【SIVA2026】尼卡光学总监胡德骄博士:以体全息光波导推动AR眼镜走向“轻、透、窄、隐”

从AR眼镜接近普通眼镜的核心需求出发,以“轻、透、窄、隐”概括产品演进方向。

9月9日至11日,由中国国际光电博览会(CIOE中国光博会)和深圳国际VR/AR博览会(SIVA)联合主办,深圳协伴展览有限公司、深圳市增强现实技术应用协会、追焦XR协办的SIVA 2026(2026深圳国际VR/AR博览会)在深圳(宝安)国际会展中心重磅启幕。同时,涵盖空间计算、光学、AI&AR眼镜产业、沉浸大空间的四场论坛峰会与闭门会、SIVA Awards颁奖典礼也同步举行。

在9月9日举办的【AR/VR光学技术应用高峰论坛】上,尼卡光学公司光学总监胡德骄博士,以“AR光学显示的新一代技术路线与量产实践”为主题发表了演讲。

2026年,随着Rokid Glasses、千问AI眼镜S1、Even G1/G2以及雷鸟iO、影目、科大讯飞、极米MemoMind等AR眼镜产品规模化出货和陆续上市,压力从市场端传导至上游供应链。衍射光波导/体全息光波导+Micro LED成为AR眼镜最常用的光学方案,阵列光波导、混合光波导、Birdbath以及更多新的技术路线也仍在探索中。核心技术路线百花齐放,围绕核心技术的材料选型、量产良率、全彩化方案等挑战依然横亘在产业面前。

胡德骄博士从AR眼镜接近普通眼镜的核心需求出发,以“轻、透、窄、隐”概括产品演进方向,并重点介绍了体全息光波导如何缓解光效、透明性与轻薄化之间的矛盾。他表示,“轻、透、窄、隐”是AR眼镜走向日常佩戴的关键标准。通过角度与衍射级次的选择,可降低光栅可见性和外侧漏光,结合材料及光栅参数调控,则能够进一步优化亮度、带宽与显示均匀性。

围绕量产落地,尼卡光学已自研感光材料、曝光设备与仿真算法,逐层解决工艺一致性和长期稳定性问题,建立可复制的制造与检测体系。面向未来,公司将持续探索更高折射率、更高折射率调制度与更低散射的材料和工艺,以进一步提升AR眼镜的视场角、光效与画质,推动体全息光波导从技术验证走向规模化应用。

 

以下为演讲实录(有删减):

各位同仁,各位专家,大家下午好。我今天带来分享的题目是AR光学显示的新一代技术路线与量产实践。我是尼卡光学胡德骄。先介绍一下我们公司,我们公司尼卡光学是成立于2022年7月。我们主要聚焦做的是体全息的光学器件。现在主要做的是两个大的方向,一个是AR的衍射光波导,另一个是AR-HUD方面的光学器件。

那什么是AR眼镜呢?AR眼镜就是通过眼镜,它把这个现实场景的画面跟虚拟的画面融合之后送入人眼,让人眼看到这个虚实结合的画面。这个虚拟的画面它对现实的场景是一个信息的增强,所以它叫增强现实的这个眼镜。

第一台AR眼镜,应该上是1966年的“达摩克利斯之剑”,这个是希腊神话里面的一个典故。这个达摩克利斯之剑它是悬在天花板上的,它的重量有一吨重,所以是一个比较早的一个原型的机器。到后面逐渐出现了像是2012年的Google Glass,还有就是我们近些年的Birdbath方案,以及几何阵列光波导,这几个都属于几何光学的方案。另一个方向就是衍射光波导的这个方向。衍射光波导主要也包含了表面浮雕光栅的衍射光波导,以及体全息光栅的衍射光波导这两个大的方向。

