专访 | 这家中国公司立志要成为全球AR光学模组解决方案领军供应商

焱焱 2021年10月6日13:39:30
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本期对话嘉宾
专访 | 这家中国公司立志要成为全球AR光学模组解决方案领军供应商

  ——耐德佳联合创始人&COO 段家喜先生

AR中国  : 首先,请简要介绍一下耐德佳公司的整体情况。目前,耐德佳在AR技术和产品方面有哪些布局?对耐德佳今年六月获得的B1轮融资表示祝贺,这轮融资后,耐德佳有哪些新规划或布局? 

感谢ARinChina的对我们的关注,我先介绍下耐德佳,耐德佳是一家由美国亚利桑那大学、清华大学、华中科技大学、北京理工大学、中科院博士团队及资深光学工艺师团队创立的高新技术公司,目前已跻身国际一流的AR光学模组解决方案供应商领域。

 

专访 | 这家中国公司立志要成为全球AR光学模组解决方案领军供应商

耐德佳一角

我们公司成立于2015年,上月刚举办了六周年庆典,借此机会,我们总结梳理了公司成立六年来所取得的系列成绩,涵盖产品迭代、技术研发、市场推进、团队建设、基础保障等内容,公司管理层对公司的未来发展目标及方向也进行了规划与展望。

研发端,耐德佳在VR/AR领域及核心光学技术上已深耕六年,目前拥有自由曲面、微纳光学(几何光学、衍射光学)两大核心光学技术底层平台,陆续拓展了AR显示和视光学等重量级应用平台。

产品端,耐德佳自由曲面系列产品已做到行业领先,多款和世界500强企业合作的自由曲面产品已经量产或者即将发布;11月23日,我们还对外公布了面向未来消费级场景需求研制的二维单绿色全息光波导和一维全彩色全息光波导两款全息波导产品,并正在推进二维全彩色全息光波导的研发;同时,我们还有高品质的VR超短焦(Pancake)方案,除了VR/AR领域,我们也在积极拓展视觉健康等应用方向,并与合作伙伴推出儿童视力防控产品“远像光屏”。

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耐德佳二维单绿色全息光波导样品实拍图

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耐德佳一维全彩色全息光波导样品实拍图

 

市场端,通过全球化的客户营销,我们目前已积累300余家海内外客户,覆盖了诸如联想、歌尔、高通等国内外巨头,PC、 Mobile等消费电子领域及产业上下游大部分全球500强及垂直领域头部企业。

在基础建设上,2018年,耐德佳在江苏镇江成立全资子公司——德伽智能,自建VR/AR光学模组设计生产基地。目前,德伽智能一期可实现100万光学镜片/年的产能,并通过多家世界500强企业供应商资格审查。今年,耐德佳在上饶开始建设未来光学科研院,助力打造国家级光学镜片检测中心,同时也将挂牌耐德佳全球光波导批产线。借助上饶的光学产业条件进一步巩固与提升耐德佳在光学研发和量产能力。 

融资方面,今年6月,我们宣布完成B1轮融资,这轮融资一方面是用于扩大自由曲面AR光学技术的研发和量产规模,优化产品性价比,另一方面完善波导类AR光学解决方案的研发和构建工程化技术壁垒(我们11月宣布研发两款全息光波导产品),形成覆盖全线近眼显示各类光学解决方案的产品能力及知识产权布局,提升耐德佳全球供应链核心技术服务的综合实力,进一步扩展在视光学、车载AR HUD等场景的应用。

 

AR中国  :  耐德佳作为国内深耕AR光学领域多年的研发型企业,加之核心创始人都是知名大学光学博士背景,能否给我们读者科普下AR光学解决方案的发展现状?耐德佳的强项在哪里?未来三年整个光学将会有什么样的突破?

