AR产业发展有了更多可能

日前，微纳光学核心科技公司驭光科技推出了完全自主专利设计、光学性能国际领先、可量产的衍射光波导新产品。

 

凭借在微纳光学设计、半导体精密加工、高效自动化检测等环节的深厚积淀，驭光科技在跟踪各项AR技术多年后，对衍射光波导技术进行深入研究和多次开发迭代，成功推出完全自主专利设计、光学性能优异、量产性能优越的AR衍射光波导产品。

 

这是驭光科技第二代衍射光波导产品，其目标在于满足市场上客户对于性能和成本的平衡需求，在保持性能领先的前提下，能够有效支撑终端客户在明年量产推出百万副年销量的消费者AR眼镜产品。

涵盖微纳光学设计、半导体精密加工和自动化检测的一体化能力

自力更生，解决行业两大痛点

 

光波导是一种光学技术,在光通信、激光领域应用较多。简单而言，就是光在特定设计的材料器件结构中实现光的定向传播,应用的是全反射原理,中心用折射率大的材料,四周用折射率小的材料,就可以束缚光在介质中传播。

 

光波导大致可以分为两种类型：几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)。

 

其中，几何光波导即阵列光波导,主要通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出和动眼框的扩大。代表光学公司有以色列的Lumus,目前市场上还未出现大规模的量产眼镜产品。

 

衍射光波导还可细分为利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导(Surface Relief Grating)和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导(Volumetric Holographic Grating)。HoloLens 2,Magic Leap One属于前者；苹果公司收购的Akonia公司,Digilens则致力于后者。

 

衍射光波导产品存在着两大突破难点：一是设计能力，体现为产品性能和专利壁垒；二是量产性能和成本。在近期的产业事件中都有所体现：

 

2021年5月，英国光波导厂商WaveOptics被美国社交巨头Snap以超过5亿美元的价格收入囊中，据推测重要原因在于获取核心专利，取得与Meta（Facebook）和微软等科技巨头同场竞技的门票。目前，中国具备衍射光波导核心技术的公司屈指可数，少数推向市场的产品大多是模仿微软或者WaveOptics的专利微结构设计，存在侵犯国际专利风险。

 

2021年国内外多家公司推出搭载衍射光波导的AR终端产品，但都价格昂贵或者未能公布价格，没有能够大批量生产。其中主要的制约因素，就在于光波导的量产和成本状态。

 

驭光科技致力于先进衍射光学元件（DOE）和微纳光学的设计、制造及应用，为客户提供完整的衍射光学解决方案，广泛用于3D扫描、3D传感、智能识别、机器视觉、AR/VR、行为大数据分析、智能监控、车载辅助系统等众多领域。

 

日前，驭光科技推出了衍射光波导新产品，不仅具备自主核心技术的知识产权，突破了国外厂商WaveOptics和微软等的专利封锁，形成更加领先的独创的技术路线和专利布局；而且在效率、均匀性、成像质量等方面经第三方测试都有优异表现，跻身国际最顶级水平。

 

以搭配MicroLED光机的衍射光波导为例，全屏亮度平均光效高于320 nit/lm，能够实现在室外明亮环境下的使用要求，而且成像均匀性超过95%，单片式设计视场角达到40º以上，各方面均超越市面上可比同类产品。

 

更重要的是，产品具备量产和成本优势，已形成月产数千片的产能且在持续提升，成本可控且在持续优化，能够有效支撑终端客户量产推出消费者AR眼镜产品。驭光科技的光波导产品在保持性能领先的前提下，避免了使用斜齿、变深度等对良率有影响的工艺，片间性能波动更加稳定，使得可量产性得到了提升、成本得到了降低、并保留了性能进一步提升的空间。

 

激荡AR创新大潮，迎接“元宇宙”

 

AR智能眼镜被视为未来可穿戴设备的一大突破，有望与智能手机一样成为大众的必备物品。

 

然而在2013年谷歌第一款智能眼镜Google Glass问世之后，市场一直处于不温不火的状态，技术成熟度、价格、用户体验等诸多因素是阻碍其进入大众生活的阻力。

 

2021年，局面发生了改变。“元宇宙”（Metaverse）元年的到来，意味着未来每个人都可以在另一个平行的虚拟世界里以不同的人设、不同的身份活出风格迥异的不同人生。

 

作为“元宇宙”推崇者之一，Facebook首席执行官扎克伯格认为：“下一代计算平台一定是虚拟现实和增强现实（VR/AR）。”尽管“元宇宙”的成熟或出现在十年之后，但VR/AR技术必须先行！

 

随着苹果、微软、谷歌、Magic Leap、Snap、Facebook等巨头厂商的AR智能眼镜布局进展显露，预示着该市场已经进入加速成熟的阶段。

 

从技术层面看，增强现实(AR)与虚拟现实(VR)的近眼显示系统都是将显示器上的像素,通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射到人眼中。

 

不同之处在于,AR眼镜需要透视(see-through),既要看到真实的外部世界,也要看到虚拟信息,所以成像系统不能挡在视线前方。这就需要多加一个或一组光学组合器(optical combiner),通过“层叠”的形式,将虚拟信息和真实场景融为一体,互相补充,互相“增强”。

 

光波导是应AR眼镜需求而生的一个比较有特色的光学组件,因它的轻薄与外界光线的高穿透特性而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案,又因其价格高和技术门槛高让人望而却步。

