单片镜片仅重2.7 克,西湖大学团队发布超轻薄碳化硅AR镜片

创业   2024-09-27 18:05   浙江  
实现AR眼镜关键技术突破。

文|蚩梦

封面头图企业供图

伴随着大模型赛道的火热,AR领域好消息不断。
产品端,4月,Meta与雷朋合作推出智能眼镜Meta Ray-Ban,并搭载AI功能;
7月,传言谷歌已主动接触眼镜制造巨头 EssilorLuxottica,计划合作生成搭载Gemini大模型的智能眼镜;
9月,美国AR眼镜科技公司Snap发布了新一代AR眼镜Spectacles,以及全新的Snap OS操作系统;北京时间26日凌晨,Meta研发的首款AR眼镜Orion也在Meta Connect 2024年度开发者大会上被推出。
一级市场方面,消费级AR品牌雷鸟创新近期宣布完成B+和B++轮融资,其在近半年总融资额已超过 5 亿元。除此之外,XREAL、Rokid均斩获数亿元的新融资;影目科技完成近亿元B轮融资。
反映到市场份额上,IDC最新预测数据显示,2024年上半年,中国AR/VR头显出货23.3万台(sales-in口径),同比下滑29.1%。其中AR出货2.0万台,同比上涨101.7%。不难看出,AR设备正在逐渐成为推动整个XR设备市场增长的重要力量。
如今,在技术这端,AR领域再度迎来好消息。9月24日,由西湖大学未来产业研究中心孵化的慕德微纳(杭州)科技有限公司,在杭州宣布实现AR眼镜关键技术突破——极致轻薄无彩虹纹碳化硅AR衍射光波导成果正式面世。
西湖大学国强讲席教授、副校长仇旻介绍,慕德微纳此番基于极致轻薄无彩虹纹碳化硅AR衍射光波导成果,提出了超轻薄的碳化硅 AR 眼镜方案。从现场展示的AR眼镜概念样品来看,其镜片厚度仅为0.55毫米,单片镜片重量只有2.7克。 

AR眼镜概念样品

AR镜片的“西湖方案”:极轻、极薄、无彩虹纹
这款“比普通近视镜片还轻薄”的AR眼镜镜片,究竟有何来头?
一般而言,AR镜片通常使用的材料包括玻璃、树脂等,由于技术限制,这些材料在制造AR镜片时各有不足,例如彩虹效应(彩虹纹)、视场角(FOV)限制、重量和舒适度以及散热问题等。
针对以上痛点,在研发过程中,仇旻及团队把传统制造工艺中材料、技术等方面的短板作为工作重心,一一攻破。
首先是碳化硅的材料选择。
近年来,碳化硅(SiC)作为第三代半导体的代表性材料,在新能源汽车等领域应用广泛。西湖大学仇旻实验室在解决碳化硅切割问题的过程中发现,其具备高达2.65的折射率,比传统高折射率玻璃能够提供更大的全彩色视场角。
如果将其应用到AR镜片上,无疑能够带来更好的沉浸感和体验,且硬度仅次于金刚石。于是,团队选择用碳化硅代替传统的玻璃和树脂镜片,作为研发AR镜片的理想材料。
二是镜片散热效率的百倍提升。
传统的AR衍射光波导眼镜中,投影光机和传感、计算单元产生的热量堆积会使设备进入过热保护,难以实现长时间全彩全画幅显示。。
据仇旻介绍,有别于传统的镜腿散热方法,慕德微纳的碳化硅AR眼镜利用材料本身的性质,结合团队的特殊设计,创新性地将镜片用于散热,大幅提高散热效率。
“碳化硅镜片的导热是玻璃的的数百倍,所以热传导上去之后会均匀地散开。”仇旻解释道。解决散热的问题后,全彩全画幅显示自然不再是奢望。
三是单片全彩显示,消除“彩虹纹”干扰问题。
传统的AR眼镜为了实现全彩色显示,通常需要使用多层高折射率玻璃(镜片)来传导光线,这就导致镜片厚重且不舒适。
不过,得益于碳化硅材料的超高折射率,结合慕德微纳的团队技术,只需单层波导就能完成全彩显示任务,而且通过特殊的封装工艺,解放了衍射光波导对盖板玻璃的需求;同时,团队通过对光栅结构的精确设计和加工精度的提高,几免了环境光衍射进人眼可视范围内的彩虹纹问题,保证用户视觉界面的干净清晰。
慕德微纳CEO 杜凯凯博士表示,相比市面上的其他AR镜片,慕德微纳的这款镜片是目前已知的AR镜片中“最轻薄的,也是更适合于佩戴的一款”。
36氪在现场观察到,慕德微纳展示的AR眼镜镜片,双目重量只有5.4克,外观上与普通眼镜无异。

仇旻现场展示AR眼镜样品

总的来说,倘若将慕德微纳的碳化硅AR镜片应用到整机制造中,整副眼镜的重量小于50克不是问题;同时能够做到“点亮不烫”,用户无需害怕传统AR眼镜使用过程中过热保护等影响体验感的因素。

“由于(该镜片)完全消除了彩虹纹,熄屏之后就是一个普通的镜片。基于我们的设计,还实现了45度的视场角,也就相当于在三米外,(佩戴的人)眼前有一个100寸的显示屏。”仇旻进一步补充道。 

成果转化的下一步:产业化

微纳光学,是在微小尺度上对光学现象进行操控的一门新兴学科,它为AR镜片在内的光学器件和技术带来了新的设计技术方案。仇旻团队多年来持续深耕于微纳光学领域,在微纳光子学理论、微纳加工与制造、仪器装备等科研方向硕果颇丰。
慕德微纳是西湖大学技术孵化的公司,成立于2022年4月。公司面向微纳光学领域,应用先进微纳米加工技术,提供高端技术服务与器件产品;同时,聚焦微纳光电器件设计和加工技术,以纳米压印模板技术为切入点,在衍射光学器件、超透镜与超表面、光通信器件及生物传感芯片等领域都有核心技术布局与发展成果。
发展到今天,慕德微纳先后完成倾斜光栅、二维光栅、闪耀光栅、渐变深度光栅等的纳米压印模板技术开发,成为国内第一家完成相关技术开发的单位。
目前,慕德微纳已经在杭州市临平区建立生产线,并实现了从光刻到镀膜、刻蚀、测试等一系列生产流程的国产化,具备小批量生产的硬件和技术条件。
尽管现在基于碳化硅的 AR 眼镜镜片成本相对较高,但随着AR眼镜在C端市场的普及和内容生态的完善,生产规模的扩大必然带来成本的降低,碳化硅晶圆的价格有希望从数千元降低到百元级别。
杜凯凯预计,未来三至五年有望开启真正的“AR 时代”。

杜凯凯现场展示AR眼镜样品
技术落地,产业先行。下一步,慕德微纳的碳化硅镜片能否在AR眼镜领域实现更广泛的应用,值得市场期待。

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