目前,AR眼镜的光学解决方案主要分为宏观光学方案、微光学方案和纳米光学方案三大类。宏观光学解决方案包括传统光学、自由曲面和几何光波导解决方案,主要基于斯涅尔折反射定律;微光学解决方案包括SRG、VHG和PVG衍射光栅解决方案,主要基于光栅的衍射效应;纳米光学解决方案包括超透镜和超表面反射器解决方案,主要基于纳米微结构的相位调制。

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AR眼镜光学解决方案分类

(图片来自:Design and manufacture AR head-mounted displays: A review and outlook[J]. Light: Advanced Manufacturing. )

行业内已经或准备应用的光学方案主要有:自由曲面、几何阵列光波导、浮雕光栅光波导、全息光波导。现在大家可能更喜欢讨论与光波导相关的话题,光波导确实让AR眼镜更轻薄,未来可能是消费级AR眼镜会将采用的方案,但离真正可应用还有很长一段时间,要解决好基础材料和工艺等难题。光波导中的三类产品方向——几何阵列光波导、浮雕光栅光波导、全息光波导分别有各自的特点与技术难点,简单说,光波导在研发和量产投入上比较大,性价比不高,目前能做到量产出货的只有微软、Magic Leap,其他大部分还是概念型产品或样品。

其中,几何阵列光波导由于技术发展相对较早,目前国内外已有多家公司推出相关产品,其中最具代表的是以色列的Lumus公司。目前看来,几何阵列光波导有三大优点,一是透视方向视场角大、透过率高、出瞳直径大;二是波导片前面不漏光,从波导片前面看不到图像,保护隐私,不易暴露目标;三是色差控制较好。而其缺点主要是加工和工艺难度都比较高,生产加工良率较低,生产成本高。

而浮雕光栅光波导总体来看,优缺点基本类似,目前主要瓶颈在于对加工工艺要求较高,需要使用纳米压印机等专用设备。优点是,透视方向视场角大、透过率高、出瞳直径大、轻薄化;缺点是色差、杂光、漏光较严重,亮度和色彩均匀性较差;量产价格适中,制造成本比几何光波导低,这或许是微软HoloLens选用浮雕光栅光波导技术的原因之一。但浮雕光栅光波导由于前端光刻母版工艺和制造设备需要,加工成本还是相对很高。

全息光波导由于在设计及加工上,无需纳米光刻机设备,只需要在基片上涂敷一层全息涂层,然后通过激光曝光,即可实现同样效果,节省了很大的加工制造成本,并可以快速大规模制造,因此在研发和生产制造上具有更高的性价比。而且,全息光波导由于设计及工艺上的特点,只需一片镜片就可以三色合色实现全彩成像,而浮雕光栅光波导通常需要三层镜片实现彩色。因此,相比浮雕光栅,全息光波导技术能让AR眼镜做到更轻薄更接近普通眼镜形态。

 

专访 | 这家中国公司立志要成为全球AR光学模组解决方案领军供应商AR眼镜光学方案性能指标对比示意图

 

综上所述,总结对比下几大光学方案的两项核心指标,从显示效果上看,自由曲面>几何光波导>全息光波导>浮雕光栅光波导(>表示优于);从制造成本看,自由曲面>全息光波导>浮雕光栅光波导>几何光波导(>表示优于)。

从整体产业视角来看,不管是宏观光学中的几何阵列波导,还是微光学中的浮雕光栅光波导、全息光波导,未来如果想进一步发展和实现量产,还需要解决好以下几项挑战。

首先是要有好的基础材料,如开发全息光波导需要灵敏度高的全息材料(全息材料均匀涂抹在镜片上,形成微米级别厚度的涂层);浮雕光栅光波导在纳米压印光栅结构时,需要高性能的光刻胶,以及高折射率的玻璃材料,实现更大的视场角。其次是技术和工艺问题,比如目前衍射光波导受加工工艺限制,难以制备高深宽比的光栅,尤其对于倾斜光栅制备,刻蚀难度大,这就需要在加工工艺上进一步突破,实现更高深宽比加工,同时保证纳米级加工精度要求;在纳米光栅压印过程中,需要压印工艺的提升保证压印光栅的复刻精度,以及避免压印光栅的坍塌。这些问题如果不解决,就会直接影响实际的成像质量及光效,这对厂商的制造工艺提出更高要求。

AR中国  : 耐德佳的自由曲面·灵越(AR070045pro)光学模组在今年10月的2021年世界VR产业大会云峰会上获得了VR/AR年度创新金奖,获奖的原因有哪些?自由曲面BB方案为什么会是现在市场的主流,这个方案会随着光波导技术成熟而逐渐被取代吗? 

