Birdbath和Pancake之后看什么——CES 2023上的大視角超薄AR光學(xué)方案

    在過去的2022年里，AR概念風(fēng)生水起。

    小米、華為、OPPO等大廠們陸續(xù)發(fā)布了其AR眼鏡，細(xì)紅線、致敬未知、奇點(diǎn)臨近等紛紛入局AR賽道，Nreal、Rokid、雷鳥、影目也紛紛熱賣其最新的C端產(chǎn)品。

    目前面向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的AR光學(xué)方案無非是Birdbath和光波導(dǎo)兩種�；�于Birdbath的視場(chǎng)角較大，分辨率高，產(chǎn)品形態(tài)比較像墨鏡，主要用于觀影、游戲、辦公，出現(xiàn)了明確落地的消費(fèi)級(jí)場(chǎng)景；基于光波導(dǎo)的產(chǎn)品形態(tài)更輕薄，但是視場(chǎng)角較小，且成本很高，目前主要用作信息提醒類的概念產(chǎn)品。因此，Birdbath方案成為了目前真正面向出貨的AR眼鏡廠商的首選。易觀分析發(fā)布的2022年三季度國內(nèi)消費(fèi)級(jí)AR眼鏡（電商）市場(chǎng)份額報(bào)告指出，Birdbath方案的AR眼鏡占據(jù)了87.5%的市場(chǎng)份額。然而，Birdbath方案的FoV普遍局限在50°左右，光學(xué)厚度介于15~20mm之間，距離消費(fèi)者的理想形態(tài)還有一定的差距。

    另一方面，傳統(tǒng)VR廠商也在向AR方向靠攏，美國巨頭Meta剛剛推出了Meta Quest Pro，就主打了VR和AR相融合的混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，稍早一些，字節(jié)跳動(dòng)旗下的Pico也推出了具有彩色透視AR體驗(yàn)的Pico 4。另據(jù)爆料，蘋果即將推出的第一代MR設(shè)備也擁有AR、VR兩個(gè)模式可以隨意切換。這些AR/VR雙模產(chǎn)品都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即采用了Pancake超薄VR光學(xué)實(shí)現(xiàn)纖薄的體積，同時(shí)采用攝像頭拍攝并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示的方式實(shí)現(xiàn)視頻透視Video See-Through（VST）形式的AR體驗(yàn)。而從本質(zhì)上來說，Pancake+VST并不是真正的AR方案，只能說是一種過渡形態(tài)，業(yè)界仍然在期待真正的光學(xué)透過式Optical See-Through的方案能夠達(dá)到VR所需的100度以上視場(chǎng)角，從而實(shí)現(xiàn)基于OST的AR/VR雙模產(chǎn)品。

    基于上述情況，目前行業(yè)對(duì)下一代AR光學(xué)技術(shù)提出了一些明確的訴求：比如超過70°的視場(chǎng)角，最好能達(dá)到100°；更輕薄的眼鏡形態(tài)，小于10毫米以內(nèi)的光學(xué)厚度；成本必須嚴(yán)格控制在消費(fèi)級(jí)，最好能做到終端出貨2000元以內(nèi)。

    在2023年1月最新CES上，我們看到一款全新的AR方案，給出了一些可能的答案。

混合波導(dǎo)AR光學(xué)

    先說參數(shù)：CES2023上展出的混合波導(dǎo)（Mixed Waveguide）AR光學(xué)分為A、B、C三種型號(hào)。其中A型視角為85°，厚度為9毫米；B型視角為56°，厚度為6毫米；C型視角為120°，厚度為10.5毫米。

    展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)展示了三種型號(hào)的光學(xué)模組和整機(jī)參考設(shè)計(jì)。

除了視場(chǎng)角和光學(xué)厚度不同以外，三款產(chǎn)品采用了類似的光學(xué)架構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

    畫質(zhì)——混合波導(dǎo)AR光學(xué)的光源部分采用mirco-OLED屏幕，全彩顯示，分辨率為1920*1080，隨著micro-OLED分辨率的提升可同步提升。通過極高的MTF，可顯示高對(duì)比度、無雜光、色彩均衡、高亮度的圖像。光效可達(dá)25%。

    透過A方案光學(xué)模組拍攝的AR畫面

    外形——混合波導(dǎo)不需要光波導(dǎo)類似的光機(jī)，因而三款眼鏡都呈現(xiàn)為接近墨鏡形態(tài)的窄邊框外形，并沒有傳統(tǒng)光波導(dǎo)和Birdbath方案的左右或上方粗獷的邊框。

透視——透過鏡片觀看外界環(huán)境，畫面清晰、無虛影、無畸變，透過率最高可達(dá)65%。

    重量——樹脂雙目鏡片重量15g-20g，整機(jī)重量約60-80g。

    成本——采用業(yè)界成熟的注塑和鍍膜、膠合工藝，適合消費(fèi)級(jí)量產(chǎn)，成本接近Birdbath。

    而從用戶最關(guān)心的視場(chǎng)角和厚度方面，我們發(fā)現(xiàn)，三款產(chǎn)品中，A和B方案明顯是瞄準(zhǔn)birdbath的軟肋，而C方案則有可能讓目前炙手可熱的pancake+VST方案走下神壇。

