2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

arinchina 2021年9月24日15:00:23
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VR走向普及,AR还会远吗?

数据分析公司GlobalData报告显示,2020 年全球 AR 市场价值达 70 亿美元,并将在未来十年以 36% 的惊人复合年增长率(CAGR)扩张。在未来十年内,AR将成为一个价值1520亿美元的产业,增长至22倍。

2021年,AR/VR产业迎来再度腾飞,各大巨头纷纷押宝AR终端在未来将成为主流。Facebook创始人扎克伯格称,AR底层技术发展是构建下一代计算平台的重中之重。随着AR终端的不断迭代升级,传统互联网向着空间互联网的转型升级征程早已拉开帷幕。

伴随着越来越多大厂入局,AR终端的加速发展几乎是板上钉钉的事。而AR终端要做好,光波导技术首当其冲。那么,2021年国内AR光波导技术制程究竟发展到了怎样的地步呢?各家AR光学公司,又分别取得了哪些方面的进展呢?

2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

9月16日,位于深圳国际会展中心的第23届中国国际光电博览会(CIOE)拉开帷幕。国内诸多AR光学厂商汇聚于此,展示其最新方案及技术进展。除了透过CIOE可以一瞥2021年AR光学产业全貌外。此次大会我们还邀请到灵犀微光研发总监赵鑫博士,结合此次展会进行深度解读分享。

赵博士毕业于新加坡南洋理工大学,获物理学系博士学位;曾为美国材料学会,国际信息显示学会会员;历任南洋理工大学高级研究员,CGG Veritas Senior Geophysicist等职位。2019年初,赵博士回国加入灵犀,负责灵犀光机研发工作,主导AW70s,AW-60P,二维波导,针孔阵列波导等研发。

近20家AR光波导商参展:阵列、衍射、二维扩瞳、体全息齐聚一堂

光博会,可谓是一年一度AR产业盛会。

此次展会AR/VR部分主要集中在2馆和9馆内,灵犀微光、纳德光学、美誉镜界、福州威泰思等近20家AR/VR光学厂商悉数参展。赵博士称,因为疫情原因,作为光学中心的福州光学厂商没能参展,使得整个光博会少了些人气,有些许遗憾,但仍不失精彩。

2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

展品方面,此次光博会各类光波导AR光学方案均有展出。受疫情影响,今年参展的厂商多为光学元器件、光模组相关厂商,整机厂商反而很少。2021年光博会,明显看到棱镜(曲面反射)方案越来越少。

随着Facebook、苹果、微软这些大厂的纷纷入局,近年产业内对衍射波导关注度颇高。在现场,舜宇、至格都亮相了自家的衍射波导镜片。

从实际体验来看,尽管衍射波导具有更大的出瞳距离,但受制于严重的色偏问题无法实现最佳图像还原。舜宇的衍射波导镜片在此次展会上并未公开展示,仅允许在一个封闭环境内进行体验;至格展品虽亮度较高、画面清晰,但据透露其是通过内置的DLP光机实现更优秀的画面呈现。

赵博士认为,DLP光机因为其亮度较高,可以从源头解决图像质量问题,尽管看似更类似是一种“大力出奇迹”的方案,但更大的出瞳距离令整体观看效果更加舒服,确实行之有效。然而,现阶段DLP光机体积依然偏大,这亦是各家厂商的竞争点。

2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

阵列方向,此次展会灵犀微光、理湃光晶均展出了自家的二维扩瞳方案。其中,灵犀微光采用自研的LCOS光机,可以在达到42°大视场角、高透光、25mm大出瞳同时,缩减光机体积,使之整机重量仅为8g。

相较于衍射波导,阵列波导经过几轮工艺迭代,现阶段在显示、光机体积和成本等方面更为成熟。显示上,阵列波导采用半透半反镜阵列作为出瞳扩展器,服从入射角等于反射角的光路定律,因此可以获得无散射的高画质图像显示。

除过退而求其次的BB方案,阵列波导具有商业化落地先行条件。借鉴国内VR产业类Quest产品快速落地的例子,可以预见,结合中国产业链优势,伴随着国内OPPO、ViVO、小米、华为等各大厂的入局,阵列方案将率先实现消费市场落地。

体全息波导相较前两者,更加处在初期阶段,但已有厂商展示样机。奥提赞光晶展位出现了纯绿显示的体全息波导模组,但因为受制技术成熟度,图像显示无论是图像复杂度、视场角和出瞳距离方面都还有待提升。

赵博士表示:“体全息现阶段还尚未达到可量产阶段,且彩色显示更未达到成熟阶段,而全绿显示也会对图像的质量大打折扣,目前业内更多是对其技术、工艺及成本处在探索阶段,谈商业化落地还为时尚早。”

从传统阵列到二维扩瞳:消费级AR波导形态初现

随着AR/VR产业的再度崛起,今年与之相关的展会热度丝毫未减,参展者中除了业内参展者之外,还吸引来一大批资本及普通消费参观者。

展会现场,一位来自正和基金的投资人向记者透露,伴随着国内外VR/AR产业被引爆,元宇宙概念热度的持续上涨,资本将其视作投资底层技术企业的第一个“丰收期”,除了早早便投资布局的机构之外,可以看到近两年注资AR技术底层相关的投资机构开始扎堆入局。

