免一些光耦出到環境之中，被外界的人看到，這樣對眼鏡的美觀度和隱私有一定的影響。
當我們意識到傳統光柵有如此多的問題，墨思維爾不打算繼續在傳統光柵上研究，瞄準的是超表面的結構，通過超表面結構，希望能夠突破傳統光柵的一些限制。
傳統光柵由于結構比較有限制，在優化的時候，設計的參數非常有限，墨思維爾使用超表面光柵的時候，就有更多的優化參數可以選擇，多種參數配合，可以滿足更高的設計要求。
傳統光柵的視場角由于存在色差的問題，傳統光柵的單片全彩的視場角被限制在30度以內，如果使用超表面的光柵，可以將視場角突破到60度以上。
傳統的光柵由于無法消除色散，如果要實現全彩顯示必須要堆疊多層的波導，超表面光柵將色差消除之后可以使用單片波導實現全彩的高保障顯示。
傳統的光柵效率比較低，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，光機部分也需要對應調整每個紅綠藍三個亮度，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，光機的性能也能得到全面的釋放。
彩虹效應方面，在實現大視場角的情況下，傳統光圈會有非常嚴重的彩虹效應，超表面經過參數的優化之后，可以將非常好地控制彩虹效應。
最后就是漏光的影響，我們在設計中可以考慮進去，將超表面光柵這一系列的技術積累，從量變到質變，最終的眼鏡形態可以擁有更輕薄的形態，更長的續航以及更低的成本，真正的為沉浸式的AI體驗帶來可能。
拓撲優化算法也是墨思維爾一項核心的技術力。傳統的光柵設計需要使用參數掃描以及經驗計算的方法設計光柵，而墨思維爾使用的是自研的逆向優化辦法，通過一次正向的傳播以及一次逆向的伴隨優化，可以輕松得到空間內每一個位置對于整體光學結構的影響，同時再加入多目標優化，同時優化視場角、色差、效率，多個參數同時進行，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，最后設計出來的光柵最小線寬大概在60nm左右，完全符合現在工業的設計最小線寬。
墨思維爾目前的第一代產品在耦入端使用的是超表面的光柵設計，消除了色差之后，紅綠藍三色光可以在波導內以精確的位置進行傳輸，當傳出到耦出光柵之后，三色光也會以精確的位置出色并且合色。墨思維爾有三項突破：一是消除了顯示色差，二是突破傳統光柵所達不到的視場角，三是單片中實現全彩的顯示。
來看傳統的光柵顯示效果和超表面光柵的顯示效果對比。傳統的顯示光柵在顯示純白文字，周邊會存在色彩的失真，視場角非常受限，影響沉浸感。傳統的光柵目前已經達到優化的極限，它的迭代速度慢慢降下來。超表面光柵消除了色差得到了非常好的均勻全彩顯示，同時也突破了傳統光柵的視場角的限制，也建立了非常好的技術代差，超表面光柵是領先行業至少一到兩年。墨思維爾自研的算法可以幫助自身產品進行快速的迭代。
2025年是墨思維爾的創業元年，主要任務是完善拓撲優化算法，繼續迭代研發超表面光波導。希望在2026實現初步的小規模量產。也期待與戰略伙伴進行密切的合作，將墨思維爾的技術優勢轉化為產品優勢，在2027年能夠達到行業領先的水平，建立品牌的影響，同時參與制定行業的標準，為光波導提供一套完整的解決方案。
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