    方案對(duì)比

Birdbath接棒者

    從參數(shù)對(duì)比圖可以看出，混合波導(dǎo)的A和B兩個(gè)方案，針對(duì)Birdbath目前存在的兩大主要問題（小視角，大體積）提出了優(yōu)化方向。A方案將厚度降低到一半，但是FoV增加近一倍；B方案維持相同F(xiàn)oV，但厚度降低到約三分之一。

    A方案光學(xué)模組

    B方案光學(xué)模組

    據(jù)了解，現(xiàn)有的大部分使用Birdbath的眼鏡廠商，無非是因?yàn)檠苌浜蛶缀尾▽?dǎo)太貴且FoV很小，無奈之下，出于必須要拿出產(chǎn)品的壓力，只能持續(xù)使用Birdbath方案�；旌喜▽�(dǎo)此時(shí)出現(xiàn)，無疑是為很多廠商迭代下一代產(chǎn)品提供了明確的方向。

    “透明”的Pancake

    從C方案的定位來看，又有點(diǎn)像一個(gè)“透明的”Pancake。C方案（Crossfire）將模組厚度控制在10毫米左右，卻實(shí)現(xiàn)了VR產(chǎn)品都很難達(dá)到的120°的視場(chǎng)角。相當(dāng)于用一套OST光學(xué)方案，就取代了目前業(yè)內(nèi)普遍推崇的pancake+VST來實(shí)現(xiàn)大視角AR體驗(yàn)。

    圖左：混合波導(dǎo)C方案透過鏡片實(shí)拍畫面

    圖右：混合波導(dǎo)C方案模組側(cè)面厚度

    CES現(xiàn)場(chǎng)還展示了C方案搭配液晶光閥（LCLV）實(shí)現(xiàn)AR和VR模式切換的原型機(jī)，真正將“一鍵切換AR/VR”變成了現(xiàn)實(shí)。

如何實(shí)現(xiàn)？

    混合波導(dǎo)并不屬于傳統(tǒng)光波導(dǎo)技術(shù)，它采用了原創(chuàng)的全新AR光學(xué)構(gòu)型。不同于以衍射波導(dǎo)為代表的波導(dǎo)構(gòu)型和以Birdbath為代表的反射式構(gòu)型，混合波導(dǎo)采用了業(yè)界首創(chuàng)的偏振折返式AR構(gòu)型。

    據(jù)了解，混合波導(dǎo)技術(shù)是一種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，由很多層不同的材料和疊層組成，其中還包括不同類型的偏振濾光器。混合波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了基于偏振的折疊光路設(shè)計(jì)，光線在折疊中實(shí)現(xiàn)了焦距的的折疊和模組厚度的壓縮。

    而不同于pancake的同軸折返式，混合波導(dǎo)采用的是基于波導(dǎo)全反射的傾斜光路折疊方式，因此可以在實(shí)現(xiàn)顯示光線折疊的同時(shí)，不影響外界光線的透過，因此可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)透視的AR顯示效果。此外，混合波導(dǎo)還通過旁軸波導(dǎo)的線偏振的方式消除傳統(tǒng)pancake方案比較難纏的圓偏振鬼影問題。

    由于消除了光機(jī)（light Engine），而將整個(gè)折疊光路（包含鏡片）代替光機(jī)實(shí)現(xiàn)成像，因此該方案是沒有傳統(tǒng)波導(dǎo)的光機(jī)黑盒子的，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)窄邊框的效果。同時(shí)由于整體模組經(jīng)過折疊后很薄，成像元器件（Combiner）距離人眼很近，因此可以獲得很大的FoV。

    Ant Reality Optics，認(rèn)識(shí)全新的蟻視

    混合波導(dǎo)的發(fā)明者——蟻視，過去的英文名稱是AntVR，現(xiàn)正式更名為Ant Reality Optics。

    作為VR行業(yè)的十年老兵，蟻視2018年開始轉(zhuǎn)型專注大視角AR光學(xué)研發(fā)。

    2020年的CES，蟻視曾首次展示過混合波導(dǎo)AR光學(xué)原型機(jī)。

    此次在CES 2023，蟻視不但一次性拿出了三款成熟的的光學(xué)方案，還交出了一份令人側(cè)目的商業(yè)化答卷。據(jù)悉，已有多家國內(nèi)外客戶簽約采購了蟻視混合波導(dǎo)專利技術(shù)方案，并將應(yīng)用于最新一代AR產(chǎn)品中。

    曾經(jīng)的蟻視，推出過多款VR終端產(chǎn)品，并有著不錯(cuò)的出貨業(yè)績。未來我們將很難再看到蟻視品牌的終端產(chǎn)品，但Ant Reality Optics將有可能在幕后繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱，出現(xiàn)在更多的AR產(chǎn)品的背后。

    混合波導(dǎo)AR光學(xué)方案合作，聯(lián)系：zheng@ant-reality.com