2021光博會觀后感：傳統(tǒng)波導(dǎo)到二維擴瞳，終于看到消費級AR的未來

VR走向普及，AR還會遠(yuǎn)嗎？

      數(shù)據(jù)分析公司GlobalData報告顯示，2020 年全球 AR 市場價值達(dá) 70 億美元，并將在未來十年以 36% 的驚人復(fù)合年增長率（CAGR）擴張。在未來十年內(nèi)，AR將成為一個價值1520億美元的產(chǎn)業(yè)，增長至22倍。

      2021年，AR/VR產(chǎn)業(yè)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(chuàng)始人扎克伯格稱，AR底層技術(shù)發(fā)展是構(gòu)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(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)向著空間互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)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(fā)展幾乎是板上釘釘?shù)氖?。而AR終端要做好，光波導(dǎo)技術(shù)首當(dāng)其沖。那么，2021年國內(nèi)AR光波導(dǎo)技術(shù)制程究竟發(fā)展到了怎樣的地步呢？各家AR光學(xué)公司，又分別取得了哪些方面的進(jìn)展呢？

      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(nèi)諸多AR光學(xué)廠商匯聚于此，展示其最新方案及技術(shù)進(jìn)展。除了透過CIOE可以一瞥2021年AR光學(xué)產(chǎn)業(yè)全貌外。此次大會我們還邀請到靈犀微光研發(fā)總監(jiān)趙鑫博士，結(jié)合此次展會進(jìn)行深度解讀分享。

      趙博士畢業(yè)于新加坡南洋理工大學(xué)，獲物理學(xué)系博士學(xué)位；曾為美國材料學(xué)會，國際信息顯示學(xué)會會員；歷任南洋理工大學(xué)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(fù)責(zé)靈犀光機研發(fā)工作，主導(dǎo)AW70s，AW-60P，二維波導(dǎo)，針孔陣列波導(dǎo)等研發(fā)。

近20家AR光波導(dǎo)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(chǎn)業(yè)盛會。

      此次展會AR/VR部分主要集中在2館和9館內(nèi)，靈犀微光、納德光學(xué)、美譽鏡界、福州威泰思等近20家AR/VR光學(xué)廠商悉數(shù)參展。趙博士稱，因為疫情原因，作為光學(xué)中心的福州光學(xué)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。

      展品方面，此次光博會各類光波導(dǎo)AR光學(xué)方案均有展出。受疫情影響，今年參展的廠商多為光學(xué)元器件、光模組相關(guān)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(chǎn)業(yè)內(nèi)對衍射波導(dǎo)關(guān)注度頗高。在現(xiàn)場，舜宇、至格都亮相了自家的衍射波導(dǎo)鏡片。

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

      趙博士認(rèn)為，DLP光機因為其亮度較高，可以從源頭解決圖像質(zhì)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(xiàn)階段DLP光機體積依然偏大，這亦是各家廠商的競爭點。

      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(dá)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(dǎo)，陣列波導(dǎo)經(jīng)過幾輪工藝迭代，現(xiàn)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(dǎo)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(zhì)圖像顯示。

      除過退而求其次的BB方案，陣列波導(dǎo)具有商業(yè)化落地先行條件。借鑒國內(nèi)VR產(chǎn)業(yè)類Quest產(chǎn)品快速落地的例子，可以預(yù)見，結(jié)合中國產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，伴隨著國內(nèi)OPPO、ViVO、小米、華為等各大廠的入局，陣列方案將率先實現(xiàn)消費市場落地。

      體全息波導(dǎo)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(xiàn)了純綠顯示的體全息波導(dǎo)模組，但因為受制技術(shù)成熟度，圖像顯示無論是圖像復(fù)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(xiàn)階段還尚未達(dá)到可量產(chǎn)階段，且彩色顯示更未達(dá)到成熟階段，而全綠顯示也會對圖像的質(zhì)量大打折扣，目前業(yè)內(nèi)更多是對其技術(shù)、工藝及成本處在探索階段，談商業(yè)化落地還為時尚早?！?/span>

從傳統(tǒng)陣列到二維擴瞳：消費級AR波導(dǎo)形態(tài)初現(xiàn)

      隨著AR/VR產(chǎn)業(yè)的再度崛起，今年與之相關(guān)的展會熱度絲毫未減，參展者中除了業(yè)內(nèi)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(xiàn)場，一位來自正和基金的投資人向記者透露，伴隨著國內(nèi)外VR/AR產(chǎn)業(yè)被引爆，元宇宙概念熱度的持續(xù)上漲，資本將其視作投資底層技術(shù)企業(yè)的第一個“豐收期”，除了早早便投資布局的機構(gòu)之外，可以看到近兩年注資AR技術(shù)底層相關(guān)的投資機構(gòu)開始扎堆入局。

