Meta Hypernova 和 Google AR/AI 眼镜——内置 Lumus 和 Avegant，均采用 LCOS 微显示器

介绍

Axel Wong最近在 LinkedIn 上发表的两篇文章 启发了本文的写作。第一篇《解码 Meta 下一代 AR 眼镜的光学架构：可能是反射式波导——以及它为何要花费 1,000 美元以上》讨论了在 Meta 的 Hypernova AR/AI 眼镜中使用 LCOS 显示器的反射式/几何（Lumus或 Lumus 克隆）波导。Axel的文章部分基于 彭博社的 Mark Gurman 的一篇文章中的信息以及他从中国一家供应商那里收集到的 信息。Axel的第二篇文章《 谷歌的新款 AR 眼镜：光学设计、微显示器选择和供应商洞察》表示，   Shahram Iz adi在最近的 TED 演讲中展示了谷歌 AR 眼镜，它可能使用了应用材料公司的衍射波导。

谷歌的Shahram Iz adi在视频中展示了一款光学引擎，并称其为全彩。Axel在关于谷歌AI/AR眼镜的文章中推测，这款眼镜可能采用LCOS或X-Cube MicroLED引擎，但似乎更倾向于采用LCOS。Axel还写道，波导很可能来自应用材料公司。正如下文将要讨论的，我认为谷歌的AR眼镜很有可能采用Avegant在SPIE 2025年AR/VR/MR大会上展示的20度LCOS光学引擎。

Meta 和 Google AR/AI 眼镜有一些主要的相似之处：它们都是单眼（右眼使用单个显示屏），使用全彩 LCOS 微显示器，并使用波导技术。据报道，Meta 将显示屏放置在用户视野的右下角，而从 Google 的 TED 演讲来看，显示屏大致位于垂直方向的中央。或许最大的区别在于，Meta 可能使用了 Lumus 反射式波导，视场角可能为 30°，而 Google 则使用了衍射式波导，视场角可能为 20°。

本博客一直以来都致力于识别谷歌AR眼镜中的技术。早在2013年2月，我就正确地识别出了初代谷歌眼镜中搭载的Himax LCOS器件。股票分析师Mark Gomes根据我的发现在Seeking Alpha上发表了一篇文章，促使Himax的股价上涨了2.23亿美元。请参阅我2013年的文章《谷歌眼镜与Himax Whirlwind》。

本周 SID 显示周

我这周要去参加 SID 显示周 (Display Week 2025)。如果您有产品或概念，或者想在 2025 显示周 (Display Week 2025) 上讨论本博客中的某个主题，请发送电子邮件至 meet@kgontech.com。我计划在展览期间（5 月 13 日至 15 日）每天都到场，但我的日程安排得比较满。我可能也会有时间在 5 月 12 日（星期一）展览开始前与大家见面。我与 SID 合作，分享我对显示周 (Display Week, DW ) 的见解——过去、现在和未来。如果您计划参加显示周，SID 提供了代码 DW25KARL，可免费获得展厅通行证。

免责声明

虽然我联系了 Lumus 和 Avegant 来准备撰写本文，但两家公司均表示无法发表评论。因此，本文基于现有的公开证据，包括 Axel Wong 的文章、彭博社 Mark Gurman 关于 Meta Hypernova 的文章，以及其他来源以及我的经验。虽然我认为自己是正确的，但我并非 100% 确定。

我还应该指出，虽然Meta 的 Hypernova 预计将于 2025 年上市销售，但目前尚不清楚谷歌 AR 眼镜是否仅仅是一个实验室原型，或者是其 Android XR 合作伙伴的参考设计和开发平台。

我还得指出，我还没有机会评测 Meta 的 Hypernova 和谷歌的 XR 眼镜。我一直关注着 Lumus 和 Avegant 的研发，所以对图片大概的样子有所了解，但还没有看到完整的设计图。

Meta 和 Google AR 眼镜均采用单目和 LCOS

Meta 和 Google 的设备非常相似，因为它们都是单眼的，并且可能使用 LCOS 作为显示设备。

单眼案例

选择单目镜最明显的原因是节省成本和重量。另一个优点是无需调节瞳距 (IPD)。Mark Gurman 进一步写道，显示屏位于“右镜头的右下角”。

长期使用 AR 眼镜的用户、研究员兼谷歌顾问 Thad Starner 一直主张在眼镜下外角采用单目显示屏（已在AWE 2024 专题讨论：AR 眼镜的现状和未来方向中讨论过），而 Meta Hypernova 似乎正在尝试的正是这种设计。虚拟图像位于下外角的优势在于，它不会遮挡用户的前视。Thad 指出，你肯定不希望在关键时刻弹出消息遮挡视线。从人因工程的角度来看，如果显示屏无法水平居中，那么最好将其置于中心以下，因为人类向下看比向上看更容易。

