鲲游光电楼歆晔：衍射光波导助力消费级AR眼镜的高速增长_

2024年9月11日，由VR陀螺联合CIOE中国光博会主办的「光聚未来•第五届中国AI+AR技术应用高峰论坛」在深圳国际会展中心顺利举办。

本次活动以“光聚未来”为主题，聚焦AI与AR技术融合发展，从底层核心技术、生产工艺、产品应用多维度展开深度探讨。来自京东方、JBD、芯明、谷东科技、鲲游光电、Eulitha、VR陀螺以及陀螺研究院的行业嘉宾为到场观众带来了精彩的分享，演讲内容干货满满。

其中，鲲游光电研发总监楼歆晔为与会来宾奉上了“衍射光波导助力消费级AR眼镜的高速增长”的主题演讲。

以下为演讲实录（内容略有删减调整）：

各位行业同仁大家好，我叫楼歆晔，来自上海鲲游光电。今天非常荣幸得和大家分享，在当前消费级AR眼镜快速增长的背景下，我们鲲游光电的最新进展。

刚才JBD徐博，还有谷东科技魏院长，都讲到了人工智能浪潮的大背景，AI是新一轮科技革命和产业革命的核心驱动力，推动人类科技进步、产业升级、城市升级，同时对我们生活的方方面面都将有深远影响。

在AI特别是大模型蓬勃发展的今天，数据呈爆发式增长，对数据采集、传输和显示，都提出了前所未有的高要求，对算力的需求更是无止境。在此背景下，鲲游光电正以擅长的晶圆级光学平台技术，通过运用在激光雷达、光模块等中的光通信器件，结构光、ToF等模组中的微纳光学器件，AR眼镜中的光波导，以及未来的超表面和光计算，对AI时代所需的光传输、光传感和光呈现进行了全面的布局。

晶圆级光学，简而言之，是用半导体工艺做光学，实现高精度、高集成、极致轻薄，且成本可控的光学元件。今天的讨论将主要聚焦在AR光波导这部分工作上。

从2022年底、2023年开始，各种AI硬件层出不穷， AI手机、AI手表、AI戒指、AI Pin都相继问世。当用户还困惑于AI可穿戴设备是否真的有用时，Meta和雷朋联合出品的Ray-Ban Meta已经以百万级的销量证明了市场需求的存在，并且眼镜是AI极佳的载体。

我们再往前推演一步，可以想象，当AR显示功能与眼镜合二为一，在你不想使用它的时候，与佩戴传统眼镜无差，需要的时候可随时唤醒，搭配上人工智能大模型，那么像钢铁侠那样拥有一个贾维斯将不再是科幻。这是AR对AI的增强和赋能。

反过来，有了AI的助力，消费级AR已进入爆发增长阶段，这对于发展多年的AR行业是个极大利好。在众多的AR显示方案中，光波导由于形态与于常规眼镜接近，被认为是AR显示的最终形态。而在多种光波导技术中，SRG表面浮雕衍射光波导，由于性能佳，工艺上以半导体制程为基础故其极具量产性，被认为是消费级AR显示方案的不二之选。鲲游光电就主要聚焦在SRG衍射光波导技术上。

鲲游在多年发展晶圆级光学的实践中，始终践行以客户需求为牵引的研究和产品开发的策略。这么多年来做过多种不同类型的产品，我们发现AR的需求很特别，不仅极度多元化，并且持续变化。

给大家举个例子，早期的客户需求是这样的，“光效很重要，设备续航是痛点，室外使用是刚需，模组的亮度必须超过2000尼特。” “性能不能差，外观必须好看，最重要的是成本要足够低，因为我们是to C的。”“色彩很重要，得和手机显示内容一样清晰，能看电影、刷抖音才行，还要有沉浸感。”

