2024 年 9 月、Meta は AR メガネのプロトタイプである Orion を発表しました。ザッカーバーグ氏がレンズを装着した瞬間、視野 70 度のフルカラー画像がレンズに現れ、虹のアーチファクトやゴーストがなく、仮想コンテンツが水中のインクのように現実にシームレスに溶け込みました。
メタ光学科学者のパスクアル・リベラ氏はかつてこの体験を次のように表現しました。「従来のガラス導波管を備えた眼鏡を着用すると、ディスコにいるようなものです。視界が虹のようなアーティファクトで満たされ、AR コンテンツをはっきりと見ることがほぼ不可能になります。しかし、炭化ケイ素導波管に切り替えた瞬間、シンフォニー ホールに足を踏み入れるようなものです。すべてが静まり、最終的に完全に没入できるようになります。」
この声明は、AR 光導波路業界の核心的な問題点を真っ向から切り取っています。課題は単に製造することではなく、 適切に製造することです。 AR 光導波路 (厚さ 1 ミリメートル未満の透明なレンズ) は、AR メガネが本当に消費者市場に参入できるかどうかを決定する「ラスト マイル」に相当します。
業界は現在、表面レリーフ回折格子 (SRG) 導波路、幾何学的アレイ導波路、体積ホログラフィック グレーティング (VHG) 導波路という 3 つの主流の技術的アプローチに集中しています。それぞれが異なる物理原理に依存しており、独自のエンジニアリング上のボトルネックに直面しています。
これら 3 つの道のうち、最終的に勝つのはどれでしょうか?
まず、光導波路が実際にどのような問題を解決するのかを明確にしましょう。
3 つの技術的アプローチについて説明する前に、まず光導波路の基本的な性質を確立する必要があります。 AR メガネの光学システムは、現実世界の視界を妨げずに仮想画像を目に届けるという 2 つのことを同時に達成する必要があります。
これは、光学コンポーネントが十分に透明で薄く、同時に広い視野 (FOV) と十分なアイボックスを提供する必要があることを意味します。
プリズム、自由曲面光学系、バードバス設計などの初期のアプローチはすべて、同じ物理的なトレードオフに直面しました。つまり、FOV を大きくするには厚い光学モジュールが必要でしたが、モジュールを薄くすると光の透過率が犠牲になることを意味しました。
Google Glass で使用されているプリズム設計では、FOV がわずか 15°、光透過率が 50% 未満でした。エプソンのフリーフォーム ソリューションの重さは 550 グラムで、ヘルメットに似ていますが、XREAL で使用されているバードバス デザインの光透過率は 30% 未満で、メガネは暗いサングラスのように見えます。
光導波路はまったく異なるアプローチをとります。光路は薄いガラス板に折り畳まれ、内部全反射によって伝送され、その後、特定の構造が光を「抽出」して目に導きます。これにより、光学モジュールの厚さが FOV から切り離され、3 mm より薄いレンズ、85% を超える光透過率、80° を超える理論上の FOV が可能になります。
課題は、光がどのように「結合」および「結合アウト」されるかにあります。3 つの異なる技術的ルートの違いは、まさにこの「結合」と「結合」に使用される物理メカニズムにあります。
表面レリーフグレーティング (SRG) 導波路: 量産の王様だが、レインボーアーティファクトに悩まされている
原理: ガラス表面に「ナノ格子」をエッチングします。 SRG の核心は、ガラス基板の表面上に周期的なナノスケールのレリーフ構造 (本質的には回折格子) を作製することにあります。
マイクロディスプレイから発せられた光は、入力結合格子に当たると回折を受けます。回折角は全内部反射の条件を満たしているため、導波路内に光が「閉じ込め」られて伝播します。出力結合格子に到達すると、光は再び回折し、「放出」されて人間の目に入るようになります。
さらに、回折格子の周期とデューティ サイクルを調整することで、射出ひとみをわずか数ミリメートルから 10 ミリメートル以上に拡大する「アイボックス拡張」を実現でき、ユーザーは特定のスポットに目を正確に合わせる必要がなく画像を見ることができます。