双目显示器几乎强制要求它们位于中心位置，但如果担心遮挡前方视野，也可以将其设置在下半部分。然而，如果它们不在前方视野的中心，长时间使用会不舒服，佩戴者显然会向下看。因此，如果正如Gurman的文章所述，Meta正在计划开发一款双目Hypernova 2，我预计他们会将虚拟图像置于用户前方视野的中心。

LCOS——为什么不采用 MicroLED？

如今，关于用于 AR 眼镜的 MicroLED 的讨论热火朝天，Meta 和谷歌都采用 LCOS 似乎有些奇怪。选择 LCOS 有很多合理的技术理由，尤其是对于全彩显示屏而言，其中包括：

• 成本和可用性——如今的 MicroLED 价格昂贵得多，而且供应非常有限，并且至少在未来几年内可能仍会如此。
• 效率——正如我在 SID Display Week 2024 – LCOS中所讨论的，LCOS 具有显著的耐久性优势，这使得它在波导（衍射或反射）方面效率更高。
  • 对于全白屏幕，采用 LED 照明的 LCOS 显示器的功率效率大约是采用波导技术的 MicroLED 的 10 倍。MicroLED 的优势在于其功耗大致与平均像素值 (AVP) 成正比，因此，如果在清晰/黑色背景上只显示文本和简单符号等“稀疏内容”，则 AVP 较低，其功耗也较低。
  • 红色 MicroLED 效率极低，而蓝色 MicroLED 虽然对色彩平衡至关重要，但几乎无法提供“尼特”。因此，全彩 MicroLED 显示器所需的功率是纯绿色显示器的两倍以上，才能达到相同的“白尼特”输出。色彩问题加剧了光展量效率问题，尤其是在发光面积较大的空间色彩（并排 R、G、B）方面。
• 取景器、网页浏览和基于图片的应用赋予了LCOS巨大的功耗优势。如果眼镜要支持任何内容，包括白色屏幕或观看明亮场景，则必须针对最坏情况进行设计，包括以白色/明亮为主的图像。虽然大多数内容的AVP可能在5%到20%之间，但如果眼镜要在所有情况下都能正常工作，则必须针对100%的AVP进行设计，才能支持任何可能的内容。
  • 正如我常说的那样，“对于 AR 头戴设备，业余爱好者担心电池寿命，而专业人士担心功耗。”支持 AR 眼镜的最坏情况功耗是一个大问题，因为几乎没有可以散热的表面。
• 日光下可用——AR眼镜在日光下应输出2000尼特或更高的亮度，才能在户外使用。同样，除非内容非常稀疏，否则这有利于LCOS。
• “明亮模式” LCOS 照明：一些公司可以选择牺牲色彩准确度或切换到黑白模式来提高亮度。

由于上述许多原因，虽然 LCOS 没有像 MicroLED 那样获得媒体的关注和企业的投资，但它很可能在一段时间内（也许是很长一段时间内）仍然是全彩 AR 耳机的最佳选择。

Meta 和 Google 的 LCOS 与 MicroLED 或 LBS 路线图

左下方的图表是 Meta 的 Hartlove 在 Display Week 2024 和 SID AR/VR/MR 2025 上展示的。他们的图表显示 LCOS 是“就绪技术”，MicroLED 是“预期技术”，激光扫描是“最终解决方案”（带有问号）。右下方是 2023-04-27 SPIE AR/VR/MR 炉边谈话幻灯片，采访 Trilite，由谷歌的 Bernard Kress 展示，对比非常鲜明。Kress 的幻灯片显示了电源效率与平均像素点亮（与 AVP 相同）的关系；与我上面的评论类似，Kress 显示 MicroLED/LCOS 功率交叉点在 ~12% AVP（对于全彩来说现在还不是这样，也许在未来是这样），但随后他表示，通过“MiniLED 局部调光”，交叉点可能会大幅移出。值得注意的是，克雷斯在担任微软 HoloLens 技术负责人期间，曾参与 HoloLens 2 的激光扫描工作。

