機器之心報道
編輯：shanshan
AR産業發展有了更多可能
日前，微納光學核心科技公司馭光科技推出了完全自主專利設計、光學性能國際領先、可量産的衍射光波導新産品。
憑借在微納光學設計、半導體精密加工、高效自動化檢測等環節的深厚積澱，馭光科技在跟蹤各項AR技術多年後，對衍射光波導技術進行深入研究和多次開發疊代，成功推出完全自主專利設計、光學性能優異、量産性能優越的AR衍射光波導産品。
這是馭光科技第二代衍射光波導産品，其目标在于滿足市場上客戶對于性能和成本的平衡需求，在保持性能領先的前提下，能夠有效支撐終端客戶在明年量産推出百萬副年銷量的消費者AR眼鏡産品。
涵蓋微納光學設計、半導體精密加工和自動化檢測的一體化能力
自力更生，解決行業兩大痛點
光波導是一種光學技術,在光通信、雷射領域應用較多。簡單而言，就是光在特定設計的材料器件結構中實作光的定向傳播,應用的是全反射原理,中心用折射率大的材料,四周用折射率小的材料,就可以束縛光在媒體中傳播。
光波導大緻可以分為兩種類型：幾何光波導(Geometric Waveguide)和衍射光波導(Diffractive Waveguide)。
其中，幾何光波導即陣列光波導,主要通過陣列反射鏡堆疊實作圖像的輸出和動眼框的擴大。代表光學公司有以色列的Lumus,目前市場上還未出現大規模的量産眼鏡産品。
衍射光波導還可細分為利用光刻技術制造的表面浮雕光栅波導(Surface Relief Grating)和基于全息幹涉技術制造的全息體光栅波導(Volumetric Holographic Grating)。HoloLens 2,Magic Leap One屬于前者；蘋果公司收購的Akonia公司,Digilens則緻力于後者。
衍射光波導産品存在着兩大突破難點：一是設計能力，展現為産品性能和專利壁壘；二是量産性能和成本。在近期的産業事件中都有所展現：
2021年5月，英國光波導廠商WaveOptics被美國社交巨頭Snap以超過5億美元的價格收入囊中，據推測重要原因在于擷取核心專利，取得與Meta（Facebook）和微軟等科技巨頭同場競技的門票。目前，中國具備衍射光波導核心技術的公司屈指可數，少數推向市場的産品大多是模仿微軟或者WaveOptics的專利微結構設計，存在侵犯國際專利風險。
2021年國内外多家公司推出搭載衍射光波導的AR終端産品，但都價格昂貴或者未能公布價格，沒有能夠大批量生産。其中主要的制約因素，就在于光波導的量産和成本狀态。
馭光科技緻力于先進衍射光學元件（DOE）和微納光學的設計、制造及應用，為客戶提供完整的衍射光學解決方案，廣泛用于3D掃描、3D傳感、智能識别、機器視覺、AR/VR、行為大資料分析、智能監控、車載輔助系統等衆多領域。
日前，馭光科技推出了衍射光波導新産品，不僅具備自主核心技術的知識産權，突破了國外廠商WaveOptics和微軟等的專利封鎖，形成更加領先的獨創的技術路線和專利布局；而且在效率、均勻性、成像品質等方面經第三方測試都有優異表現，跻身國際最頂級水準。
以搭配MicroLED光機的衍射光波導為例，全屏亮度平均光效高于320 nit/lm，能夠實作在室外明亮環境下的使用要求，而且成像均勻性超過95%，單片式設計視場角達到40 以上，各方面均超越市面上可比同類産品。
更重要的是，産品具備量産和成本優勢，已形成月産數千片的産能且在持續提升，成本可控且在持續優化，能夠有效支撐終端客戶量産推出消費者AR眼鏡産品。馭光科技的光波導産品在保持性能領先的前提下，避免了使用斜齒、變深度等對良率有影響的工藝，片間性能波動更加穩定，使得可量産性得到了提升、成本得到了降低、并保留了性能進一步提升的空間。