之后光学效果越做越好，客户又提出了新的期望，“彩虹纹实在太影响体验，下一版必须抑制掉。”“我们领导认为前向漏光必须得搞定，否则对台下的观众露馅了。”“光栅不要让人看见，最好让大家感受不到AR的存在，和正常眼镜一样透明。”“可靠性很关键，毕竟戴在脸上，要按照美国的FDA标准，整机跌落、小球跌落，一个都不能落。”“波导太重了，我们的目标是整机40克，波导小于4克。能做薄吗？能不加盖板吗？”

还有几个特别典型的需求，“近视人群是最好的AR客户群体，所以AR眼镜必须要和近视镜无感融合。”“刻蚀的效果挺不错的，是不是比压印的贵很多？”“我们考虑使用碳化硅，海外某些厂商都已经做成了碳化硅波导了。”

这些具体的客户诉求，总结来说，用户希望AR显示可以有媲美传统显示的光学性能，正常眼镜的外观，可自由得与近视、光机、模组做搭配，还可匹配各式高端材料，并有成熟的工艺路线可做选择。是不是听起来达到这些要求已经极富挑战？关键是最后还要再加一条，必须足够便宜。

然而，经过多年的实践，鲲游有两个重要概念跟大家分享：

第一，很遗憾，AR光波导没有满血的“六边形战士”。第二，AR光波导厂商服务客户的最佳策略是提供“自助餐式的解决方案”。

为什么这么说，我们来看：虽然大家都希望六边形“满血”，但实际上，这六个顶点互相制约、互相耦合，牵一发动全身。比如，性能好的不一定外观好，外观好的一不定可量产成本低。接着再往下看一层，每个顶点下都有复杂内涵。比如说光学性能，拆解下来有十多条指标，包括视场角、效率、亮度、颜色均匀性、清晰度、对比度等。外观需要考虑光栅隐秘性、外观、颜色、透明度、厚度、重量、工业设计等多重方面。而个客户在定义产品和开发的过程中对各个项目的优先级和重视程度可以截然不同。

这是为什么说，首先要一定程度上的放弃“满血”的想法，想在各个维度上都做到极致，当前极具挑战。另一方面，尊重客户自主的选择，在此前提下，寻求最合适的全局最优解。

在刚才讲到的客户极为复杂全面的诉求中，有一些核心点，而这些点往往是行业的痛点，是不容易啃的硬骨头。只有在这些问题上有实质性的突破，才能全力地助力消费级AR的高速增长。接下来我会从效率、均匀性、外观、彩虹效应、漏光、重量、近视解决方案、量产能力，这八个核心痛点来汇报鲲游近期的进展。

首先以效率和均匀性为首的显示性能方面，鲲游走过了一个多台阶的迭代演进过程。通过架构改进、设计优化、产品迭代和工艺更新等一系列的组合拳，已经在单色30度视场角的产品上达到650尼特/流明的效率，35%的高亮度均匀性，只需搭配3流明的单色光机，亮度即可达到2000尼特。

全彩30度的波导，目前已实现单层波导1000尼特/流明的高效率，以及0.03的高色彩均匀性，在户外使用毫无压力，色彩方面也已步入C端需求的范围。欢迎有兴趣的朋友来鲲游展台体验最新的样品。

彩虹的形成机理简单来说，是环境光打在光栅有效区衍射产生，既可以是前方来的光透射式衍射，也可是后方来的反射式衍射，由于衍射有本征色散，形成了五彩斑斓的彩虹。鲲游的自研工具，可以按照透射和反射光路，精确地模拟人眼所见，为后续的优化奠定基础。

彩虹效应对用户体验的影响不必多说，经过优化之后，大家可以看一下对比效果，我们当前的最新进展已经做到几乎看不见彩虹。从诸多的改进案例，以及自研仿真工具的仿真结果中，可以总结出抑制彩虹纹的方法，在这里跟大家分享——折射率非常重要，基底的折射率要选高；单片优于多片；波导设计架构重要，要优化；光栅的透反射以及光栅的结构对于衍射效率有显著影响，需要全面地做优化。

