显示专家Karl Guttag：Meta Ray-Ban Display技术解析（Part 1）
Meta Ray-Ban Display技术解析
（映维网Nweon 2025年11月11日）显示技术专家近眼显示技术专家卡尔·古塔格（Karl Guttag）正在分享他对全新发布的Meta Ray-Ban Display的技术解析。以下是具体的整理：
引言——忙于研究Meta Ray-Ban Display技术并协助拆解
在我即将前往欧洲近一个月之际，关于Meta Ray-Ban Display智能眼镜的消息传开了。我立刻注意到这款眼镜使用了Lumus几何波导及下方左图。然而，随后公布的一张类X光视图（下图右）显示，其光学引擎与以往任何Lumus光学引擎都不同。在埃因霍温会议期间的”交流时间”里，我听说它使用了OmniVision的LCOS微显示器，并且光学引擎由歌尔股份设计，整机同样由歌尔制造。
如果你细看Lumus的引擎（右图），你会看到一个长长的”光积分棒”匀光器，而这在MRBD的X光视图（右上图，红箭头所指）中是看不到的。
目前已有多个关于Meta眼镜的拆解。我协助了iFixit的拆解。相关报告于10月8日发布。其中iFixit与Lumafield合作获得了眼镜的完整CT扫描。这证明非常有益，因为为了检查光学引擎的组件，我们需要将其拆解。iFixit同时向我提供了引擎组件以供进一步分析。
我同时在与Radu Reit的”Display Training Center”合作，进行他对Meta显示眼镜的拆解。Radu成功移除了Lumus波导，同时保持引擎其余部分完整且能运行，这允许我们能够比较投影仪直接输出和通过波导输出的图像。他之后能够将波导重新组装回去。
结合iFixit的拆解报告和组件、Radu的拆解、以及我手中的未拆解样机，我们应该能全面探索Meta Ray-Ban Display智能眼镜（下文简称MRBD）的显示和光学系统是如何工作。
我同时要感谢Pulsar Solutions的David Bonelli在分析设计方面提供的协助。David认为他可以改进歌尔的这款光学引擎。
在这个系列博文中，我将主要基于iFixit的拆解报告以及他们借给我用于进一步评估的组件，重点关注显示器和光路。
Meta月耗资约15亿美元研发，但产品组件却全是现成货
我觉得非常有意思的是，尽管Meta在研发方面投入巨资，并发表了大量论文，但当他们真正需要制造一款产品来销售时，却选择了LCOS，而非Meta重金投入的MicroLED；选择了Lumus几何波导，而非碳化硅甚至玻璃衍射光波导；并且光学设计由歌尔完成，而非自己设计。
我能理解关于MicroLED在全彩显示方面尚未完全成熟的论点。但我依然想强调，可能有一些原因使得LCOS在一段时间内仍然是更好的解决方案，至少在实现全彩方面是如此（此事容日后讨论）。OmniVision的LCOS似乎是一个可靠的选择。我也理解Meta选择歌尔进行眼镜设计的原因，尽管我个人对歌尔的这款光学引擎并不太满意（下文详述）。
真正引人注目的是他们使用了Lumus的几何波导。Meta必须克服了巨大的”非我发明”心态，才能不使用自家的衍射光波导设计而转向Lumus。我理解这在技术方面有优势，包括效率更高、眼部反光显著减少以及更好的色彩均匀性，但Meta内部仍有许多衍射光波导设计师。从知识产权角度看，许多公司都在开发LCOS和MicroLED微显示器；数十家公司拥有衍射光波导技术，但只有一家公司开发出了优秀的几何波导。最重要的是，Lumus已经实现了70+度视场角的玻璃波导，而非十分昂贵的碳化硅波导。
Lumus几何（反射式）波导
尽管Meta没有明说，Lumus也尚未承认，但MRBD眼镜中的波导显然是Lumus Z-Lens几何波导的一个变种。
在相同视场角/视窗条件下，与衍射波导相比，Lumus波导的效率通常高出3-7倍，色彩均匀性极佳，且眼部反光极其微弱。Lumus波导过去常被诟病的是可制造性和成本问题，所以MRBD眼镜将是一次重大考验，因为需要足够大的产量来推动工艺改进和良率提升。历史上，Lumus波导主要用于高端的军事、医疗和工业应用。
