光學(xué)技術(shù)革新風(fēng)暴！光學(xué)廠商聯(lián)手，AI 眼鏡光學(xué)器件體積亮度雙飛躍

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）歌爾股份在投資者交流活動(dòng)上提到，受益于 AI 人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有望呈現(xiàn)加速趨勢(shì)。AI+AR 的產(chǎn)品形態(tài)受到越來越多的關(guān)注，眾多行業(yè)頭部企業(yè)在此領(lǐng)域內(nèi)積極投入。AI 技術(shù)為 AR 產(chǎn)品帶來了新的應(yīng)用場(chǎng)景，加速了輕量化 AR 產(chǎn)品的發(fā)展進(jìn)程，而輕量化AR 產(chǎn)品的快速發(fā)展，將助推光學(xué)、微顯示等核心器件產(chǎn)品的發(fā)展成熟，最終對(duì)整個(gè) AR 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

可以看到，AR智能眼鏡對(duì)光學(xué)顯示技術(shù)有著更強(qiáng)的需求。AR眼鏡的顯示技術(shù)一般分為三大部分，一是被動(dòng)式微顯示技術(shù)，采用LCD或DLP/LCOS系統(tǒng)；二是主動(dòng)式微顯示技術(shù)，采用μOLED或μLED系統(tǒng)，三是掃描顯示技術(shù)，采用Scanning Mirror系統(tǒng)。

其中DLP系統(tǒng)采用微顯示器使用RGBLED作為光源，成熟度比較高，但體積較大。LCOS系統(tǒng)微顯示器使用RGB激光作為光源，相對(duì)DLP/LCOS加上LED的技術(shù)解決方案體積可以小一點(diǎn)，但是相對(duì)Micro LED和LBS技術(shù)的方案來說體積還是偏大，圖像質(zhì)量也比較差。μOLED和μLED系統(tǒng)直接μOLED顯示或直接μLED顯示。掃描顯示技術(shù)則是一種使用RGB激光器作為光源的調(diào)制掃描技術(shù)，但光學(xué)、電子系統(tǒng)比較復(fù)雜。

可以看到不同的顯示技術(shù)各有優(yōu)劣點(diǎn)，因此各家光學(xué)技術(shù)廠商也在不斷地尋找平衡方案，實(shí)現(xiàn)性能與技術(shù)難度的權(quán)衡。在AR智能眼鏡領(lǐng)域，光學(xué)產(chǎn)品組件包括激光器、鏡頭、棱鏡、光波導(dǎo)片、濾光片等。艾邁斯歐司朗(ams OSRAM)、德州儀器(TI）、歌爾光學(xué)、水晶光電已經(jīng)構(gòu)建了豐富的光學(xué)解決方案產(chǎn)品組合。


ams OSRAM與TI聯(lián)手，Vegalas激光模塊、DMD破局小型化

在智能眼鏡的光學(xué)器件環(huán)節(jié)，艾邁斯歐司朗以及德州儀器早在多年前就已經(jīng)推出了產(chǎn)品，如今已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)主流的光學(xué)器件提供商。

早在2022年，艾邁斯歐司朗就推出了Vegalas?RGB激光模塊，得益于光學(xué)元件技術(shù)上的創(chuàng)新，投影光學(xué)引擎的大小縮減一半，結(jié)合ST的MEMS鏡像模塊和芬蘭光學(xué)廠商Dispelix的波導(dǎo)顯示，將智能眼鏡的光學(xué)引擎尺寸小至0.7cm3。作為對(duì)比，基于艾邁斯歐司朗的 TO38激光發(fā)射器的LBS光學(xué)引擎的體積為1.7 cm3，Vegalas?RGB激光模塊則實(shí)現(xiàn)了體積縮小60%左右。

資料顯示，Vegalas模塊結(jié)合了紅光(640 nm)、綠光(520 nm)和藍(lán)光(450 nm)三種波長(zhǎng)激光器，采用表面貼裝的封裝技術(shù)，模塊尺寸面積為7.0 mm × 4.6 mm，高1.2 mm。

