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AR爆发前夕,二维扩瞳几何光波导提供近眼显示更优解

字体变大  字体变小 发布日期:2024-06-26  浏览次数:729
核心提示:AR眼镜的光学成像系统由微型显示屏(LCOS、LBS、Micro OLED、Micro LED等)和光学元件(棱镜、自由曲面、BirdBath、光波导等)组成,其中,光波导作为形态上最接近现有近视眼镜的显示器件,被普遍认为是未来AR眼镜的主流光学解决方案。
 随着多家科技巨头近年来对AR(增强现实)技术的重视与投入,以及消费者市场对AR产品的逐渐认可和需求增加,大家逐渐意识到:当前正是AR技术爆发的重要前夕。

AR眼镜被视为最有可能取代智能手机的下一代个人终端。

在过去的一年中,全球厂商AR眼镜产品扎堆发布,国内AR企业,如雷鸟创新、Rokid、XREAL、INMO影目科技等企业接连发布新品并完成新一轮融资进程,以锤子科技前合伙人吴德周创立的AR眼镜品牌ARknovv为代表的一批初创企业新入局AR赛道,还有不少互联网大厂都发布了AR眼镜新品:小米正式发布无线AR眼镜探索版,OPPO展出新一代智能眼镜OPPO Air Glass 2,中兴努比亚推出AR智能眼镜nubia Neovision Glass,联想发布新一代轻量化AR眼镜晨星G2 light等。

竞争格局的形成是促使AR技术即将爆发的关键因素。国际科技巨头如苹果、谷歌、微软等积极布局AR领域,计划在未来几年推出创新的AR眼镜产品,为AR行业注入了新的活力,也增强了其他企业和投资者对市场的信心。同时,新兴的科技公司和创业企业通过技术创新和市场细分,不断探索AR技术的新应用场景和商业模式,推动了行业的多元化发展。

除此之外,AR技术的爆发背后还由多个维度的因素进行推动,包括技术进步、市场需求、资本推动、政策支持、社会影响以及生态系统构建等等。

首先,风险投资和产业资本对AR领域的投资持续增加,各地政府对高新技术的扶持政策,包括资金支持、税收优惠等,为AR技术的研究和应用提供了充足的资金支持,创造了有利条件。同时,消费者对于新奇体验的追求,推动了AR应用在游戏、教育、医疗等领域的广泛尝试,吸引了越来越多的用户关注。同时,科技公司和创业公司对AR领域的热情和投资不断增加,加快了AR技术和产品的迭代与发展。

当然,技术进步是推动AR发展的核心动力。在硬件方面,新型显示技术和光学方案如Micro LED和几何光波导的发展,显著提升了AR眼镜的显示效果和用户体验。这些技术使得AR眼镜在亮度、对比度和反应速度等方面有了大幅改进,同时设备的体积和重量也得到了优化。软件平台方面,苹果、谷歌等公司推出的AR开发平台如ARKit和ARCore,极大地简化了AR应用的开发过程,促进了AR内容的丰富和多样化。

一直以来,显示方案是限制AR眼镜的发展的关键因素之一。

2012年,谷歌推出全球第一款消费级AR眼镜,将AR技术拉进大众视野。但是,这款AR眼镜采用的棱镜方案在透光率有天然缺陷,无法实现完全透明和全天候佩戴的AR光学要求,而符合该要求的光波导当时在技术成熟度和良品率等层面都还有欠缺。

就在这个时候,理湃光晶成立,成为国内最早开展AR近眼显示和光波导技术及其产品的研发的企业。

目前,理湃光晶已经成为全球领先的AR光波导显示器件及其方案的提供商,在几何光波导领域拥有完全独立自主的核心知识产权,实现几何光波导二维扩瞳技术的量产,其针对高性能光学玻璃的分子键合工艺,解决了量产中几何光波导良品率低的问题,提供了一套AR近眼显示的更优解决方案。



01 自主创新分子键合技术,攻克量产难题

比起AR技术,VR(虚拟现实)是一个独立的、可替换现实的人工虚拟环境,在大众的日常生活中更为常见,主要应用于游戏娱乐。VR的视觉呈现方式是阻断人眼与现实世界的连接:戴上VR设备,用户可以体验到一个完全不同且栩栩如生的数字世界,获得沉浸式体验。

虽然都是虚拟成像,但是AR是将虚拟信息投射到现实物理环境中,在空间上增强物理世界,达到虚实融合、相互增强的效果,在人眼与现实世界连接的情况下,叠加全息影像,加强其视觉呈现,其应用范围更为广阔,能够融入大众生活工作的各个场景当中。

理湃光晶董事长李伟认为,VR的使用场景是客厅,最终的市场体量将与游戏机相似,而AR的使用场景更为广泛,其市场体量可以达到智能手机的量级。

由于AR是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术,所以戴上AR眼镜后,用户的视野中仍然要有真实世界的影像,这也就要求AR的光学方案需要同时满足两个功能,一方面要透过真实环境的场景信息,另一方面将微显示屏输出的虚拟图像信息传输到人眼,从而实现图像增强。

AR眼镜的光学成像系统由微型显示屏(LCOS、LBS、Micro OLED、Micro LED等)和光学元件(棱镜、自由曲面、BirdBath、光波导等)组成,其中,光波导作为形态上最接近现有近视眼镜的显示器件,被普遍认为是未来AR眼镜的主流光学解决方案。

光波导可以分为几何光波导和衍射光波导两种。

理湃光晶选择的几何光波导由阵列排布的反射或折射棱镜组成,基于传统的折反射光学原理,在“反射-折射”的重复过程中,避免衍射光波导的色散问题,同时实现高分辨率、全彩显示、超薄等优点。

