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AI眼镜光学方案全景解析
糖芯儿 / 01月03日 13:35 发布
当前AI眼镜作为AI终端最佳硬件载体备受关注。 Meta和雷朋在去年推出第二代产品MetaRay-Ban搭载AI功能，引爆全球AI眼镜现象级单品爆发。 随后，国内AI眼镜市场包括创新型科技公司（Rokid/雷鸟/XREAL/影目/闪极/雷神）、互联网及电子大厂（字节/百度/华为/小米/VIVO）及传统眼镜厂商（博士眼镜）等多家公司都加码布局AI智能眼镜。
2024年下半年以来，国内AI眼镜市场开启“百镜大战”，市场呈现出百花齐放的局面。
AI眼镜作为从0到1的新终端硬件，当前产业还处在起步阶段，随着技术不断演进，各细分环节有望迎来机遇。在之前的文章中我们梳理了AI眼镜全景产业链、AI眼镜核心零部件，本文重点关注AI眼镜光学环节。 01 AI眼镜光学环节概览 AI眼镜是集成了AI技术的智能穿戴设备，融合了语音识别、物体识别、实时翻译等多种AI技术，通过内置的微型显示屏、摄像头、传感器和处理器等硬件，实现与用户的智能交互。 AI眼镜在与传统配镜价格相仿的前提下，新增以AI交互、摄像、音频等多项功能，在相似成本条件下给用户更加丰富的智能体验。 基础眼镜-AI眼镜-AR眼镜演进图： 
资料来源：Wellsenn XR其中，光学环节是AI眼镜的重要组成部分，主要负责将光线聚焦到用户的眼睛上，确保用户能够清晰地看到虚拟图像或信息，同时不影响对现实世界的观察。 自2012年开始，各大厂商积极探索可行的AR光学方案，早期主要方案有棱镜方案和离轴光学方案，代表产品如GoogleGlass等，但是目前棱镜方案由于设计限制和性能问题已逐渐被淘汰。 2016年，EPSON推出BT-300产品，采用自由曲面镜的方案逐渐成熟。 随后，由自由曲面方案发展而来的BirdBath方案成为应用最多的光学方案，代表产品如雷鸟Air1S等。 2000年，以色列公司Lumus首先提出“几何光波导”的概念，为AR设备以眼镜形式存在奠定了基础。 2021年，Rokid推出了采用衍射光波导技术的RokidVision2。 2022年，MagicLeap使用了衍射光波导技术，加速解决了BirdBath方案的重量和视场角问题。 02 BirdBath光学方案
BirdBath方案是AI/AR眼镜的主流光学方案之一。利用半透半反镜和凸透镜的组合，将微显示屏幕上的图像放大并投射到用户的视野中，从而实现虚拟大屏的效果。AI眼镜不仅要求具备高质量的显示效果，还需要集成多种传感器和AI算法，以实现更加智能化的功能。BirdBath方案虽然相对简单，但通过优化设计和算法，也可以实现较好的显示效果和智能交互功能。但是该方案在图像质量和视场角方面可能存在一定的局限性。 BirdBath方案的代表产品有RokidAir、XREALAir系列等。 光学模组方面，视涯科技、耐德佳和惠牛是Birdbath技术的主要供应商，其中视涯科技占据较大市场份额。 03 光波导技术
光波导技术因其轻薄、高亮度和一体化设计成为近年来的发展趋势。光波导技术利用光的全反射原理，将微型显示屏上的图像引导到用户的眼睛中，形成虚拟图像。 该方案能够提供更清晰、更明亮的图像质量，增强用户的视觉体验，是未来AI/AR眼镜的主流光学方案；不过该技术复杂以及成本较高。 光波导技术主要分为几何光波导（反射光波导）、衍射光波导和提全息光波等。 几何光波导技术