正所谓外行看热闹,内行看门道。

AR光学的好坏除了从技术、制程解读之外,也可以从广义角度来看。光博会现场,参会者将AR光学展台围得水泄不通。除了争相体验外,大家都在积极和工作人员沟通这项新技术的使用场景及未来。

但实际上,就目前波导技术发展阶段来看,现阶段衍射波导受限于其光学原理,要想尽可能避免色散现象,只能通过多层单色波导叠合来实现,整体的工艺要求、成本和量产难度可想而知。

此外,阵列波导适用的光学玻璃使用的是成熟光学工艺,其中包括镀膜,胶合,切片,抛光等,操作精度在微米量级。

工艺容差性好,意味着产品的一致性可以控制在KK级别保持稳定。前期投资可控在数千万元左右。相较之下,衍射波导适用的纳米压印工艺,需要软膜进行光栅转印。受限于材质因素,一个模板可加工的玻璃成品为两千片左右,而模板本身价格昂贵,这使得所需要设备投入在数亿元左右。

值得一提的是,今年光博会上灵犀微光展示了其最新基于阵列的二维扩瞳波导方案。该技术在原有的波导优势上,将光阑从垂直和水平方向分别复制多次来扩大系统所能容纳的视场角,实现扩瞳设计,使得Eyebox增大。

二维扩瞳设计方案最早在衍射波导设计中被提出,后历经AR光学厂商的几轮验证和迭代开始具备商业化落地价值。相较之下,基于阵列波导本身在显像、工艺及可量产性上的优势,其二维扩瞳方案则在此基础上更上一层楼。

光机方面,Micro LED走向普及,可能至少需要三年的时间。在这之前,衍射波导暂时是没有一个很好的相源的,而LCOS本身亮度较低,很难去匹配二维扩瞳衍射波导使用,那么LDP光机体积是很大的,且可量产性存疑。

2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

显示方面,最好的未来AR眼镜应该以一种形态满足所有的使用场景,但受限于技术目前还无法达到这一期望。

比如,在一些严肃场景下,要求AR眼镜具备很好的隐私性,但衍射波导现阶段有很严重的正面透光现象;透光性直接决定用户能否看到外界环境,80%以上的透光率同时屏蔽一些杂光就很重要,这种情况下阵列波导明显优于衍射波导;虚拟成像方面,要求更加清晰、明亮,衍射波导远不能实现黑底白字或者白底黑字这类常见的画面需求。

不难看出,现阶段AR眼镜产品更多定位在B端细分领域使用,不同波导方案适用于不同需求的细分场景,这对于一家光学方案厂商来说,是需要多维度去考量的事情。

VR爆点来了,消费级AR还远吗?

VR的爆点是游戏,AR似乎就没有那么简单了。

AR终端,一直以来被认为是下一代计算平台的端口产品,其可能成为下一个颠覆手机的移动数码产品。尽管距离AR眼镜完全替代手机,在硬件、生态的建设上还有很长路要走,但国内外大厂近期的动作频频说明时机已来。

毋庸置疑,AR终端背后,是一个纷繁复杂的内容生态的使用场景,对标的是iOS和安卓系统旗下的生态现状,技术背后更多是生态建设和新的C端商业模式的打造,这亦是国际大厂诸如Apple、Facebook、微软等至今尚未确定最AR终消费级终端形态的原因。

2021光博会观后感:传统波导到二维扩瞳,终于看到消费级AR的未来

从此次光博展会各家展出的衍射波导方案不难看出,国内在这块的发展明显滞后与国外。然而,用于纳米压印生产软膜的设备迟迟无法完成国产化,加上中美贸易战的特殊时期,这令国内AR衍射波导的发展雪上加霜。

大厂动向,无异代表着整个产业的长期走向。在摸到技术天花板的情况下,微软Hololens 2的显示效果依旧不能达到最优。既然如此,为何大厂们还要选择死磕呢?

这是因为现阶段厂商更偏向于使用第一性原理去考虑事情,就是并不考虑如今供应链有哪些东西,而是站在消费者角度去考虑实现最终形态需要哪些东西,作为反推关注产业链底层哪些核心的依据。

“AR技术的发展,可以看做是两条线。一条,是类似灵犀微光这类企业,从产业链底层长线推进技术的发展;另一条,是大厂依据第一性原理整合产业链走向,牵头做一款完全定制化的产品,”赵博士说道。

在大厂飘摇不定的情况下,大众在近几年对于AR消费级领域的关注度却在逐年递增。从电影《头号玩家》、《失控玩家》再到《雪崩》中元宇宙概念的火爆,都不难看出消费级AR的时机已来。

总结

从光博会谈到未来AR技术路径走向,2021年在众多因素的加持下,AR产业势必会迎来新一波商业化热潮。正如每年此类展会的盛况空前一样,其背后展现出的,是每一家企业对于AR产业腾飞之日的坚信不疑。随着AR/VR产业热度重回新高、B端消费领域持续发展,AR光学难题终将解决。

短期内,基于阵列波导的终端产品最具消费级AR产品落地价值。有理由相信,有一天,我们也会像《失控玩家》和《头号玩家》等影片中演的一样,带着AR眼镜走遍天下!

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