Rivet Industries显然正在此类应用中使用Lumus波导。我还怀疑Anduril的新品Eagle Eye也在使用Lumus波导。Anduril今年接手了微软的IVAS合同。九月份，美国陆军向Anduril授予了1.59亿美元，向Rivet授予了1.95亿美元，用于开发AR眼镜。
在Anduril网站的图片或Joe Rogan播客展示Anduril的Eagle Eye眼镜时，我无法分辨出任何像Rivit图片中那样独特的Lumus Z-Lens”板条”结构，因为Anduril网站图片和（经过压缩的）视频分辨率太低。视频的好处在于你可以从多个不同角度观察光学器件/波导，从而发现那些暴露特征的细节。
但是，当帕尔默·拉奇取下遮光”护罩”并将眼镜递给Joe Rogan试戴时，并没有出现衍射波导特有的眼部反光，或者我称之为”衍射波导被动闪烁”的现象。我所说的”衍射闪烁”是指由于外部光线从出射光栅反射出来而看到的颜色。
考虑到演播室所有的灯光以及眼镜相对于摄像机的各种角度，如果它们使用了衍射波导，眼镜肯定会出现明显的闪烁。通过排除法，要么帕尔默·拉奇展示的是假眼镜模型，要么他们使用了Lumus波导。但可以肯定的是，他们没有使用像微软HoloLens IVAS眼镜那样的衍射波导（而且它们看起来也完全不像微软为IVAS开发的产品）。
关于MRBD的前向投影（眼部反光）”争议”
在Radu Reit的Meta Ray-Ban Display智能眼镜拆解视频和Navaneeth Tejasvi M N的LinkedIn帖子中，都讨论到了发现”眼部反光”的问题（尽管大多数网红声称不存在这种反光）。虽然存在眼部反光，但我测量其亮度仅为到达人眼光线亮度的约1.5%，并且光线是向下引导的。与通常眼部反光亮度达到用户所见亮度50%到100%的衍射波导相比，MRBD的眼部反光在典型使用场景（眼镜的环境光传感器会调节亮度）下远不明显，这很可能就是大多数评测者没有注意到它的原因。在环境光线较暗且亮度设置非常高时（例如在进行更深入评估时），眼部反光可能会被察觉到。
下面是我在室内将亮度调到最大时拍摄的一些照片。你可以看到视窗投影在我的眼睛，以及看到图像的范围有多大。这比在给定环境光下所需的亮度要高得多；这就是5000尼特亮度投射到人眼时在室内的样子。然后你可以从下方视角看到最大亮度时的眼部反光。在针对给定环境光使用正常亮度水平时，即使在最佳角度，眼部反光也几乎察觉不到。另外请注意，从这个方向看，图像是破碎的，无法识别内容（本例中是一个带有照片的测试图）。
图像质量、亮度与视场角
我将在未来的文章以及2小时的Display Training Center视频中更详细地探讨MRBD的图像质量和规格。我对图像质量进行了广泛评估，这将是后续一篇文章的主题。我同时与Radu Reit合作，他移除了Lumus波导，直接将眼镜投影仪的图像投射出来，以帮助确定各种问题的根源。
总的来说，对于波导型眼镜而言，其图像质量非常好。色彩均匀性非常好（与衍射波导相比），尽管并非完美。我对图像质量的一个抱怨是它有点”软”。我认为这种柔和感是由于眼镜进行了数字重采样，以及光学系统本身的一些柔和度。
根据Radu在移除波导后的测试，图像在离开投影仪时就是柔和的，并非波导所致（我计划在未来的文章中详细讨论这个问题，并在2小时的Display Training Center视频中简要提及）。眼镜的有效分辨率更接近400x400像素，而非宣称的600x600像素。眼镜具有40 PPD（每度像素数），当在现实世界背景下观看时（与我在黑色背景下的测试相反），这不一定是一个显著问题。
Radu测量到投影仪在全亮度下输出约1流明，我能够证实Meta关于显示输出约5000尼特（cd/m²）的说法，因此看起来他们实现了约每投影仪流明5000尼特到达人眼的水平。