总的来说,大家都可以看到一个趋势,就是AR眼镜逐渐走向轻量化。所以我们认为AR眼镜的技术演进路线就是无限地接近普通眼镜。

我总结来说,就是两个维度+四个字。两个维度就是无感佩戴和美观。那四个字就是轻透窄隐,轻是指的它整体重量,AR眼镜的重量要轻,让佩戴者感受不到它的存在。第二个就是透,它也是对于佩戴者来说的弱视觉的影响。对于佩戴者来说,看到这个镜片它要没有一些杂散光,让他感觉更通透。至于这个美观,主要是第三者外部的人去看的,那就是窄和隐。窄的话,整个边框、镜腿要窄;隐,就是光栅及显示区域等尽量不可见、低漏光,那对应到光波导上来的这四个字对应的特性来说,轻对于光波导的要求就是重量要低。比如说现在一般来说能够做到2到3克,那还可以再更低。透的话就是显示区域对于观察者,对于佩戴者来说显示区域它的透光率要高,杂散光要弱。

窄就是对于波导来说,这个窄的话就是要求你的整个眼镜的镜腿边框窄。那你必然要求光机要小。光机小的话,一般来说它的整个光机的亮度也会低。所以它就要求光波导有更高的光效。隐就是光栅对于波导来说,它要隐身,就是它的光栅可见性要低,而且要低漏光。其实这里面有一些根本的矛盾,就是在厚度、透明性和效率上,很难说这些性能都能在波导上同时体现出来、都能拿到。

对于几何阵列光波导,或者几何光学结构来说,它可以做到比较高的光效,也可以做到比较好的画质。但是它比较厚重,透明性也不会太好。那对于表面浮雕来说,你要实现高的亮度,那你的光栅的衍射效率就一定会高。那它对环境光的衍射效率高了之后,它的光栅就会比较明显。那表面光栅它还有一个特点,就是它的角度选择性较弱,所以它的衍射级次会比较多,漏光和杂散光这些会比较明显。核心冲突就是我们既要把光高效地送到眼睛里面,但是要让这个光学结构不太可见。所以这其实是有一定的矛盾的,各种光学设计和技术路线其实都很难说把这些矛盾给完全解决掉。但是体全息它在一定程度上能够弱化这些矛盾,实现这些性能的统一,提升用户的体验。

体全息它就主要有几个大的特点。首先,是它的角度选择性,这限制了可以被衍射的这个光线的角度范围,降低了这个光栅的可见性。其次,是对衍射级次的选择性,它可以降低外侧的漏光,降低第三者从外部观察时的可见性。最后,体全息光栅的这个性能调控是非常灵活的。

尼卡VHG体全息光波导

体全息光栅有这么一些不同的调控维度:通过折射率调制度,我可以调控它的衍射效率,我可以通过厚度去调控它的角带宽和衍射效率。通过调整体全息光栅的这个条纹倾角,我可以调整它的最佳的一个布拉格匹配的入射角。通过复用的方式或者是其他的一些类似的方式,我可以实现这个衍射效率和带宽同时满足。从而在满足高亮度的同时,均匀性还可以做到足够好。

那什么是体全息光栅呢?实际上体全息光栅就是用光束干涉的方式去在感光材料里面去光刻出来的体光栅。它的特点就是有这样的等折射率面的三维的分布,所以它的特点就是有一定的厚度,这个厚度大概是在微米的量级。其中有一个比较关键的参数,就是条纹倾角,也就是这个光栅条纹的一个倾角,它会是一个比较关键的因素,它会影响到刚才提到的那个布拉格角。

那体全息光栅,实际上跟表面浮雕光栅,它们在波导中传递光线、偏折光线的原理是一样的。只是不同点在于体全息光栅,它具有两个大的选择性的特点,一个是角度选择性,一个是衍射级次的选择性。这里的这个曲线它体现的是一个入射角度的选择性,就是在不同入射角度下,它的衍射效率是不一样的。上面那个图体现的是衍射级次的选择性。对于光栅来说,它实际上是有很多的级次的。那我们对于体全息光栅可以设计,使得它对其中的一个我们设计好的需要的级次有很高的衍射效率。其他的级次衍射效率是可以做到非常低的,那这样就会带来一些好处,比如光栅可见性以及漏光的表现。