隨著當(dāng)前AI智能眼鏡對(duì)輕量化、更好的顯示體驗(yàn)等需求，艾邁斯歐司朗推出新的產(chǎn)品。就在2025上海光博會(huì)上，艾邁斯歐司朗展示了VegaLED 4in1 RGB LED光源、VegaLED RGB LED與0.16”DMD等產(chǎn)品，具備高亮度、小尺寸、高可靠性等特點(diǎn)。

其中，艾邁斯歐司朗VegaLED 4in1 RGB LED光源的光學(xué)引擎體積約為1cc，已經(jīng)用于QIDI Vida智能運(yùn)動(dòng)眼鏡，VegaLED RGB LED與0.16”DMD（數(shù)字微鏡器件）被ELEPN AR眼鏡光機(jī)采用。VegaLED RGB LED與0.16”DMD，具備低功耗、微型體積的特點(diǎn)，光機(jī)整體尺寸7.2*28*11mm，對(duì)比度400:1，分辨率640x360。其中0.16”DMD為TI DLP 0.16"nHD DMD。

電子發(fā)燒友網(wǎng)了解到，TI的0.16 英寸 DLP160CP DMD采用了 5.4μm tilt-and-roll pixel (TRP) 技術(shù)，相比上一代0.2 英寸版本的 DLP2000系列，將微鏡陣列的對(duì)角線長(zhǎng)度減小了 20%，即降至0.16 英寸；光學(xué)模塊的尺寸也更小，微鏡陣列的總面積減小了 49%。這為DLP PICO 顯示設(shè)備的小型化打下了基礎(chǔ)。

TI 0.16 英寸 DLP160CP DMD（圖源：TI）

TI早在2022年之前就向業(yè)界展示了適用于 AR 眼鏡的 TI DLP? Pico? 技術(shù)，具備三大特點(diǎn)，一是高光學(xué)效率/低功耗，達(dá)到目標(biāo)亮度水平所需的 LED 功耗更低；二是高對(duì)比度，可實(shí)現(xiàn)超過 1000:1 的開/關(guān)對(duì)比度（具體取決于對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)利弊的權(quán)衡），從而實(shí)現(xiàn)高度透明的背景；三是高速，在幾微秒內(nèi)完成切換的數(shù)字微鏡可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 240Hz 的幀速率、高色彩時(shí)序刷新率和低顯示延遲。

不同于0.2 英寸 DLP2000 DMD 光學(xué)器件采用轉(zhuǎn)角投射形式，DLP160CP采用側(cè)面投射形式極大地減小光機(jī)結(jié)構(gòu)的高度和寬度?；诖嗽O(shè)計(jì)出的基于 0.16 英寸 nHD DMD 光學(xué)模塊小80%。DLP160CP 還具備高達(dá) 100 流明的亮度。

TI表示，公司積極地與 OSRAM 和 Luminus等 LED 供應(yīng)商合作，選擇光擴(kuò)展度匹配的 LED 用于 DLP160CP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。高度匹配的光擴(kuò)展度可以優(yōu)化光機(jī)亮度和能效并實(shí)現(xiàn)更緊湊的模組體積。

光波導(dǎo)技術(shù)革新帶動(dòng)AR眼鏡輕量化

從艾邁斯歐司朗和德州儀器的產(chǎn)品迭代來看，在AR智能眼鏡的發(fā)展過程中，輕量化已成為一個(gè)顯著的趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，各大企業(yè)在光學(xué)顯示技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的創(chuàng)新和優(yōu)化，推出了更加小型化的激光模塊、DMD等核心組件產(chǎn)品。與此同時(shí)，光波導(dǎo)技術(shù)因其卓越的透明度和輕薄特性，成為實(shí)現(xiàn)AR眼鏡輕量化的關(guān)鍵所在。

