2021光博會觀后感:傳統波導到二維擴瞳,終于看到消費級AR的未來

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VR走向普及,AR還會遠嗎?

數據分析公司GlobalData報告顯示,2020 年全球 AR 市場價值達 70 億美元,并將在未來十年以 36% 的驚人復合年增長率(CAGR)擴張。在未來十年內,AR將成為一個價值1520億美元的產業,增長至22倍。

2021年,AR/VR產業迎來再度騰飛,各大巨頭紛紛押寶AR終端在未來將成為主流。Facebook創始人扎克伯格稱,AR底層技術發展是構建下一代計算平臺的重中之重。隨著AR終端的不斷迭代升級,傳統互聯網向著空間互聯網的轉型升級征程早已拉開帷幕。

伴隨著越來越多大廠入局,AR終端的加速發展幾乎是板上釘釘的事。而AR終端要做好,光波導技術首當其沖。那么,2021年國內AR光波導技術制程究竟發展到了怎樣的地步呢?各家AR光學公司,又分別取得了哪些方面的進展呢?

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9月16日,位于深圳國際會展中心的第23屆中國國際光電博覽會(CIOE)拉開帷幕。國內諸多AR光學廠商匯聚于此,展示其最新方案及技術進展。除了透過CIOE可以一瞥2021年AR光學產業全貌外。此次大會我們還邀請到靈犀微光研發總監趙鑫博士,結合此次展會進行深度解讀分享。

趙博士畢業于新加坡南洋理工大學,獲物理學系博士學位;曾為美國材料學會,國際信息顯示學會會員;歷任南洋理工大學高級研究員,CGG Veritas Senior Geophysicist等職位。2019年初,趙博士回國加入靈犀,負責靈犀光機研發工作,主導AW70s,AW-60P,二維波導,針孔陣列波導等研發。

近20家AR光波導商參展
陣列、衍射、二維擴瞳、體全息齊聚一堂

光博會,可謂是一年一度AR產業盛會。

此次展會AR/VR部分主要集中在2館和9館內,靈犀微光、納德光學、美譽鏡界、福州威泰思等近20家AR/VR光學廠商悉數參展。趙博士稱,因為疫情原因,作為光學中心的福州光學廠商沒能參展,使得整個光博會少了些人氣,有些許遺憾,但仍不失精彩。

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展品方面,此次光博會各類光波導AR光學方案均有展出。受疫情影響,今年參展的廠商多為光學元器件、光模組相關廠商,整機廠商反而很少。2021年光博會,明顯看到棱鏡(曲面反射)方案越來越少。

隨著Facebook、蘋果、微軟這些大廠的紛紛入局,近年產業內對衍射波導關注度頗高。在現場,舜宇、至格都亮相了自家的衍射波導鏡片。

從實際體驗來看,盡管衍射波導具有更大的出瞳距離,但受制于嚴重的色偏問題無法實現最佳圖像還原。舜宇的衍射波導鏡片在此次展會上并未公開展示,僅允許在一個封閉環境內進行體驗;至格展品雖亮度較高、畫面清晰,但據透露其是通過內置的DLP光機實現更優秀的畫面呈現。

趙博士認為,DLP光機因為其亮度較高,可以從源頭解決圖像質量問題,盡管看似更類似是一種“大力出奇跡”的方案,但更大的出瞳距離令整體觀看效果更加舒服,確實行之有效。然而,現階段DLP光機體積依然偏大,這亦是各家廠商的競爭點。

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陣列方向,此次展會靈犀微光、理湃光晶均展出了自家的二維擴瞳方案。其中,靈犀微光采用自研的LCOS光機,可以在達到42°大視場角、高透光、25mm大出瞳同時,縮減光機體積,使之整機重量僅為8g。

相較于衍射波導,陣列波導經過幾輪工藝迭代,現階段在顯示、光機體積和成本等方面更為成熟。顯示上,陣列波導采用半透半反鏡陣列作為出瞳擴展器,服從入射角等于反射角的光路定律,因此可以獲得無散射的高畫質圖像顯示。

除過退而求其次的BB方案,陣列波導具有商業化落地先行條件。借鑒國內VR產業類Quest產品快速落地的例子,可以預見,結合中國產業鏈優勢,伴隨著國內OPPO、ViVO、小米、華為等各大廠的入局,陣列方案將率先實現消費市場落地。

體全息波導相較前兩者,更加處在初期階段,但已有廠商展示樣機。奧提贊光晶展位出現了純綠顯示的體全息波導模組,但因為受制技術成熟度,圖像顯示無論是圖像復雜度、視場角和出瞳距離方面都還有待提升。

趙博士表示:“體全息現階段還尚未達到可量產階段,且彩色顯示更未達到成熟階段,而全綠顯示也會對圖像的質量大打折扣,目前業內更多是對其技術、工藝及成本處在探索階段,談商業化落地還為時尚早?!?/p>

從傳統陣列到二維擴瞳:消費級AR波導形態初現

隨著AR/VR產業的再度崛起,今年與之相關的展會熱度絲毫未減,參展者中除了業內參展者之外,還吸引來一大批資本及普通消費參觀者。

展會現場,一位來自正和基金的投資人向記者透露,伴隨著國內外VR/AR產業被引爆,元宇宙概念熱度的持續上漲,資本將其視作投資底層技術企業的第一個“豐收期”,除了早早便投資布局的機構之外,可以看到近兩年注資AR技術底層相關的投資機構開始扎堆入局。