利点: 量産能力は他の 2 つのアプローチをはるかに上回ります。 SRG テクノロジーの最大の強みは、成熟した半導体製造プロセスを活用できることです。
ナノインプリント リソグラフィー (NIL) により、ウェーハ上にグレーティング マスター構造を高精度で複製できます。 1 枚の 12 インチ ウェーハから 20 ～ 25 個の導波路が得られます。
Goertek Optics は月産 25,000 ユニット (12 インチ ウェーハに基づく) の生産能力を達成しており、年間約 600,000 ～ 750,000 個の導波路の生産となります。 2025 年には、SRG 導波路からの世界収益は 2 億 4,500 万ドルに達し、62% の圧倒的な市場シェアを確保しました。
中国企業は、歩留まりを 86% まで高めながら、ユニットあたりのコストを 18 ドル未満に抑えています。
Microsoft の HoloLens、Magic Leap、RayNeo や Meizu などの国内ブランドの製品などの主力 AR デバイスはすべて SRG テクノロジーを利用しています。
致命的な欠陥: 「レインボー エフェクト」の物理的性質。SRG で最も批判されている問題は、レインボー エフェクトです。
これは製造上の欠陥ではなく、固有の物理的特性です。
格子回折により、異なる波長の光が異なる角度で回折します。 SRG 導波路を通して外界を見ると、周囲光のさまざまな波長成分が回折格子によって「分割」され、視野内に色付きの縞模様が形成されます。これは CD の裏面に見られる虹のような反射に似ており、同じ物理的メカニズムが働いています。
もう一つの問題は光漏れです。
アウトカップリング格子は、画像光をユーザーの目に向けるだけでなく、その一部を外部に散乱させます。
誰かがあなたのメガネを横から見ると、画像のちらつきが見えることがありますが、これは現実の使用シナリオでは容認できないプライバシーの問題です。
また、光効率が低いという問題もある。 SRG の光利用率は通常、わずか 1% ～ 5% です。これは、マイクロディスプレイから発せられる光の 95% 以上が無駄になることを意味します。これは消費電力を直接増加させ、マイクロ LED の輝度要件を高めます。
2025 ～ 2026 年の技術的ブレークスルー
業界は手をこまねいているわけではない。エッチング プロセスは、SRG の次世代の方向性として、ナノインプリント リソグラフィーに取って代わりつつあります。
ナノインプリント リソグラフィーでは有機フォトレジストを使用し、屈折率を約 2.0 に制限します。対照的に、エッチングプロセスは無機材料に直接作用し、2.4を超える屈折率を可能にし、光学性能を根本的に向上させます。
AAC Technologies は Dispelix と提携して、半導体エッチングプロセスを使用して製造された単層フルカラー導波路を発売しました。この導波路は、25°の視野 (FOV)、1500 nits/lm の光効率、0.7 mm の厚さ、わずか 4 g の重量を特徴としています。 90% 以上の光透過率を実現し、「ユーザー エクスペリエンスに影響を与えない」レベルまで虹のアーチファクトを抑制します。
一方、Zhige Technology は、使用シナリオの 95% で虹アーチファクトを大幅に抑制すると主張しており、Xiaomi と OPPO からの投資を確保しています。
しかし、率直に言って、レインボー アーチファクトは抑制することしかできず、除去することはできません。回折格子構造が存在する限り、分散は持続します。これは、SRG (Surface Relief Grating) アプローチに固有の制限です。
幾何学的配列導波路: 画質の最高峰ですが、大量生産するのは悪夢です。
原理: 半反射/半透過ミラーのアレイを使用して光線を「中継」します。
幾何学的導波路は全く異なるアプローチを採用しており、回折を含まずに純粋に幾何光学に依存しています。