光栅的可见性可以分为两点。第一个,是透射的可见性。

比如我们透过波导去看一个白屏,那这个透射的可见性是光栅对于透射光,就白色的透射光的一个扰动造成的。对于体全息光栅来说,在某一个角度下,因为它在这个匹配的角度附近,它是可以看到光栅的。稍微转一个角度之后,光栅就隐形了,看不到了。因为它的衍射效率基本上降至接近零,光栅区域跟周围的透过率是一致的。

另外一个,是反射的可见性。

反射的可见性主要是这个光栅对于零级光的一个反射率的问题。对于表面浮雕来说,它不可避免地都有零级的反射。但对于体全息来说,零级的反射光是非常弱的,在1%以下,我们就看不到它的存在。所以综合来说,就是透射和反射的可见性,体全息光栅都是非常优秀的。

我们取得重大进步的另外一个方面,是大幅改善漏光问题。漏光也是衍射级次的一个选择性带来的。如果把漏到外界的那一个衍射级次给选择掉,或者说使得它的衍射效率非常的低,那漏出来的光就非常弱,我们现在能够做到的比较中高水平的一个漏光比是1比140,就是外侧漏光亮度与人眼侧亮度之比为1∶140。我们尼卡也是自研的这个感光材料,就是用于全息光刻的感光材料。我们其实很多材料都有做。我这里列举的是这个HPDLC,就是全息聚合物分散液晶。其他像光致聚合物这一类材料,我们其实也都有做。那我们用于波导的主要是聚合物分散液晶材料。

我们是全球少数几家掌握这个配方体系的公司,而且我们攻克了它的折射率调制度低、折射率低、生产工艺复杂等诸多问题。我们的这个参数性能,折射率调制度这一项,现在能做到0.184,这个是我们今年研发出来的。然后它的另外一个特点,就是它的感光时间可以做到5到10秒。就是我在5到10秒之间,我就可以使光栅感光成型、定型,它受到外界的扰动就会更少,那它的良率就会更高。

体全息光栅制造技术在全世界来说,都是没有直接可以用的这种曝光的光刻设备的,那这个也是我们自研的,我们自研的主要是包含两种,一种是这个多光束曝光的这样一个设备,另外一个就是半导体光刻的这样一个设备。前面这个多光束的这种曝光光刻的设备,我们主要是用来做研发的初期的打样。那后面那个半导体光刻那种,我们主要是用来做产品的量产的。那基于这一套我们的包括曝光光刻的这样一个体系,从客户参数输入到输出功能样给客户,我们可以在一个月内实现。然后我们实现小批量的交付,我们可以在60天内实现。

我们在体全息这一块,其实也是没有直接可以用的仿真软件。然后重要的这个优化算法也是我们自研的。所以我们自研了底层计算模块,计算体全息光栅的衍射效率。基于这样一个底层计算模块,我们也实现了微观的衍射和宏观的光线追迹的综合仿真。也通过我们自研的优化的整套的程序软件,我们可以实现快速地寻优。

我们在整个的量产实践中,其实也是遇到了一些问题。从我们的研发的实验结果到量产的产品中间,其实也是经历了很多的这样一些问题的。这里举了几个例子,其中的一个就是大家提得比较多、比较关心的,是“全息光刻过程是否可控”。因为波导里面的材料感光实际上是一个微观的过程,它是分子级的一个过程。这个过程也会对外界的条件有一定的敏感性。比如说对光束的质量,对振动都有一定的敏感性。