因此，我们对AR显示技术的未来似乎有着截然不同的看法。愤世嫉俗的人可能会认为，Hartlove的路线图可能是为了吸引Meta管理层投资其研发项目，而不是为了与商业现实挂钩。Kress（谷歌）的路线图可能反映了他在HoloLens 2上工作所留下的痕迹。

Meta 的 Hypernova 光学系统——可能是 Lumus Z-Lens 的变体

我之前在自己的文章《Meta Orion AR 眼镜（第一部分波导） 》中引用了Axel 于 2024 年 10 月在 Reddit 上发布的一些信息。在同一篇 Reddit 文章中，Axel 写道（我加粗标注了）：

此前有传闻称，Meta 将在 2024-2025 年推出采用 2D 反射式（阵列）波导光学方案和 LCoS 光学引擎的新型眼镜。随着 Orion 的发布，我个人认为这种可能性并没有消失，仍然存在。毕竟 Orion 不会、也不可能面向普通消费者出售。Meta 可能会推出另一款规格降低的反射式波导 AR 眼镜出售，这仍然是面向开发者或极客的尝鲜版，但推测这款反射式波导版本也很可能是一个过渡，最终会回归表面浮雕光栅 (SRG) 衍射波导。

Meta 很可能在原型机（即使不是最终产品）中使用了 Lumus 的反射式波导技术，这似乎已经是公开的秘密了，至少在中国是这样。多年来，我看到几家中国公司试图抄袭 Lumus 的反射式波导技术，但图像质量与 Lumus 的相比并不理想。此外，如果 Meta 真的抄袭了 Lumus 的技术，我不明白他们为什么要冒着被 Lumus 专利挑战的风险（Axel 在 LinkedIn 上的文章中也提到了这些观点）。

早在2011年开设这个博客之前，我就一直在关注Lumus的进展。今年1月，在SPIE AR/VR/MR 2025展会上，我与Lumus见面，观看了他们在SPIE AR/VR/MR展会上新发布的Z30 30° FOV Z-Lens。他们使用的是720 x 720像素的LCOS微型显示器。

需要指出的是，我见过的 Z30 波导显示器是垂直居中的，并且是双目设计的一部分。图像并非像彭博社马克·古尔曼在 Hypernova 文章中报道的那样，位于中心下方或偏右。因此，它并非完全是 Z30，而是一个定制版本。

下图左侧显示的是 30° Z30 波导及其附带的投影仪引擎，以及其旧款 Maximus 和 Z50 50° 波导。虽然 Maximus 和 Z50 距离较远，但您应该能够看出 Z30 投影仪引擎要小得多。Lumus 在 1 月份的公告中表示，Z30 原型机的眼部输出亮度超过 3,000 尼特/瓦LED，Lumus 还告诉我，他们希望通过设计改进将效率提高一倍以上。 [请参阅附录中我关于使用尼特/瓦LED 的注意事项，因为不同公司之间的尼特/瓦LED不可比]

右上图是我通过 Z30 快速手持拍摄的照片；我怀疑相机校准得不好（我一手拿着眼镜，一手拿着相机），而且背景也不是纯黑色（背景导致了均匀度的变化）。不过，色彩均匀度比典型的衍射波导要好得多。

透明度高，眼部光泽极少

我没拍到自己戴着基于 Z30 的眼镜的照片，这款眼镜的投影仪和镜框都比较小。下面这张照片是我戴着 Z50（50 度）原型眼镜的照片。Z50 和 Z30 的“眼部辉光”非常轻微，透明度约为 90%。照片中看到的非常轻微的眼部辉光是近乎全白的明亮图像，而不是典型的图像。

Lumus 波导带处方矫正功能

任何消费级AR眼镜的关键问题在于融入处方矫正功能。Lumus的Z-Lens波导以比衍射波导更浅的角度在波导中传播TIR光，这不仅可以使用折射率显著降低的反应玻璃，还可以直接粘合推拉透镜来改变虚拟图像焦距并进行处方矫正。

由于表面特性以及为了保持全反射 (TIR)，衍射型波导需要气隙。这增加了复杂性，并使透镜和波导的组合更厚。具有气隙的表面意味着存在额外的表面，这可能导致重影，需要使用防反射涂层来减少重影。目前尚无足够信息来确定配备衍射波导的 Google XR 眼镜是否能够解决度数矫正问题。