その構造は単純で、傾斜した半反射ミラーのアレイがガラス基板内に埋め込まれています。光は入力結合プリズムを介して導波路に入り、内部全反射によって伝播します。半反射ミラーに遭遇するたびに、光の一部が導波管から反射されてユーザーの目に入りますが、残りの光は次のミラーに進み続けます。これは一連の「リレー ミラー」のように機能し、段階的に光を「注ぐ」のです。
幾何学的導波路は回折に依存しないため、虹アーチファクトや分散の問題がなく、3 つのアプローチの中で最高の画質を提供します。
利点: 優れた画質と最小限の光漏れ。
幾何学的な導波路は、SRG と比較してはるかに優れた光効率を提供します。回折損失を排除し、高い光路効率を確保することで、光学エンジンの消費電力を削減します。光漏れ率はわずか 1% ～ 5% で、3 つの技術の中で最も低く、優れたプライバシーを提供し、ガラスを横から見る観察者にはディスプレイの内容がほとんど見えません。これらは、色再現、コントラスト、解像度などの指標において全面的にリードしています。現在に至るまで、Lumus の幾何学的な導波路は画質において比類のないものであり続けています。 2025 年までに約 28% の世界市場シェアを保持すると予測されており、非常に高い画質が要求される産業や軍事などの B2B 分野を支配しています。
致命的な欠陥: コーティングと接着の量産悪夢
幾何学的な導波路の課題は製造にあります。
中核となるプロセスは、ガラスプリズムの切断、研削、研磨、コーティング、接着または接着などの精密光学加工です。各ステップには伝統的な光学技術が含まれますが、精度の要件は絶対的な限界まで引き上げられます。
コーティングは最初の大きなハードルです。各半反射/半透過面では、反射対透過 (R/T) 比を正確に制御する必要があります。さらに、これらの R/T 値は場所によって異なる必要があります。光は伝播するにつれてエネルギーを失うため、均一な光出力を確保するには、経路に沿ってさらに遠い表面にはより高い反射率が必要です。コーティングの厚さはナノメートルスケールで制御され、1 枚のガラス基板に数十のコーティング層が形成される場合があります。
絆は 2 番目の大きなハードルです。
従来の接着は光学接着剤に依存しています。しかし、ポリマー接着剤の硬化収縮により迷光やカラーシフトが発生するため、高屈折率の光学接着剤は希少です。分子結合 (直接結合) は優れた結果をもたらしますが、非常に厳しいプロセス条件が必要です。原子的に平坦な表面が必要であり、わずかな粒子や形状の不規則性でも結合の失敗につながります。
その結果、収量は依然として低く、コストは高止まりします。
2025 年になっても、幾何学導波路の量産歩留まりは SRG の歩留まりより大幅に低いままです。これが、市場シェアが SRG の半分未満である根本的な理由です。
誰がコースに残っていますか？
Lumus (イスラエル) は幾何学的な導波路のベンチマークであり、SCHOTT との提携を通じて高屈折率ガラス ウェーハの分野をリードしています。
レポートによると、Meta の 2025 AR 製品は LCoS と幾何学的な導波管構成を利用する可能性があります。もし本当であれば、これは消費者市場における幾何学的導波路の大きな進歩となるでしょう。
この分野における中国国内の主要プレーヤーには、Libaiguangjing や Lingxiweiguang などの企業が含まれます。
幾何学的な導波路の位置付けは、リソグラフィ システムにおける EUV テクノロジーの位置付けとよく似ています。つまり、幾何学的導波路は最高の性能の上限を提供しますが、同時に大量生産に対して最も高い障壁になります。
製造上のボトルネックが克服されれば、画質に対する究極のソリューションとなる可能性があります。ただし、それまでは、主にエンタープライズ (B2B) 市場向けのハイエンド オプションであり続けます。
体積ホログラフィック回折格子 (VHG) 導波路: コストキラーだが材料が重大なボトルネック
原理: 材料内に屈折率格子を「書き込む」
VHG の背後にある概念は、SRG の概念とは根本的に異なります。