我们就想办法让这个“看起来不可控”的过程变得部分可控,或者说在一定参数范围内可控就可以了。其实就是刚才也有提到,这个是一个工程化的问题。那我们就去对这个感光过程进行一定的拆解。比如说我可以拆成全息材料方面的影响,以及这个光束质量方面的影响,全息材料我就可以进一步去拆材料组分的一致性,还有就是整个配方它里面的这个配方的比例等等的稳定性,配方工艺的稳定性还可以再往下拆,拆到这一层。

那光束质量这边我又可以拆成,比如说像是这个光束质量本身,它的波前、光强质量,它的均匀性以及它的整体的稳定性。那波前、光强质量我就可以拆解到器件的质量上去。稳定性这一块,我又可以拆成像是这个振动干扰的对它的影响是什么样子的。然后我还可以对整个设备进行监测和反馈,去保证这个稳定性。其实还可以再去拆,拆到我们最底层可以解决的问题为止。

刚才说的只是那个感光的过程。对于我们整个生产过程里面,其实还有其他的各个环节会有一些类似的问题。我们整体来说,也做了这样的一些工程化的路径。

比如说我们在材料这一块,我们就建立可控的材料基线。对材料的折射率调制度、感光灵敏度、厚度与均匀性这些进行相应的工业化的控制。然后全息光刻这一块,我们用第一性原理去解构整个曝光过程,到里面的每一个器件,每一个界面进行控制。从底层进行工程化的路径的设计。这样我们也可以在此基础上,我们去建立这个标准的全息光刻设备。另外就是我们去建立这个工艺窗口,通过抓取不同的工艺参数形成这个工艺数据的一个数据库。在检测方面,我们也形成自己的一个检测体系,最后能够实现工艺参数与光栅性能之间的映射。

那对于我们的量产交付能力来说,目前为止我们这个体全息的整个生产的过程里面是有非常高的可复用性的,即我们平台具有非常高的可移植性。我们的不同SKU之间具有95%以上的复用率,也就意味着说我的客户来了新的SKU,我可以很快的去给他导入量产,所以我们现在的一个产能的情况,是我们广州产线产能是30万片每年,然后天津我们也有一条产线是100万片每年的产能。然后未来2到3年,会在广州这边提升到每年300万片,天津那边提升到每年500万片的产能。这是我们现在目前有的一个产品的一个矩阵。

尼卡光学天津产线展厅

其中我主要想要介绍的是这两个产品,一个是“星越”,星越是我们单绿色的一款产品,它的FOV是30°,光效是做到了2000nits/lm,厚度是0.6mm,重量是3.1g。这一个是我想推的,原因在于它的这个光效,我们用的是最新研发出来的材料,所以它的光效可以提升比较高。另外是全彩的“星耀”,FOV是27°,光效是1000nits/lm,厚度是0.8mm,重量是4.5g左右。这是我们两个客户现在在售的产品。其中的一款是NIMO智能眼镜,是全球首款消费级体全息二维光栅光波导装机的,是上视角的;另外一款是形意智能的AR99,这一款它是一个极致轻薄、下视角的产品。

尼卡单绿高亮光波导:星越

尼卡全彩光波导:星耀

尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡单绿高亮光波导:星越尼卡全彩光波导:星耀 

对于未来体全息技术的进一步迭代,其实还有很大的空间可以去提升它的整个的性能。我们主要是还是集中在材料上,材料有三个大的方向:一个是更高的折射率,更高的折射率我就可以实现更大的FOV上限,彩虹纹也可以抑制得更好。其次,是色彩的均匀性,彩色的色彩均匀性也会更好。更高的折射率调制度的话,它会直接决定这个可以实现的一个效率和角带宽。也就是意味着说它可以做到更高的光效,也决定了整个光栅设计的自由度有多大。第三,就是更低的散射,体全息的材料大家都知道它会有一定的雾度,会有一定的散射。降低散射之后,就可以在画质的对比度这一个性能上会有更高的提升。这三个方面是我们持之以恒在攻克的,在不久的将来也会有性能更好的产品和大家见面。

感谢大家观看。

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