前向漏光是另一个被用户诟病的行业痛点。漏光的本质是一个无用的衍射级次漏出波导进入外界。在前向漏光的解决方案上，鲲游主张短期和中长期方案并进：短期通过调整无用级次的传播方向来加强隐私保护；中长期一定是需要抑制漏光的本质，也就是通过优化微观结构降低进入外界的无用衍射级次效率。在漏光抑制上，鲲游有清晰的Roadmap：今年年底，鲲游预计可以把漏光比例降到20%以下；明年Q3，将漏光比例降到个位数的百分比。请大家拭目以待。

外观对于一款具备强时尚属性的可穿戴设备的重要性是不言而喻的，鲲游在提升波导外观方面也下足了功夫。早期的波导确实在外观上不友好，通过设计和工艺的同步优化，鲲游已经能做到最上方图片中光栅几乎隐形的效果。透过率是另一个外观的重要指标，要求波导像普通眼镜，就需尽可能增加透过率，降低反射率。最新的样品已做到98%以上的高透过率，2%以下的低反射率，和常规眼镜并无实质性差距。

在减重上的探索，我们采用多种方法并行来确保波导在合适的定义下做到极致。相关的举措有探索新材料，比如树脂、轻量化高折玻璃、高折率晶体材料；减少波导层数，从原先的双片，到现在已经几乎全系列用单片即可满足客户的不同需求。在考虑光学性能的前提下尽可能降低厚度。基于这些优化手段，鲲游在当前的标准品上实现了单片波导从2.2g到4.7g的重量，并将向着更轻的方向继续努力。

另外一个重要维度是如何与近视镜融合。鲲游和全球顶尖的光学及视觉专家卡尔蔡司tooz已合作多年。此次光博会，我们联合带来最新的Push/Pull融合视力矫正的AR解决方案，欢迎大家来展位参观指导。在明天下午举行的第五届AR/VR光学应用高峰论坛中，蔡司的Kai Ströder博士将为大家详细介绍我们在光学解决方案组合上的最新进展，欢迎大家参加。

波导需求多元复杂、动态变化、极具挑战。在这样的背景下，亟需系统级的应对，面而非点的支撑。鲲游以完善的晶圆级光学IDM模式做到了给予多维度需求以全面有效的支撑。鲲游拥有自研的仿真和优化工具，准确率高，效率高；拥有光刻、刻蚀、纳米压印、后道工艺、可靠性实验等完整闭环的设备及工艺能力；有稳定的微观表征和品控的能力及经验，来保障工艺过程的每个环节；同时通过国内外专利的布局，建立了比较完善的自主知识产权体系，对闭环的前、中、后道的开发和拓展打下了坚实基础。

除了完善的IDM闭环之外，鲲游的量产能力也十分突出。到今年年底，鲲游压印与刻蚀波导的产能将分别达到2kk pcs/年和200k pcs/年，到明年年底刻蚀的产能将达到600k pcs/年。

作为波导供应商，鲲游十分尊重客户的自主选择，基于此，我们会想方设法地寻求最合适的全局最优解。但多年的实践过程中，我们也遇到了不少不知道该咋选的客户，面对这部分有选择困难症的朋友，鲲游准备了五大标准餐，立足差异化定位，适配不同使用场景：

“秋水”是单绿极具性价比款，重量极轻，可靠性高。
“逍遥”是单绿平衡款，主打性能、外观、成本相平衡。
“梦蝶”是全彩平衡款，性能、外观、成本均衡。
“扶摇”是高性能款，主打光学性能出色，但轻薄性上有些许牺牲，成本更贵。
今天想要重点介绍的是最新系列“撄宁”，在五大系列中，它不仅具有最佳的光学性能，外观、彩虹、光栅可见性俱佳，并且依托成熟的工艺路线以及灵活可变的材料体系，是接下来与C端消费级AR眼镜极为匹配的一款波导。虽然在当前的市场环境下，“撄宁”的成本不占优势，但在接下来消费级AR眼镜进一步放量后，鲲游对这此有信心。

五大系列会持续进行迭代，在此给大家汇报一下目前的产品状态：