SRG は表面に構造を物理的にエッチングすることによって形成される表面レリーフ格子ですが、VHG はデュアルビーム干渉露光によって作成されます。このプロセスは、感光性材料 (フォトポリマーなど) 内で屈折率の周期的な変調を引き起こし、材料の内部に目に見えない格子を効果的に「書き込む」ことになります。
格子は（表面ではなく）材料のバルク内に存在するため、「体積ホログラム」と呼ばれます。
このメカニズムには、いくつかの固有の利点があります。
より高い理論的回折効率: 体積格子のブラッグ選択性により、特定の波長と角度での光の効率的な回折が可能になり、理論的回折効率は 100% に近づきます。
表面レリーフ構造なし: これにより、虹アーチファクトを引き起こす分散メカニズムが排除され、表面汚染の問題が回避されます。
シンプルな製造プロセス: ナノインプリンティングやエッチングは必要なく、レーザー干渉露光システムのみが必要です。その結果、理論コストが低くなり、生産能力が向上します。
最小限の光漏れ: Nica Optics の N25G 製品は、光漏れ率が 1:140 未満であることが特徴です。
利点: コスト削減と大量導入のニーズに最適です。
3 つの経路の中で、VHG は低製造コストの最大の可能性を提供します。
ナノスケール製造装置、精密コーティング、分子結合は必要なく、レーザー干渉露光システムのみが必要です。
2026年6月、ニカオプティクスは、年間100万個を生産できる世界初の体積ホログラフィック光導波路の自動生産ラインを天津で立ち上げた。天津と広州の施設を合わせた年間生産能力は 130 万台に達しました。
2025 年には、VHG (ボリューム ホログラフィック グレーティング) が世界市場シェアの約 10% を保持していましたが、最も速い成長率を示しました。
XINGYIZHINENG の AR99 メガネは、Nika Optics のボリュームホログラフィック導波路を備えており、ユニット全体の価格は 999 RMB という低価格で、業界に衝撃を与えました。
致命的な欠陥: 材料の「不可能な三角形」
VHG のアキレス腱はその素材にあります。
フォトポリマー材料は、高屈折率変調 (Δn)、長期環境安定性 (老化、温度、湿度に対する耐性)、および高い製造精度という 3 つの基準を同時に満たさなければなりません。これら 3 つの基準は本質的に矛盾しており、「不可能な三角形」を形成します。
Δn を大きくするには、通常、高屈折率の無機ナノ粒子を組み込む必要があり、材料の透明性と安定性が損なわれます。
安定性を高めるには架橋と硬化が必要であり、これにより感光性基の応答が制限され、Δn が減少します。
屈折率プロファイルを正確に制御するには、非常に狭い露光帯域幅と厳格な環境制御が必要となるため、大量生産での一貫性を確保することが非常に困難になります。
その結果、VHG は一般に 30° ～ 40° の視野 (FOV) しか提供できず、フルカラー ディスプレイの色の一貫性と色域カバー率は、SRG や幾何学的な導波路に比べて依然として遅れています。
さらに、感光材料の経時変化の問題も根本的には解決されていない。導波管の性能は数年後に劣化しますか?現在、この質問に答えるには長期的な現場データが不十分です。
サプライチェーンレベルにも制約があります。高精度レーザー干渉露光システムには標準化された量産バージョンが存在しません。したがって、各企業は独自のカスタム ソリューションを開発する必要があり、そのプロセスは長い開発サイクルと高い投資コストを特徴とします。
誰が賭けをしているのでしょうか？
世界的な企業には、ソニー、DigiLens (米国)、Akonia (2018 年に Apple が買収) などがあります。
国内の代表企業には、Nika Optics、Sanji Optoelectronics、Crystal-Optech、Gudong Technology などがあります。