正所謂外行看熱鬧,內行看門道。

AR光學的好壞除了從技術、制程解讀之外,也可以從廣義角度來看。光博會現場,參會者將AR光學展臺圍得水泄不通。除了爭相體驗外,大家都在積極和工作人員溝通這項新技術的使用場景及未來。

但實際上,就目前波導技術發展階段來看,現階段衍射波導受限于其光學原理,要想盡可能避免色散現象,只能通過多層單色波導疊合來實現,整體的工藝要求、成本和量產難度可想而知。

此外,陣列波導適用的光學玻璃使用的是成熟光學工藝,其中包括鍍膜,膠合,切片,拋光等,操作精度在微米量級。

工藝容差性好,意味著產品的一致性可以控制在KK級別保持穩定。前期投資可控在數千萬元左右。相較之下,衍射波導適用的納米壓印工藝,需要軟膜進行光柵轉印。受限于材質因素,一個模板可加工的玻璃成品為兩千片左右,而模板本身價格昂貴,這使得所需要設備投入在數億元左右。

值得一提的是,今年光博會上靈犀微光展示了其最新基于陣列的二維擴瞳波導方案。該技術在原有的波導優勢上,將光闌從垂直和水平方向分別復制多次來擴大系統所能容納的視場角,實現擴瞳設計,使得Eyebox增大。

二維擴瞳設計方案最早在衍射波導設計中被提出,后歷經AR光學廠商的幾輪驗證和迭代開始具備商業化落地價值。相較之下,基于陣列波導本身在顯像、工藝及可量產性上的優勢,其二維擴瞳方案則在此基礎上更上一層樓。

光機方面,Micro LED走向普及,可能至少需要三年的時間。在這之前,衍射波導暫時是沒有一個很好的相源的,而LCOS本身亮度較低,很難去匹配二維擴瞳衍射波導使用,那么LDP光機體積是很大的,且可量產性存疑。

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顯示方面,最好的未來AR眼鏡應該以一種形態滿足所有的使用場景,但受限于技術目前還無法達到這一期望。

比如,在一些嚴肅場景下,要求AR眼鏡具備很好的隱私性,但衍射波導現階段有很嚴重的正面透光現象;透光性直接決定用戶能否看到外界環境,80%以上的透光率同時屏蔽一些雜光就很重要,這種情況下陣列波導明顯優于衍射波導;虛擬成像方面,要求更加清晰、明亮,衍射波導遠不能實現黑底白字或者白底黑字這類常見的畫面需求。

不難看出,現階段AR眼鏡產品更多定位在B端細分領域使用,不同波導方案適用于不同需求的細分場景,這對于一家光學方案廠商來說,是需要多維度去考量的事情。

VR爆點來了,消費級AR還遠嗎?

VR的爆點是游戲,AR似乎就沒有那么簡單了。

AR終端,一直以來被認為是下一代計算平臺的端口產品,其可能成為下一個顛覆手機的移動數碼產品。盡管距離AR眼鏡完全替代手機,在硬件、生態的建設上還有很長路要走,但國內外大廠近期的動作頻頻說明時機已來。

毋庸置疑,AR終端背后,是一個紛繁復雜的內容生態的使用場景,對標的是iOS和安卓系統旗下的生態現狀,技術背后更多是生態建設和新的C端商業模式的打造,這亦是國際大廠諸如Apple、Facebook、微軟等至今尚未確定最AR終消費級終端形態的原因。

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從此次光博展會各家展出的衍射波導方案不難看出,國內在這塊的發展明顯滯后與國外。然而,用于納米壓印生產軟膜的設備遲遲無法完成國產化,加上中美貿易戰的特殊時期,這令國內AR衍射波導的發展雪上加霜。

大廠動向,無異代表著整個產業的長期走向。在摸到技術天花板的情況下,微軟Hololens 2的顯示效果依舊不能達到最優。既然如此,為何大廠們還要選擇死磕呢?

這是因為現階段廠商更偏向于使用第一性原理去考慮事情,就是并不考慮如今供應鏈有哪些東西,而是站在消費者角度去考慮實現最終形態需要哪些東西,作為反推關注產業鏈底層哪些核心的依據。

“AR技術的發展,可以看做是兩條線。一條,是類似靈犀微光這類企業,從產業鏈底層長線推進技術的發展;另一條,是大廠依據第一性原理整合產業鏈走向,牽頭做一款完全定制化的產品,”趙博士說道。

在大廠飄搖不定的情況下,大眾在近幾年對于AR消費級領域的關注度卻在逐年遞增。從電影《頭號玩家》、《失控玩家》再到《雪崩》中元宇宙概念的火爆,都不難看出消費級AR的時機已來。

總結

從光博會談到未來AR技術路徑走向,2021年在眾多因素的加持下,AR產業勢必會迎來新一波商業化熱潮。正如每年此類展會的盛況空前一樣,其背后展現出的,是每一家企業對于AR產業騰飛之日的堅信不疑。隨著AR/VR產業熱度重回新高、B端消費領域持續發展,AR光學難題終將解決。

短期內,基于陣列波導的終端產品最具消費級AR產品落地價值。有理由相信,有一天,我們也會像《失控玩家》和《頭號玩家》等影片中演的一樣,帶著AR眼鏡走遍天下!

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