Lumus 与 AddOptics 合作，提供集成度数矫正功能的推拉式镜片。Lumus 在 2024 年 AWE 展会上向我演示了这一组合。

Lumus 玻璃材质宽视场 (70°)（相对于碳化硅）

Meta 于 2024 年末演示的 Orion AR 眼镜使用了非常昂贵且难以制造的碳化硅 ( SiC ) 波导。正如Meta Orion AR 眼镜（第一部分：波导）中所讨论的，他们之所以使用 SiC，是因为其折射率高，这对于支持衍射波导实现 70 度视场至关重要。在 2025 年 AR/VR/MR 大会上，Lumus 声称，由于 Z 透镜的 TIR 角度较小，他们的玻璃波导可以支持 70° 视场。

传闻中的 1,000-1,400 美元价格怎么样？

我看到很多关于Meta Hypernoval 的负面评论，据说它的售价在 1,000 美元到 1,400 美元之间。正如我之前写过关于 Apple Vision Pro 的文章一样， 那些认为 AVP 3,499 美元定价过高的人缺乏历史眼光。我更关心的是功能和实用性，而不是价格 。如果产品实用且有市场，就没有理由不大幅降低价格。这个价格反映出 Hypernova 更多的是在试水，而非打造一款成熟的消费产品。

Google XR 原型（Ted Talk 演讲）

Alex Wong 在 LinkedIn 上发表的关于 Google XR TED 演讲的文章强烈暗示，Google 正在使用来自应用材料公司 ( AMAT ) 和“一家位于中国上海的公司”的波导技术。在文章中，Alex 对光学引擎的具体细节并不确定。正如下文所述，我认为 Avegant 的设计是基于其尺寸和形状（下文将讨论），以及 AMAT 和 Avegant 之间近期的合作关系。

Avegant 和 AMAT 在 AR/VR/MR 2025 大会的各自演讲中，都探讨了双方新的合作关系。Avegant 展示了多张幻灯片，介绍了他们与 AMAT 联合开发的开发套件中配备的全新20° FOV 单目 LCOS 引擎。

下面是 Avegant/AMAT 开发套件的 X 射线图（上）和 Google 视频中的静态帧（下），展示了其 XR 眼镜的分解图。它们非常相似。我还在 Google 光学引擎附近添加了 Avegant 开发套件光学引擎部分的插图。虽然投影仪部分在 Google 分解图中看起来可能有些弯曲，但这可能很简单，因为为了更好地贴合 Google 的镜架，电子元件被布置在光学元件周围。

在上面两张图中，投影仪都位于右眼一侧（图左侧）。Avegant 的图显示麦克风位于左眼一侧，而 Google 的图则有一个摄像头孔。我坚信，对于任何“带 AI 的 AR”眼镜来说，摄像头都将必不可少。 图像位于镜框一侧，摄像头位于镜框另一侧，虽然从将图像放入镜框的角度来说合理，但由于视差，将显示屏用作相机取景器的做法并不理想。

我添加了指向 Google 设计中一些组件的标签。它们似乎在波导的两侧各有一组推拉透镜，但我不知道它们是否支持或将来是否支持度数矫正。总而言之，Google 似乎借鉴了 Avegant 和 AMAT 开发套件，然后对其进行了略微修改以满足他们的需求。

我从 Avegant 在 AR/VR/MR 2025 大会上展示的两张幻灯片中摘录了一些信息。正如我在附录中提醒的那样，您无法客观地直接比较Avegant 和 Lumus之前展示的LED尼特/瓦数值。Lumus 的 Z30 的视场面积约为后者的 2.25 倍（30/20 平方），此外还有许多其他因素。您可以看到，LED尼特/瓦数值会随着亮度的降低而急剧下降。600 尼特/23 毫瓦的LED相当于 25,000尼特/瓦的LED，而 3000 尼特/226 毫瓦的LED 相当于 11,272 尼特/瓦的LED，甚至不到后者的一半效率。

对于衍射波导来说，即使视场相对较小，这些表面上的效率数字看起来也非常高。Avegant 强调，他们为提高光学引擎的效率付出了巨大的努力。

Avegant 设计了巧妙的方法来缩小其 LCOS 投影仪引擎的尺寸。似乎每年在 AR/VR/MR 展会上，Avegant 都会推出一款越来越小的引擎。下图展示了他们新款投影仪的光路（取自 Avegant 网站）。一个关键技巧是他们使用二向色合束器/“波导”将光线引导至投影仪镜头，从而避免了传统 LCOS 投影仪引擎中需要偏振分束器的情况。