与许多其他AR/智能眼镜相比，其20度的视场角（对角线，正方形宽高比）被认为偏小。有趣的是，除了某些非常特殊的情况，眼镜几乎从不使用完整的20度视场角。在大多数情况下，显示屏只使用约16度或更小的视场角。下面是我更改字体大小和切换”粗体”以查看是否会占用更多视场角的几个示例（结果并没有，只是文本换行）。下图中的橙色方框表示完整的20度视场角。
根据电池续航时间，他计算出在显示和音频运行时，眼镜（包括LED和显示器）的功耗约为0.38瓦。或许令人惊讶的是，运行相机拍照会使功耗增加一倍多，达到1瓦，而录制视频则会进一步增加到1.7瓦，比仅运行显示和音频高出约1.3瓦。
色彩均匀性
MRBD眼镜的色彩均匀性明显优于衍射波导，尽管并非完美（见右图）。右边是一张白色图片，已被放大以填满视场角（使用了”缩放”模式，这会损失分辨率，但对于纯白图像无关紧要）。
除了WhatsApp外，无法向眼镜加载图片
我发现的向MRBD加载图片的唯一方法是使用WhatsApp。遗憾的是，当打开WhatsApp图片时，只使用了约16度或大约464像素的宽度，即便如此，图像也经过了重采样，降低了其锐度（更多细节将在未来文章中讨论）。在Meta AI手机应用中有一个”放大图像”的选项（通过三击触发），虽然这能用图像填满视场角，但它也执行了软件缩放，这损害了原始图像的分辨率（我上面获取的覆盖整个视场角的白色图像就是这样得到的）。
OmniVision的LCOS
我在埃因霍温获得的关于LCOS器件来源的信息被证明是准确的，器件柔性电路板上直接印有OmniVision的部件号（OPO3010）。所述器件使用了与OmniVision目录部件OPO3011相同的LCOS芯片，但安装在不同的柔性电路板之上，以更好地适配MRBD。Meta声称他们拥有600x600像素的显示器，因此在每个方向上各有48个像素未用于显示信息。遗憾的是，光学引擎成像太软，我无法确切确认眼镜实际使用了多少像素。
OmniVision最以其相机技术闻名，该技术用于众多手机和其他设备。他们在其LCOS设计中利用了一些该技术，将所有的LCOS控制、帧缓冲存储器和MIPI接收器都集成到了LCOS的硅背板上（见右图）。这种集成不仅减小了尺寸和功耗，还提高了性能。同样值得注意的是，MIPI接收器减少了必须穿过眼镜折叠铰链的导线数量。
对比度
OmniVision声称其LCOS拥有1000:1的开关对比度，我测量整个系统（包括光学器件的对比度损失）的对比度约为600:1。当显示亮度由环境光传感器控制时，这种对比度水平对于大多数应用来说已经绰绰有余。
LCOS因”画框效应”而饱受诟病，其中很大一部分源于2013年的谷歌眼镜，其对比度似乎低于100:1——即使在当时也算比较差的。人类视觉系统的瞬时动态范围约为1,000:1到16,000:1，总动态范围（从白天到黑夜）超过1百万:1。因此，如果你在昏暗至黑暗的环境中将亮度调高，你会看到显示的灰色”边框”。通常，当环境光传感器正常工作时，这个边框几乎注意不到，甚至完全看不到。
场序彩色分离
虽然Ommivision的LCOS支持高达120帧/秒（360个R-G-B彩色场），但MRBD只有90帧/秒。这导致了稍微更明显的场序彩色分离，正如在Radu的视频中指出的（下方8:36处的静帧）。FSC分离的原因是各彩色场在不同时间出现；第一个和最后一个彩色场之间的时间间隔越长，人类视觉系统正确对齐它们的可能性就越小，分离现象就显得越大。不同人对FSC分离的感知程度差异很大。我希望凭借OmniVision的集成水平，他们未来能够提高场序速率，从而减少FSC分离。
无MMU FSC分离校正
目前已知有两种减少FSC分离的方法：第一种是缩短第一个和最后一个彩色场之间的时间（提高场速率），第二种是使用运动反馈和图像扭曲/重投影来将后续彩色场与较早的场对齐，正如Snap在Spectacles 5中所采用的那样。像Omnvision这样将所有功能集成在背板上，有助于提高彩色场速率而不会显著增加功耗，但对运动扭曲没有帮助（至少直到背板能够支持扭曲处理为止）。