在此之前,几何光波导的专利主要由以色列企业Lumus掌握,如果想要生产几何光波导则需要获得专利授权或者构建专利池来突破封锁。在公司成立一年后,理湃光晶研发出几何光波导镜片并申请了国内首个几何光波导的核心专利。截至目前,理湃光晶在几何光波导领域已经拥有完全独立自主的核心知识产权。

几何光波导的主要难点在于二维扩瞳的设计和量产中的良率控制。

几何光波导的生产过程可以看作是玻璃的切割、抛光、镀膜和贴合。其中,玻璃的切割、抛光、镀膜三个步骤由于过去消费电子产品的快速发展,已经积累了相当成熟的产业链,主难点体现在贴合,原本采用的人工胶水贴合需要一次性贴合30片玻璃,不能出现操作偏差,因此这一步骤的良品率较低,很难实现大规模量产。2015年,理湃光晶研发出不需要胶水能够一次性贴合所有玻璃的分子键合技术。李伟表示,“分子键合技术通过破坏原有的分子键后,再将分子键重组的方式进行生产,这样既可以保证产品的显示效果,也能保证产品的良率。经过多年的迭代升级,我们在贴合这一步骤的良率已经接近100%,能够保证产品在实验室阶段和量产阶段的性能一致性。”

此外,基于分子键合技术,理湃光晶还开拓了手机、光通信等零部件生产中的玻璃贴合工序的加工服务,在AR爆发之前实现自我造血。“这些产品已有成熟的市场,分子键合技术不仅能够保证生产良率,还能够提升显示效果。我们向国内外手机厂商以及光通讯领域企业进行送样,目前的反馈都还不错,预计将成为我们业务的新拓展点。”

02 坚定几何光波导技术路线,突破二维扩瞳

几何光波导这一概念从以色列企业Lumus提出至今已有近20年的时间,主要以一维扩瞳产品形态出货,但是一维扩瞳的光机体积较大,不符合AR企业和用户接近于近视眼镜的AR眼镜形态预期。

二维扩瞳能够同时实现垂直和水平双向出瞳拓展,能够保障更大的眼动范围,更符合人眼的活动特征,同时还能将光机体积缩小至近视眼镜镜腿大小,被认为是消费级AR眼镜的更优解。

李伟表示,由于衍射光波导的二维扩瞳设计更容易实现,在过去的几年中,无论是投资人还是客户都曾建议理湃光晶布局衍射光波导,两个方向同时推进。“我们团队都是光学行业背景出身,我们坚定地选择几何光波导是因为二维扩瞳几何光波导在光效和显示效果层面都有突出的表现。”据笔者了解,衍射光波导是的漏光严重,带来双面显示的问题,一方面对于用户而言存在隐私保护性和伦理风险,另一方面漏光导致其他人无法与佩戴者进行眼神交流,这是技术难以解决的问题。

 

2022年,理湃光晶成功突破几何光波导二维扩瞳技术。

二维扩瞳光波导不仅对光学设计要求提高一个台阶,也在生产工艺上也更为严苛。一维扩瞳光波导通过胶水贴合进行生产的显示效果还在可接受范围内,那么二维扩瞳光波导更多的反射面数量不仅会导致良率直线下降,还会导致显示效果不佳等问题。理湃光晶基于自主创新的分子键合技术,轻松克服了二维扩瞳在贴合工序上的难题。

李伟表示,几何光波导的另一优势体现在生产制造中设备和材料的技术成熟度和供应链完备度,所有的设备材料都可以实现国产自主可控。衍射光波导分为表面浮雕光栅和体全系光栅,通过纳米压印和全息材料曝光的方式,配合半导体刻蚀工艺进行生产。目前纳米压印工艺因模板设计、压印误差、投入产出比等问题工艺难度大;体全系光栅受制于光敏材料的研发和稳定性等问题不确定性更高。

2023年末,理湃光晶实现二维扩瞳几何光波导的量产,并于今年2月面向市场推出二维扩瞳产品,目前已获得海外厂商订单。

03 推进更大产能落地,等待行业爆发

对于理湃光晶的企业定位,李伟表示,理湃光晶不只是一家技术研发企业,还是一家能够实现大批量生产的生产制造企业。“对生产制造型企业,质量是最关键的部分。”

2022年,理湃光晶在江苏建成了昆山生产基地,该工厂面积超3000平方米,能够支撑一年10万套的产能,并通过完善的上游供应商的管控体系以及来料、生产过程和出货产品的全流程检查体系,保证产品质量和一致性。“在与海外厂商对接的过程中,他们表现出对我们的技术、专利和工艺的认可,但对我们的量产能力有所质疑,因此,我们计划在今年推进更大厂房的建设,厂房面积将在1.5万至2万平方米。”
 

 

目前,理湃光晶的产品主要以光波导镜片和光机的模组形式进行销售,已经广泛应用于B端的工业、医疗、教育、安防等场景和C端消费市场。

面向未来,李伟透露,理湃光晶要做更大的屏幕、更高的清晰度和色彩还原,持续提升。他们将在继续保证B端市场订单交付的同时,加大对C端市场的投入。他表示,“B端的生态搭建已经趋于完善,例如在工业场景中已经有很多标准软件可以使用。但是C端是真正决定AR能够走入大众生活的,目前还没有真正大批量销售的C端产品。据了解,今年meta将发布第一款光波导智能眼镜,于明后年进行批量销售,2026年,苹果也将发布首款智能眼镜,因此我们认为明年会是行业爆发的时间点,而我们要做的就是等待。”

在行业爆发前夕,理湃光晶已经做好准备。

 
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