Meta Hypernova 和 Google XR——它们是产品、开发者系统还是原型？

我们在 AR 眼镜方面看到了许多产品概念，例如Meta 的 Orion、开发者设备（例如Snap Spectacles 5）以及来自许多公司的产品。

Meta 的 Hypernova 似乎是一款高端、限量消费产品，旨在测试市场表现。根据 Hypernova 的市场反应，Meta 可以选择专注于提升销量以降低成本，或者专注于（传闻中的）双目眼镜 Hypernova 2。Meta 不太可能在未来几年内将 Orion 的碳化硅 (Silicon Carbide) 推向主流市场。不过，Meta 显然对 AR 眼镜非常认真，并计划今年在 AR 和 VR 领域投入约 200 亿美元，其中大部分资金将用于 AR。

谷歌对其 AR 眼镜的意图则不那么明确。谷歌以进出市场而闻名，尤其是在硬件领域。目前尚不清楚谷歌是会自行开发硬件产品，还是将其交给其 Android XR 合作伙伴；在这种情况下，TED 演讲中展示的谷歌 AR 眼镜可能是其合作伙伴的参考设计。

结论

有一件事是肯定的：眼镜形态领域正在升温，巨头 Meta 和谷歌都开始展示可能在未来六个月到一年内上市的产品。关于苹果进军光学透视 AR领域的传闻也再次升温。

在显示全彩图像（例如来自相机取景器、照片或网页浏览的图像）时，LCOS 仍然比采用波导的 MicroLED 具有显著的物理优势。尤其是在试图实现日光下实际使用所需的 1,000 至 3,000 尼特的亮度时，这一点尤为明显。虽然 MicroLED 似乎吸引了大部分关注，而 LCOS 也存在场序色散和对比度较低等缺陷，但至少在未来几年，甚至未来很多年，LCOS 很可能仍是全彩或更高分辨率最实用的显示技术。

我不明白的是，鉴于过去十年AR领域收购了众多公司，Lumus和Avegant为何至今仍是独立公司。我见证了Meta、谷歌和苹果在MicroLED显示器领域大举投资和收购。然而，除了Snap收购陷入困境的LCOS领域Compound Photonics之外，几乎没有任何进展。

附录：比较不同波导的尼特/瓦LED时的注意事项

Lumus 和 Avegant 都给出了其投影仪和波导组合的LED尼特/瓦规格。我想提醒大家，虽然这些数字可以在一定程度上反映投影仪和光学元件的效率，但还有许多其他变量，因此它们可能无法进行比较。

虽然“尼特/瓦特LED ”听起来像是一个客观数字，但诸多因素使得不同公司看似相同的数字难以比较。遗憾的是，每家公司的测量方法都不同。这些因素包括：

• 视野——初步估计，当光线散布在某个区域时，尼特/瓦LED应至少与视野的平方成比例变化。
• 眼罩尺寸和眼部缓解——更大的眼罩和更长的眼部缓解意味着光线将分布在更大的区域，从而使尼特/瓦LED值更低（或眼罩或眼部缓解越小，尼特/瓦 LED 值越高）。
• 测量峰值与平均值或最差情况——通常，大多数公司会选择“峰值”（靠近中心）。不同的波导在边缘处的衰减程度不同。一组将光线集中在中心的光学元件将具有更高的“峰值”，而边缘则较暗。根据我的经验，反射式波导从中心到外部的分布比衍射式波导更均匀。因此，“峰值”测量通常更倾向于衍射式波导，即使两者都指定了峰值。
• 许多因素都是非线性的。例如，当总光输出因亮度、更大的视场角或眼罩而增加时，效率会随着LED发热而下降。这使得我们无法比较不同视场角或亮度的头显。
• 全彩 vs 纯绿——如前所述，尼特衡量的是人眼的反应，在色彩平衡的“白色”中，红色和蓝色贡献的尼特相对较少，但功耗却很高。因此，采用相同技术，全彩尼特的效率会更低。采用相同技术，全彩尼特/瓦LED的效率可能远低于纯绿尼特的四分之一。
• 工程权衡——根据技术的不同，各种工程权衡可能会有助于或阻碍尼特/瓦特LED的效率。例如，衍射波导可能会降低改善色彩均匀性或减少眼部眩光的效率。
• 营销“捏造”和测量“精心挑选”的单位——由于没有配备测试设施的“营销警察”来报告整个 FOV 的测量值，因此公司很容易捏造数字或使用精心挑选的单位。

我不会说这些数字毫无意义，而且我仍然很高兴看到一些公司公布了他们的LED亮度（尼特/瓦） 。这至少能让我们了解AR眼镜是否能在户外使用。同一家公司的产品之间的数值可能比两种截然不同的设计之间的数值更具可比性。