我们是连续第三年获得该奖项,该模组从200多个优质项目中脱颖而出,主要原因是因为高光效、大视场角、高显示清晰度等技术优势。这款模组综合光效率高达80%以上,改变了以往AR光学模组必须采用高亮度的非国产显示屏的限制。单目视场角45度,成像畸变和透视畸变均低于1%,镜片总重量小于13克,总体结构紧凑。在设计方案上,更加符合人体工学,可以适应大部分瞳距的使用者,无需进行瞳距调节。高通2021年初在MWC上发布了搭载XR 1芯片的AR眼镜参考设计,采用的就是这款AR光学模组,并通过高通生态链向其全球合作伙伴宣传推广。

借助ARinChina的平台,我们也想进一步科普下自由曲面技术,自由曲面是一种光学技术,不是对应的某种产品形态,自由曲面棱镜是一种产品,就是用自由曲面技术对棱镜的光学指标进行了升级,让它的成像质量更好,成本进一步下降。此外,还有基于自由曲面设计的BB产品,传统的BB产品里有些光学面型,我们用自由曲面代替球面/非球面的时候,也能呈现更好的效果。光波导也是如此,有自由曲面光波导,比如爱普生就有一款自由曲面光波导产品。自由曲面技术能在很多光学场景中发挥作用,可以应用在短焦投影、手机摄像头、车载HUD等产品中,它能升级市面上绝大部分光学系统,我们现在只是把自由曲面技术聚焦应用在了AR领域。

 

我们耐德佳的强项是AR/VR核心光学技术的设计及生产制造能力,设计也有好坏之分,好的自由曲面设计,不仅要有自由曲面的功能和效果,镜片面型还要方便生产加工制造,这就是我们能力的体现。目前市场上,除了耐德佳、仅有蔡司、爱普生等少数公司能批量制造出来可用的自由曲面产品,而且它们两家主业并不是AR,所以想做好自由曲面并不是一件简单的事情。

经过产业及耐德佳多年的实践证明,自由曲面是如今AR眼镜中比较主流和代表性的技术方案,在显示效果、可量产性、性价比和加工工艺上等评价维度上均已实现相对最优,相关研发技术难点已经被攻克,将在3-5年内得到广泛的应用。此外,自由曲面还有其他四点优势:

1、高光能利用率。自由曲面棱镜光学方案可根据客户需求定制不同光能利用率的光学方案,在22%透过率基础上,最高可达62%。相较于Birdbath(~12.5%)和波导(<5%)的光能利用率,自由曲面棱镜方案降低了对图像源的亮度要求,客户可以无需搭配价格高昂的高亮屏。不仅降低了整体成本,而且实现了图像源的多元化,性价比极高。其次,高光效也能降低功耗与热量,不仅为电子方案设计提供便利,也极大提高设备续航时间;

2、显示私密性。自由曲面光学设计,规避了虚拟影像外露的问题,保护用户在使用过程中的私密性;

3、满足复杂环境。目前大部分的AR光学都需要镀反射膜层,这是实现AR显示的核心部分。传统的玻璃棱镜AR光学膜层暴露在外,因此耐候性很差。相比之下,耐德佳AR光学模组将膜层封装在光学内部,通过胶合工艺把膜层封闭起来,不受外界环境影响,耐候性极佳。