Apple による Akonia の買収自体は、重要な評価を示唆しています。 材料科学のブレークスルーが前提条件ではありますが、ボリューム ホログラフィーが消費者グレードの AR への究極の道となる可能性は十分にあります。
炭化ケイ素: 第 4 の道?物質レベルでの「次元縮小攻撃」
競合する 3 つのアプローチについて 10 年にわたる議論を経て、Meta は 2024 年に Orion、つまり炭化ケイ素 (SiC) 光導波路という爆弾を投下しました。
これは 4 番目の技術的なルートではありません。むしろ、最初の 3 つのルートに対するマテリアル レベルでの「次元の攻撃」を表します。
炭化ケイ素が変革をもたらす理由
光導波路の最大視野 (FOV) は、基板材料の屈折率によって決まります: FOVmax∝arcsin(nguide−nair)
通常のガラスの屈折率は約 1.5 ～ 1.7 ですが、SRG に使用される高屈折率ガラスの屈折率は 1.9 ～ 2.0 です。これは、単層導波路の最大視野 (FOV) を直接制限します。HoloLens 2 の 52° FOV は、すでにガラス材料の物理的限界に近づいています。
炭化ケイ素は 2.65 ～ 3.2 の高い屈折率を誇り、単層導波路だけで 70° ～ 80° の視野 (FOV) を実現し、多層積層の必要性を排除します。
さらに重要なことは、炭化ケイ素の分散特性により、回折格子周期を 262 nm に最適化することができ、レインボー アーチファクトを物理的に除去し、単に抑制するだけでなく完全に除去できることです。
次に熱放散です。炭化ケイ素の熱伝導率は約 490 W/m・K で、これはガラスの 500 倍近くです。光学エンジンで発生した熱はレンズを通して直接伝導できるため、専用の放熱構造が不要となり、さらに重量が軽減されます。
炭化ケイ素導波路を使用することにより、Meta Orion は 70 度の視野 (FOV) と 100 グラム未満の重量を達成しながら、通常のアイウェアと同様の外観を維持します。これはガラス導波路では達成できない特長です。
ただし、コストが大きな欠点です。
現在、各炭化ケイ素レンズのコストは数千元に達しており、ガラス導波路のコストをはるかに上回っています。メタ幹部らはまた、オリオンの製造コストのかなりの部分が炭化ケイ素レンズに起因していることを認めた。
炭化ケイ素は非常に高い硬度 (モース硬度 9.25、ダイヤモンドに次いで 2 番目) を持ち、加工が非常に困難です。さらに、大型の光学グレードの炭化ケイ素基板の製造能力は依然として限られている。
この分野で積極的に活動している中国国内企業には、Sanan Optoelectronics、TankeBlue Semiconductor、Tianke Heda、Guotan Semiconductor などがあります。 Guotan Semiconductor は 2025 年までに 12 インチの高純度炭化ケイ素単結晶の開発に成功し、複数の AR クライアントによる小規模バッチ検証を完了しました。 Goertek Optics は、炭化ケイ素エッチング技術を利用したフルカラー光導波路ディスプレイ モジュールである F50Se も発売しました。
炭化ケイ素のアプローチの本質は、材料コストの上昇と引き換えに性能の世代間の飛躍を実現することにあります。
消費者市場への移行は、大型炭化ケイ素基板のコストを削減できるペース、つまり 2027 ～ 2028 年に楽観的に予測される好機の窓にかかっています。
業界の状況: 誰が何に賭けているのか
2026 年半ば時点の業界の状況が徐々に明らかになってきています。
注目に値する業界のシグナルがいくつかあります。
製造システムは統合され始めています。
2026年以降、業界の競争は「誰が製品を製造できるか」から「誰が安定供給を保証できるか」に移行すると考えられます。SRG（表面レリーフグレーティング）の国内有効生産能力は年間約600万～800万個ですが、需要は年間1,000万個を超えており、高品質導波路の供給には数百万個のギャップが生じています。
光学大手と半導体製造装置大手の提携。