 

据悉，光学和显示在AR终端设备中的成本占比达近60%。目前，行业内比较普遍认可的光学和显示方案是“光波导+MicroLED”，其有望成为消费级AR产品的主流方案。尤其是表面浮雕光栅波导因其轻薄高透光的功能特点、良好的量产性和成本潜力，成为重点布局的产业方向。

 

基于驭光持续提升的衍射光学设计、工艺能力和量产经验，光波导产品的性能和产量提升潜力空间还非常大，能够支持AR终端创新的更高性能更低成本的需求。

 

据悉，驭光科技的第三代采用更先进体系架构和设计方法的光波导产品，也将很快面世；它将进一步全面提升衍射光波导的各项性能指标，亮度光效可达到500-1000nit/lm，为衍射光波导更加接近实用奠定坚实基础。

 

多年来，科技和投资圈都在期待：The Next Big Thing来自哪里？2021年元宇宙概念大热，涵盖了对于移动互联网之后的下一代互联网和广义数字化技术的愿景，而下一代移动智能终端的期望，则落在了AR设备上。

 

5-10年后，AR终端设备有望接替智能手机，作为下一代移动智能终端，开启长达20年甚至更长时间的全球科技浪潮，成为人类数字化生存之路上最重要的工具载体。

 

全球AR头显总出货量（百万台）

资料来源：《华为AR洞察及应用实践白皮书》2021年6月，Strategy Analytics

 

竞争突围，打造技术核心壁垒

 

驭光科技在光波导领域的突破，根基于在微纳光学和半导体精密加工方面的多年积淀和成功的产品交付tracking record。

 

驭光科技成立于2016年，2018年因在国内率先量产衍射光学元件（DOE）并导入顶级手机厂商供应链而为业界所熟知，成为公认的国际领先的衍射光学设计和制造厂商。

 

衍射光学元件（DOE）是微纳光学元件的典型代表，也是3D传感和成像系统的核心元器件。自苹果发布具有3D人脸识别功能的iPhone X之后，DOE受到业界广泛关注。

 

DOE通常采用微纳制造工艺形成二维分布的衍射单元，每个衍射单元可以有特定的形貌、折射率等，能够对光束进行分束、匀束、准直、偏离等各种操纵，近些年来广泛应用于3D摄像头、激光雷达、增强现实、混合现实等领域。

 

公司创始人、MIT光学博士田克汉所带领的核心光学研发团队，以及公司所拥有的独立自主知识产权、具备DfM功能的光学EDA设计软件，是驭光科技作为具备国际竞争力的“微纳光学专家”的核心壁垒之一，也是其在DOE领域跟国际友商的竞争中立于不败之地的重要保障。

 

据悉，现阶段衍射光波导设计还是以“人脑”设计+前向仿真（forward simulation）为主，而且其微观结构具有明显的周期性，容易被反向工程和模仿照抄。因此，目前在中国推出的某些产品面临着“是否侵犯微软技术专利”或者“是否侵犯WaveOptics技术专利”的问题。

 

而驭光科技以往在衍射光学元件的设计上以解反向问题（Inverse Problem）为主，通过优化算法由“机器”设计，能够比前向仿真“人工”优化的方法更高效完成更优更复杂的设计。

 

驭光科技以自主的微纳光学设计软件为基础，开发了具备完整优化框架和先进优化算法，专门针对衍射光波导的设计软件，摆脱“人脑”设计的低级阶段，向“机器”设计的高级阶段进化。

 

由于衍射光波导优化问题的数学特性和“机器”的强大计算能力，驭光科技可以探索比微软或者WaveOptics等传统衍射光波导大得多的设计空间和自由度，得到的优化结果也就天然与Hololens或者WaveOptics等的传统衍射光波导设计完全不同。

 

因此，驭光的新一代产品完全摆脱了国外公司的专利封锁，同时公司也已提前进行了自己的专利布局，形成了自己的专利和技术壁垒。

 

一切以可量产交付为最终目标，驭光的衍射光波导产品针对量产性和成本进行了大量的优化，在保持性能领先的基础上，利用领先的光学优化设计和强大的DfM（Design for Manufacture），避免了使用斜齿光栅、闪耀光栅、渐变深度光栅等影响量产性的设计，整体从根本上提高了良率和降低了成本，同时保证了光波导片间性能的稳定性。同时也为光波导潜在性能的进一步提升提供了充足的空间。

 

目前，驭光科技已经发布多款衍射表面浮雕光波导产品，可搭配不同光源，满足客户多种应用场景的需求：

 

●B系列多片全彩色波导，40°FoV，主要应用于工业AR眼镜，可搭配LCOS或者DLP光机；

●C系列单片全彩光波导，30º-40ºFoV，主要用于消费AR眼镜，可搭配DLP或者激光LBS/FBS光机；

●C系列单片单色光波导，28º-40ºFoV，主要用于消费/运动/信息提示类AR眼镜，可搭配MicroLED光机。

 

驭光C系列衍射光波导

值得一提的是，在未来的AR终端上，在核心光学及显示功能模块之外，三维感知、交互也将成为不可或缺的核心技术模块。放眼未来，驭光科技在三维传感方面的技术和产品积累，或将为公司在更广阔的维度推动AR产业发展提供更多可能。