歌尔投影引擎
遗憾的是，由于MRBD的组装方式，很难（或者至少不容易）获得整个光学引擎的良好图片。下图排列了各个组件，顺序与它们在投影引擎中的出现顺序相同。
iFixit在拆解前让Lumafield对眼镜进行了CT扫描（左下图）。我用红色标出了在CT扫描中不可见的组件。为了比较，我引用了一篇由Polyfractal发布的2017年文章，其中展示了一个用于更亮的前投影仪的”传统LCOS引擎”（我添加了更大的标签）。
MRBD不需要那么高的亮度，它将红色和蓝色LED并排放在同一陶瓷基板上，因此只需要一个二向色镜进行双向合光，而不像更大的微型投影仪那样使用三个独立的LED和两个二向色镜。眼镜引擎的双向合光设计取消了对”校正透镜”的需求，因为所有三个LED到引擎其余部分的距离相同。两种设计都使用微透镜阵列”蝇眼”匀光器来混合各种颜色并产生方形/矩形照明图案。
两种设计之间有一个主要的结构差异：一个非常不同的四分之一波片以及位于偏振分光棱镜底部的一个凹面镜。我拍摄了带有这些光学元件的PBS的特写照片，并用箭头标出了光路方向。这种结构的结果是，光以相对于LCOS器件成直角的方向射出PBS，而在传统的LCOS引擎中，光直接从LCOS器件的对面射出。知道歌尔可能设计了光学系统后，我快速检索了专利，发现一份歌尔的专利申请展示了这种相同的不寻常光学配置（部件62, 61, 和6）。
这种不同的配置很可能是为了在连接到AR眼镜中的波导时，改善光学器件的适配性。从光学角度看，这似乎更差，因为存在一条从入射强光到输出的直接路径，这依赖于预偏光片和PBS具有非常好的偏振控制来阻挡它。在更传统的配置中，没有这样的路径。该光学设计还将图像发送回PBS中，这是可能产生重影的另一个来源。
我不确定这种不寻常的光路是否是投影仪成像柔和的原因，但它肯定是为了外形尺寸的优势而牺牲了一些东西。我不是光学设计师（我的学位是电子工程），但表面上我并不喜欢这种配置，因为它存在多条可能导致图像质量问题的路径，包括重影和对比度损失。尽管如此，该引擎的开关性能看起来相当不错，测量对比度达到600:1，即使图像有点软。
蝇眼匀光器
蝇眼匀光器在LCOS和LCD投影仪中已经使用了几十年。一个蝇眼匀光器在两侧都有微透镜阵列。下面是眼镜匀光器的一系列特写照片，显示了两侧的透镜。
出于科普目的，我附上了图片展示蝇眼如何影响来自廉价激光笔的椭圆形光斑（如图所示，光斑对准在蝇眼上方）。具有两组微透镜的蝇眼会产生均匀的方形光来照明LCOS器件，即使输入光不均匀时也是如此，从而对红、绿、蓝光进行匀光和整形。匀光器对光学扩展量（光线的随机性 vs. 面积）有一定影响，但使用两组透镜的影响远小于，比如说，使用简单漫射器的影响。
蝇眼匀光器的替代方案是光积分棒匀光器。光积分棒更常用于DLP投影仪（一些DLP投影仪也使用蝇眼匀光器）。Lumus是我所知唯一一家在LCOS中使用光积分棒匀光器的公司，这导致我在上文引言中看到X光视图时，就怀疑虽然Lumus设计了波导，但他们很可能没有制造这个光学引擎。
结论
当面临实际压力，需要尽快推出一款眼镜产品时，Meta选择了或多或少是现成的技术。其中，使用Lumus波导尤为突出，因为迄今为止大多数公司都选择了衍射波导。我推测这是为了获得Lumus波导的突出特性，包括更高的效率（从而实现更高亮度）和显著减少的眼部反光（以至于大多数评测者甚至没有注意到它）。
我听到有传言说Meta正在研发使用衍射波导的双眼显示眼镜（使用的是玻璃，因为碳化硅离实用还很远）。我看不出Meta有什么理由要在效率（=亮度）和眼部反光方面开倒车。
光学引擎中似乎存在一个影响分辨率的问题。无论是从我对设计的理解，还是从实际的成像结果来看，我都不太喜欢歌尔在MRBD中使用的这款LCOS光学引擎，尽管歌尔是大批量头戴设备领域的主要供应商之一。
Omnivision的LCOS似乎是一个可靠的选择，我欣赏其LCOS器件内部驱动器和帧缓冲区的高度集成。我希望他们未来能提高帧率以减少场序彩色分离。