通常也被称为阵列反射光波导或反射光波导，通过几何光学反射原理来实现图像的无损输出和画面画幅的扩大。图像光线在阵列内的每一次反射都会经过反射波导进入人眼，增大了动眼眶范围。该技术方案色散控制较好，不存在杂色、彩虹效应等问题；且具备轻薄和高视场角优势，成像质量较高；不过成本问题亟待解决，存在量产难度大，单片价格高等问题。 目前在一些高端AR眼镜产品中有所应用，代表产品有INMOAir2等。 该技术方案业界代表厂商有以色列的LUMUS和国内的上海理湃光晶技术有限公司。 国内相关厂商中，水晶光电持股LUMUS；比依股份投资理湃光晶，并与之形成了战略锚定；紫建电子和视源股份参投理湃光晶。 衍射光波导技术
利用光栅的衍射特性来设计光路，将微显示屏幕上的图像耦合到波导中，并在波导内以全反射的形式向前传播，最后通过耦出器件耦出光波导进入人眼成像。这种技术能够实现更轻薄的光学模组，提高眼镜的佩戴舒适度，但是量产难度相对较高。 衍射光波导方案的代表产品有雷鸟X2等；衍射光波导技术方案代表厂商包括水晶光电等，在衍射光波导技术上，水晶光电拥有自主的技术储备，也与美国Digilens独家战略合作，共同推进衍射光波导技术的发展。 该技术方案国内相关布局厂商中，舜宇光学科技参股鲲游光电成立合资子公司，鲲游光电的衍射光波导方案采用晶圆级光学平台技术，实现高精度光学元件制造；歌尔股份收购的驭光科技衍射光波导方案已具备量产能力；以及包括蓝特光学（玻璃晶圆加工）和苏大维格（纳米压印+干涉曝光机）等也在该领域有所布局。 衍射光波导模组方面，国内鲲游光电、视格、广纳四维和光舟等是主要厂商。 提全息光波导技术
利用全息光学技术制作的全息光栅，将微显示屏幕上的图像耦合到波导中，并通过全息光栅的衍射作用，将图像以特定的角度和方向投射到用户的眼睛中。该方案光栅结构制造极其灵活，衍射效率高；双轴光瞳扩展可实现大视角、定制出瞳大小和适眼距。 该技术量产成本相对较低，具备走向消费电子级的条件。 虽然目前提全息光波导技术在市场上的应用相对较少，但随着技术的不断成熟和成本的降低，未来有望得到更广泛的应用。 整体来看，光波导方案凭借其轻便性和高市场角的优势，逐渐受到各家厂商青睐，有望成为未来AR眼镜所收敛的方案。目前各大光学公司也在不断攻克衍射和反射方案相关问题，行业厂商正加快朝着光波导方案量产实现上努力。国内主要光学布局厂商包括水晶光电、舜宇光学科技、蓝特光学等都在加速布局光波导技术。 终端厂商方面，代表厂商如雷鸟创新X3Pro等采用双目全彩Micro-LED光波导方案，Rokid与时尚眼镜品牌BOLON合作，推出了一体化设计的AI眼镜，如RokidGlasses等，采用光波导技术实现高清显示，并搭载AI大模型提供丰富的交互功能。 根据公开资料显示，AI眼镜光学产业链相关厂商中，华灿光电用于AR近眼显示的微显示屏幕已实现0.12寸3.75微米屏幕动态画面展示，2024年将进行产品化；国星光电开发的0.39寸单绿色MicroLED微显示屏，主要是应用于AR眼镜；纬达光电具备AR/VR眼镜用偏光片的技术及生产能力，产品已批量交付客户使用；永新光学、联合光电、宇瞳光学、波长光电、思泰克都厂商也有所布局。 目前不带显示屏功能的AI眼镜技术相对成熟，但是成像显示将成为2025年各家AI眼镜的重要创新方向之一，Meta计划在Ray-Ban智能眼镜上增加显示屏。 MicroLED显示屏采用无机发光二极管技术，具有更高的亮度、更广的色域和更长的寿命，虽然目前成本较高，被视为未来AR眼镜的理想显示屏方案。 在AR产业中的MicroLED方面，公开资料显示，上海显耀显示（JBD）是全球唯一实现量产的MicroLED微显示器制造商；华灿光电、国星光电、聚灿光电、炬光科技、联建电子等一众厂商也在该领域有所布局。 当前全球AI端侧应用百花齐放，随着各大厂商陆续加码投入布局，包括AI眼镜在内的核心硬件价值量有望进一步提升。乐晴智库精选
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