Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

lhw 2023年1月6日16:22:17
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摘要

目前面向消费级市场的AR光学方案无非是Birdbath和光波导两种。

在过去的2022年里,AR概念风生水起。

小米、华为、OPPO等大厂们陆续发布了其AR眼镜,细红线、致敬未知、奇点临近等纷纷入局AR赛道,Nreal、Rokid、雷鸟、影目也纷纷热卖其最新的C端产品。

目前面向消费级市场的AR光学方案无非是Birdbath和光波导两种。基于Birdbath的视场角较大,分辨率高,产品形态比较像墨镜,主要用于观影、游戏、办公,出现了明确落地的消费级场景;基于光波导的产品形态更轻薄,但是视场角较小,且成本很高,目前主要用作信息提醒类的概念产品。因此,Birdbath方案成为了目前真正面向出货的AR眼镜厂商的首选。易观分析发布的2022年三季度国内消费级AR眼镜(电商)市场份额报告指出,Birdbath方案的AR眼镜占据了87.5%的市场份额。然而,Birdbath方案的FoV普遍局限在50°左右,光学厚度介于15~20mm之间,距离消费者的理想形态还有一定的差距。

另一方面,传统VR厂商也在向AR方向靠拢,美国巨头Meta刚刚推出了Meta Quest Pro,就主打了VR和AR相融合的混合现实体验,稍早一些,字节跳动旗下的Pico也推出了具有彩色透视AR体验的Pico 4。另据爆料,苹果即将推出的第一代MR设备也拥有AR、VR两个模式可以随意切换。这些AR/VR双模产品都有一个共同的特点,即采用了Pancake超薄VR光学实现纤薄的体积,同时采用摄像头拍摄并在屏幕上实时显示的方式实现视频透视Video See-Through(VST)形式的AR体验。而从本质上来说,Pancake+VST并不是真正的AR方案,只能说是一种过渡形态,业界仍然在期待真正的光学透过式Optical See-Through的方案能够达到VR所需的100度以上视场角,从而实现基于OST的AR/VR双模产品。

基于上述情况,目前行业对下一代AR光学技术提出了一些明确的诉求:比如超过70°的视场角,最好能达到100°;更轻薄的眼镜形态,小于10毫米以内的光学厚度;成本必须严格控制在消费级,最好能做到终端出货2000元以内。

在2023年1月最新CES上,我们看到一款全新的AR方案,给出了一些可能的答案。

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

混合波导AR光学

先说参数:CES2023上展出的混合波导(Mixed Waveguide)AR光学分为A、B、C三种型号。其中A型视角为85°,厚度为9毫米;B型视角为56°,厚度为6毫米;C型视角为120°,厚度为10.5毫米。

展会现场展示了三种型号的光学模组和整机参考设计。

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

除了视场角和光学厚度不同以外,三款产品采用了类似的光学架构,具有以下特点:

画质——混合波导AR光学的光源部分采用mirco-OLED屏幕,全彩显示,分辨率为1920*1080,随着micro-OLED分辨率的提升可同步提升。通过极高的MTF,可显示高对比度、无杂光、色彩均衡、高亮度的图像。光效可达25%。

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透过A方案光学模组拍摄的AR画面

外形——混合波导不需要光波导类似的光机,因而三款眼镜都呈现为接近墨镜形态的窄边框外形,并没有传统光波导和Birdbath方案的左右或上方粗犷的边框。

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

透视——透过镜片观看外界环境,画面清晰、无虚影、无畸变,透过率最高可达65%。

重量——树脂双目镜片重量15g-20g,整机重量约60-80g。

成本——采用业界成熟的注塑和镀膜、胶合工艺,适合消费级量产,成本接近Birdbath。

而从用户最关心的视场角和厚度方面,我们发现,三款产品中,A和B方案明显是瞄准birdbath的软肋,而C方案则有可能让目前炙手可热的pancake+VST方案走下神坛。

方案对比

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

Birdbath接棒者

从参数对比图可以看出,混合波导的A和B两个方案,针对Birdbath目前存在的两大主要问题(小视角,大体积)提出了优化方向。A方案将厚度降低到一半,但是FoV增加近一倍;B方案维持相同FoV,但厚度降低到约三分之一。

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A方案光学模组

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

B方案光学模组

据了解,现有的大部分使用Birdbath的眼镜厂商,无非是因为衍射和几何波导太贵且FoV很小,无奈之下,出于必须要拿出产品的压力,只能持续使用Birdbath方案。混合波导此时出现,无疑是为很多厂商迭代下一代产品提供了明确的方向。

“透明”的Pancake

从C方案的定位来看,又有点像一个“透明的”Pancake。C方案(Crossfire)将模组厚度控制在10毫米左右,却实现了VR产品都很难达到的120°的视场角。相当于用一套OST光学方案,就取代了目前业内普遍推崇的pancake+VST来实现大视角AR体验。

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图左:混合波导C方案透过镜片实拍画面

图右:混合波导C方案模组侧面厚度

CES现场还展示了C方案搭配液晶光阀(LCLV)实现AR和VR模式切换的原型机,真正将“一键切换AR/VR”变成了现实。

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

如何实现?

混合波导并不属于传统光波导技术,它采用了原创的全新AR光学构型。不同于以衍射波导为代表的波导构型和以Birdbath为代表的反射式构型,混合波导采用了业界首创的偏振折返式AR构型。

Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大视角超薄AR光学方案

据了解,混合波导技术是一种多层复合结构的光学系统,由很多层不同的材料和叠层组成,其中还包括不同类型的偏振滤光器。混合波导实现了基于偏振的折叠光路设计,光线在折叠中实现了焦距的的折叠和模组厚度的压缩。

而不同于pancake的同轴折返式,混合波导采用的是基于波导全反射的倾斜光路折叠方式,因此可以在实现显示光线折叠的同时,不影响外界光线的透过,因此可以实现光学透视的AR显示效果。此外,混合波导还通过旁轴波导的线偏振的方式消除传统pancake方案比较难缠的圆偏振鬼影问题。

由于消除了光机(light Engine),而将整个折叠光路(包含镜片)代替光机实现成像,因此该方案是没有传统波导的光机黑盒子的,可以实现产品形态窄边框的效果。同时由于整体模组经过折叠后很薄,成像元器件(Combiner)距离人眼很近,因此可以获得很大的FoV。

Ant Reality Optics,认识全新的蚁视

混合波导的发明者——蚁视,过去的英文名称是AntVR,现正式更名为Ant Reality Optics。

作为VR行业的十年老兵,蚁视2018年开始转型专注大视角AR光学研发。

2020年的CES,蚁视曾首次展示过混合波导AR光学原型机。

此次在CES 2023,蚁视不但一次性拿出了三款成熟的的光学方案,还交出了一份令人侧目的商业化答卷。据悉,已有多家国内外客户签约采购了蚁视混合波导专利技术方案,并将应用于最新一代AR产品中。

曾经的蚁视,推出过多款VR终端产品,并有着不错的出货业绩。未来我们将很难再看到蚁视品牌的终端产品,但Ant Reality Optics将有可能在幕后继续发光发热,出现在更多的AR产品的背后。

 

来源:蚁视
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