      正所謂外行看熱鬧，內(nèi)行看門道。

      AR光學(xué)的好壞除了從技術(shù)、制程解讀之外，也可以從廣義角度來看。光博會現(xiàn)場，參會者將AR光學(xué)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(shù)的使用場景及未來。

      但實際上，就目前波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展階段來看，現(xiàn)階段衍射波導(dǎo)受限于其光學(xué)原理，要想盡可能避免色散現(xiàn)象，只能通過多層單色波導(dǎo)疊合來實現(xiàn)，整體的工藝要求、成本和量產(chǎn)難度可想而知。

      此外，陣列波導(dǎo)適用的光學(xué)玻璃使用的是成熟光學(xué)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(chǎn)品的一致性可以控制在KK級別保持穩(wěn)定。前期投資可控在數(shù)千萬元左右。相較之下，衍射波導(dǎo)適用的納米壓印工藝，需要軟膜進(jìn)行光柵轉(zhuǎn)印。受限于材質(zhì)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(shè)備投入在數(shù)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(dǎo)方案。該技術(shù)在原有的波導(dǎo)優(yōu)勢上，將光闌從垂直和水平方向分別復(fù)制多次來擴大系統(tǒng)所能容納的視場角，實現(xiàn)擴瞳設(shè)計，使得Eyebox增大。

      二維擴瞳設(shè)計方案最早在衍射波導(dǎo)設(shè)計中被提出，后歷經(jīng)AR光學(xué)廠商的幾輪驗證和迭代開始具備商業(yè)化落地價值。相較之下，基于陣列波導(dǎo)本身在顯像、工藝及可量產(chǎn)性上的優(yōu)勢，其二維擴瞳方案則在此基礎(chǔ)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(dǎo)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(dǎo)使用，那么LDP光機體積是很大的，且可量產(chǎn)性存疑。

      顯示方面，最好的未來AR眼鏡應(yīng)該以一種形態(tài)滿足所有的使用場景，但受限于技術(shù)目前還無法達(dá)到這一期望。

      比如，在一些嚴(yán)肅場景下，要求AR眼鏡具備很好的隱私性，但衍射波導(dǎo)現(xiàn)階段有很嚴(yán)重的正面透光現(xiàn)象；透光性直接決定用戶能否看到外界環(huán)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(dǎo)明顯優(yōu)于衍射波導(dǎo)；虛擬成像方面，要求更加清晰、明亮，衍射波導(dǎo)遠(yuǎn)不能實現(xiàn)黑底白字或者白底黑字這類常見的畫面需求。

      不難看出，現(xiàn)階段AR眼鏡產(chǎn)品更多定位在B端細(xì)分領(lǐng)域使用，不同波導(dǎo)方案適用于不同需求的細(xì)分場景，這對于一家光學(xué)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(yuǎn)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(rèn)為是下一代計算平臺的端口產(chǎn)品，其可能成為下一個顛覆手機的移動數(shù)碼產(chǎn)品。盡管距離AR眼鏡完全替代手機，在硬件、生態(tài)的建設(shè)上還有很長路要走，但國內(nèi)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(fù)雜的內(nèi)容生態(tài)的使用場景，對標(biāo)的是iOS和安卓系統(tǒng)旗下的生態(tài)現(xiàn)狀，技術(shù)背后更多是生態(tài)建設(shè)和新的C端商業(yè)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A(yù)R終消費級終端形態(tài)的原因。

      從此次光博展會各家展出的衍射波導(dǎo)方案不難看出，國內(nèi)在這塊的發(fā)展明顯滯后與國外。然而，用于納米壓印生產(chǎn)軟膜的設(shè)備遲遲無法完成國產(chǎn)化，加上中美貿(mào)易戰(zhàn)的特殊時期，這令國內(nèi)AR衍射波導(dǎo)的發(fā)展雪上加霜。

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

      這是因為現(xiàn)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(yīng)鏈有哪些東西，而是站在消費者角度去考慮實現(xiàn)最終形態(tài)需要哪些東西，作為反推關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈底層哪些核心的依據(jù)。

      “AR技術(shù)的發(fā)展，可以看做是兩條線。一條，是類似靈犀微光這類企業(yè)，從產(chǎn)業(yè)鏈底層長線推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展；另一條，是大廠依據(jù)第一性原理整合產(chǎn)業(yè)鏈走向，牽頭做一款完全定制化的產(chǎn)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(lǐng)域的關(guān)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(jié)

      從光博會談到未來AR技術(shù)路徑走向，2021年在眾多因素的加持下，AR產(chǎn)業(yè)勢必會迎來新一波商業(yè)化熱潮。正如每年此類展會的盛況空前一樣，其背后展現(xiàn)出的，是每一家企業(yè)對于AR產(chǎn)業(yè)騰飛之日的堅信不疑。隨著AR/VR產(chǎn)業(yè)熱度重回新高、B端消費領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，AR光學(xué)難題終將解決。

      短期內(nèi)，基于陣列波導(dǎo)的終端產(chǎn)品最具消費級AR產(chǎn)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！