4、量产一致性。采用光学树脂注塑量产工艺,光学元件一体注塑成形,减少光学元件组装数量和工序,降低光学组装难度,提高量产良品率。尤其是在需求量达到10K、100K甚至KK级别时,光学模组的生产、组装、测试等生产流程的自动化程度可高达85%。

由于目前自由曲面技术已经相对成熟可量产了,某些人可能就认为这是相对传统的技术方案,没啥难度和挑战了,其实并不是这样,自由曲面技术也很难,我们耐德佳攻克了很多技术问题,而且不断地迭代和升级这项技术,我们研发了超博自由曲面技术,各项技术指标都有很大突破,在国内外,自由曲面技术自身也在不断发展变化中,所以我们觉得有必要去打破某些对自由曲面技术的误解和偏见,让行业各界重新认识下自由曲面技术,这其实是有助于整个AR产业良性发展的。

接下来聊聊基于自由曲面的BB方案,为什么很多公司在用,原因有几点,一是专利比较混乱,没有一个统一归属,专利限制少;二是用BB方案做出来的眼镜形态比较好看,设计门槛相对较低,很多创业公司都在使用这项方案,所以看起来是市场的主流,但是制造和工艺的要求很高,市面上有一些外观看起来类似的BB产品,效果上有非常明显的差别,比如光效的高低、色彩均匀性、双目亮度均匀性等指标的控制上,有很多的制造工艺的门槛。

AR中国  : 耐德佳为AR行业提供的定制化光学解决方案应该算是国内最早一批供应商了,目前从自由曲面棱镜、目镜光学、车载HUD、自由曲面BB、VR光学模组都有涉及,哪一款产品目前是出货量最大的呢?未来耐德佳还会有哪些研发设想?

出货就意味着是可量产的,所以,我们的自由曲面棱镜和BB方案目前是最成熟也是出货量最大的。车载HUD属于新兴的应用领域,我们也在积极布局中。我们计划在未来3-5年,要抓住机遇,加快设计、研发效率,稳定产品品质,立志成为AR头戴显示光学模组解决方案领军供应商。

 

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耐德佳自由曲面BB方案产品

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采用耐德佳自由曲面BB方案的联想ThinkReality A3智能眼镜入选美国《时代》周刊“2021年的100项最佳发明”榜单(图片来源:联想集团)

 

专访 | 这家中国公司立志要成为全球AR光学模组解决方案领军供应商

高通XR1AR智能眼镜参考设计采用的是耐德佳自由曲面AR光学模组(图片来源:高通中国)

 

AR中国  : 耐德佳近年来在研发领域获得的各类荣誉离不开研发人才,如何规划科技研发人才储备,在团队招募时有没有遇到什么困难,或者行业内有没有人才招募的困境?

在科研人才储备上,耐德佳已经组建了“最强大脑”——拥有12位来自顶尖高校及科技公司的专家顾问团;同时,在人才培养方面,依托北京理工大学,耐德佳拥有光学设计方向全国最豪华的人才资源和人才储备,这些都为我们技术研发和业务稳定快速发展提供了坚实的保障。我们在每个落地区域都和当地高校保持良好的合作,建立和高校联合的实训基地,积极吸纳当地高校的优秀生源加入研发团队。

同时,我们在2019年就获批成立了“北京市博士后科研工作站”,博士后科研工作站主要围绕公司在VR/AR领域的技术创新开展科研活动。按照依托项目、联合招收、优势互补、保证质量的原则,开展博士后的选拔、培养和管理工作。工作站现已招收多位博士后研究人员,博士后入站即可落户北京,主要从事舒适型近眼显示系统的技术研发和应用集成,研究内容涵盖光场显示、波导近眼显示、自由曲面光学系统设计等。目前合作在读博士近10名。

最后再总结下,AR/VR作为最具潜力的前沿科技产业之一,未来不仅需要各界给与更多的政策和产业扶持,确实也需要大量的优秀人才参与进来,挥洒汗水贡献才智,加快VR/AR产业蓄力迸发,将有助于推动我们国家科技创新事业迈向新台阶。

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