2026 年 6 月、EssilorLuxottica と Applied Materials は、スマート グラス用の次世代 AR 光学システムを開発する共同取り組みを発表しました。従来のレンズメーカーと半導体装置プロバイダーを組み合わせたこの提携は、AR 光学製品の生産が「実験室規模のプロセス」から「半導体グレードの製造」へ移行することを示しています。
ゲルテックがサニー・オライを獲得。
2026 年初頭、Goertek Optics と Sunny Optical は約 19 億人民元相当の株式交換取引を完了し、設計から製造までのフルチェーン機能を統合しました。業界の再編が加速しています。
最終評決: 最後に笑うのは誰だ
私たちの評価では、短期的には単一の勝者は存在しないものの、中期的な状況はすでに形になりつつあります。
短期 (2026 ～ 2027 年): SRG が優勢。 VHG は大衆市場で有利なスタートを切りました。
SRG は、成熟したナノインプリントおよびエッチングプロセス、86% の歩留まり、18 ドル未満のユニットあたりのコストを活用して、今後 1 ～ 2 年間、消費者向け AR の主流ソリューションであり続けるでしょう。
虹のアーティファクトは「許容できる」レベルに抑制され、25°～50° の視野 (FOV) がほとんどの消費者向けユースケースをカバーします。
VHG は、そのコスト上の利点により、大衆市場 (特に AR グラスの 999 人民元の価格帯) と自動車用 AR-HUD 分野に急速に浸透しています。
ニカオプティクスの100万個規模の生産ラインの立ち上げは重要なシグナルとなる。
ただし、FOV およびフルカラー表示機能に関する制限は、短期的に根本的に解決することが依然として困難です。
幾何学的な導波管は、Meta のような業界リーダーが発売する消費者グレードの製品からの検証を待ちながら、エンタープライズ (B-to-B) 市場でのハイエンドの地位を維持します。
中期 (2028 ～ 2030 年): 炭化ケイ素は状況を再形成します。
大型炭化ケイ素（SiC）基板のコストが許容できるレベルまで下がった場合（2～3年かかると予測）、SiC導波路は表面レリーフ格子（SRG）に伴う「レインボー効果」と幾何学的導波路の視野（FOV）制限を同時に解決し、消費者向けAR向けの「革新的なソリューション」として浮上するだろう。
その時点で、競争の焦点は「回折格子製造プロセス」から「材料プラットフォーム」に移るでしょう。低コストで大型の光学グレードの炭化ケイ素を誰がマスターするかが、AR 光学機器の将来の鍵を握ることになります。
長期的な見通し
結局のところ、AR 光導波路間の競争は 3 つの異なるルート間のゼロサム ゲームではなく、むしろ 2 つの進化経路間の競争です。
方法 1: 製造精度を最大限に高める。
エッチングプロセス、高屈折率材料、およびコーティング技術の継続的な反復により、SRG および幾何学的導波路は、既存の材料システム内での物理的限界に近づきつつあります。
パス 2: 材料革命。
炭化ケイ素のような新素材は、既存のプロセスのボトルネックを回避し、性能の世代間の飛躍を可能にすることで、根本的に状況を変えています。
しかし、VHG は第 3 の道を歩む可能性があります。感光材料が「不可能な三角形」を突破すれば、体積ホログラフィーのコスト上の利点により、それが消費者市場にとって究極のソリューションとなる可能性があります。 Apple による Akonia の買収は、まさにこの方向への戦略的賭けを表しています。
3 つのアプローチは基本的に、パフォーマンス、コスト、実現可能性という 3 つの異なる側面から同じ問題に対処します。 SRG は実現可能性で勝利し、幾何学的導波管は性能で優れ、VHG は最大のコスト潜在力を提供しますが、炭化ケイ素は 3 つの面すべてで勝利を目指しています。
最後に笑うのは誰だ?
それは、特定の 1 つのルートに関するものではなく、「高性能 + 低コスト + 量産性」という 3 つの要素を同時に解き放つ最初の企業になることを意味します。
このレースはまだ始まったばかりです。
出典:神都瑞光