需要關(guān)注的是采用光波導(dǎo)技術(shù)的AR智能眼鏡由顯示模組、波導(dǎo)片和耦合器等核心顯示光學(xué)器件組成。光波導(dǎo)按照耦入耦出器件的不同又分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)，衍射光波導(dǎo)可以進(jìn)一步分為表面浮雕光柵光波導(dǎo)（SRG）和體全息光波導(dǎo)（VHG），這兩種光波導(dǎo)技術(shù)歌爾股份和水晶光電均迎來了新的進(jìn)展；幾何光波導(dǎo)則是以陣列光波導(dǎo)為主。

針對(duì)AR智能眼鏡，歌爾股份在光波導(dǎo)、光機(jī)模組等核心零組件領(lǐng)域內(nèi)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在光學(xué)器件方面，提供包括光波導(dǎo)、Birdbath、自由曲面、棱鏡等多種精密光學(xué)解決方案。在光機(jī)模組方面，可以提供基于DLP、LCoS、Micro-OLED、Micro-LED 等多種微顯示技術(shù)的光機(jī)模組產(chǎn)品。

在CES 2025上，歌爾股份發(fā)布了單光機(jī)雙目衍射光波導(dǎo)AR顯示模組Star G-E1，采用SRG表面浮雕光柵。不同于傳統(tǒng)納米壓印技術(shù)，Star G-E1還采用了高折射率材料。通過結(jié)構(gòu)和材料等多方面優(yōu)化，最終Star G-E1實(shí)現(xiàn)峰值亮度達(dá)到5000nits。且亮度均勻性超過45%，對(duì)比同類技術(shù)方案提升約50%；色差小于0.02，對(duì)比同類技術(shù)方案提升約100%，優(yōu)化了色彩表現(xiàn)。Star G-E1采用單層光波導(dǎo)鏡片+Micro-LED顯示方案，光機(jī)體積小于0.5立方厘米。

另一家光學(xué)解決方案企業(yè)水晶光電在十多年前就已經(jīng)開始對(duì)AR 的技術(shù)研發(fā)布局，目前波導(dǎo)片、光機(jī)里面的光學(xué)元器件，以及眼鏡架上用到的 2D、3D 攝像頭的光學(xué)元器件均有研發(fā)和業(yè)務(wù)布局。

水晶光電認(rèn)為在光學(xué)性能上反射光波導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全彩、高分辨率、大視場(chǎng)角的顯示效果，在顯示效果上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但是其量產(chǎn)性一直是全球性的難題。公司也在不斷通過技術(shù)迭代解決在未來解決困擾反射光波導(dǎo)多年的量產(chǎn)性難題。

值得一提的是，2024年5月，水晶光電實(shí)現(xiàn)體全息波導(dǎo)片量產(chǎn)落地，并且完成30°全彩體全息波導(dǎo)片的技術(shù)升級(jí)。

市場(chǎng)需求從早期單一功能產(chǎn)品轉(zhuǎn)向追求更高分辨率、更大視角及更優(yōu)色彩表現(xiàn)的產(chǎn)品，這促使企業(yè)不斷探索新材料、新技術(shù)，以滿足日益增長(zhǎng)的高性能需求。歌爾股份和水晶光電都在通過差異化的布局，以及不斷的研發(fā)投入和技術(shù)突破提供技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。


小結(jié)：

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，AI智能眼鏡的未來發(fā)展趨勢(shì)將走向集成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）顯示功能的路線。水晶光電也表示通過近眼顯示實(shí)現(xiàn)人與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互，AI 也可更好地借助眼鏡這一載體作為“個(gè)人助理”的角色為用戶處理信息。

只不過，AR 眼鏡產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)階段，市場(chǎng)上大部分產(chǎn)品仍舊以帶音頻功能、單色顯示或低分辨率全彩顯示為主。大市場(chǎng)角和高分辨率產(chǎn)品還需要硬件端迭代解決的技術(shù)解決方案，水晶光電預(yù)估硬件端的迭代可能還需要幾年時(shí)間。這意味著，未來一到兩年光學(xué)顯示領(lǐng)域的企業(yè)將迎來諸多機(jī)會(huì)。