激蕩AR創新大潮，迎接“元宇宙”
AR智能眼鏡被視為未來可穿戴裝置的一大突破，有望與智能手機一樣成為大衆的必備物品。
然而在2013年谷歌第一款智能眼鏡Google Glass問世之後，市場一直處于不溫不火的狀态，技術成熟度、價格、使用者體驗等諸多因素是阻礙其進入大衆生活的阻力。
2021年，局面發生了改變。“元宇宙”（Metaverse）元年的到來，意味着未來每個人都可以在另一個平行的虛拟世界裡以不同的人設、不同的身份活出風格迥異的不同人生。
作為“元宇宙”推崇者之一，Facebook首席執行官紮克伯格認為：“下一代計算平台一定是虛拟現實和增強現實（VR/AR）。”盡管“元宇宙”的成熟或出現在十年之後，但VR/AR技術必須先行！
随着蘋果、微軟、谷歌、Magic Leap、Snap、Facebook等巨頭廠商的AR智能眼鏡布局進展顯露，預示着該市場已經進入加速成熟的階段。
從技術層面看，增強現實(AR)與虛拟現實(VR)的近眼顯示系統都是将顯示器上的像素,通過一系列光學成像元件形成遠處的虛像并投射到人眼中。
不同之處在于,AR眼鏡需要透視(see-through),既要看到真實的外部世界,也要看到虛拟資訊,是以成像系統不能擋在視線前方。這就需要多加一個或一組光學組合器(optical combiner),通過“層疊”的形式,将虛拟資訊和真實場景融為一體,互相補充,互相“增強”。
光波導是應AR眼鏡需求而生的一個比較有特色的光學元件,因它的輕薄與外界光線的高穿透特性而被認為是消費級AR眼鏡的必選光學方案,又因其價格高和技術門檻高讓人望而卻步。
據悉，光學和顯示在AR終端裝置中的成本占比達近60%。目前，行業内比較普遍認可的光學和顯示方案是“光波導+MicroLED”，其有望成為消費級AR産品的主流方案。尤其是表面浮雕光栅波導因其輕薄高透光的功能特點、良好的量産性和成本潛力，成為重點布局的産業方向。
基于馭光持續提升的衍射光學設計、工藝能力和量産經驗，光波導産品的性能和産量提升潛力空間還非常大，能夠支援AR終端創新的更高性能更低成本的需求。
據悉，馭光科技的第三代采用更先進體系架構和設計方法的光波導産品，也将很快面世；它将進一步全面提升衍射光波導的各項性能名額，亮度光效可達到500-1000nit/lm，為衍射光波導更加接近實用奠定堅實基礎。
多年來，科技和投資圈都在期待：The Next Big Thing來自哪裡？2021年元宇宙概念大熱，涵蓋了對于移動網際網路之後的下一代網際網路和廣義數字化技術的願景，而下一代移動智能終端的期望，則落在了AR裝置上。
5-10年後，AR終端裝置有望接替智能手機，作為下一代移動智能終端，開啟長達20年甚至更長時間的全球科技浪潮，成為人類數字化生存之路上最重要的工具載體。
全球AR頭顯總出貨量（百萬台）
資料來源：《華為AR洞察及應用實踐白皮書》2021年6月，Strategy Analytics
競争突圍，打造技術核心壁壘
馭光科技在光波導領域的突破，根基于在微納光學和半導體精密加工方面的多年積澱和成功的産品傳遞tracking record。
馭光科技成立于2016年，2018年因在國内率先量産衍射光學元件（DOE）并導入頂級手機廠商供應鍊而為業界所熟知，成為公認的國際領先的衍射光學設計和制造廠商。
衍射光學元件（DOE）是微納光學元件的典型代表，也是3D傳感和成像系統的核心元器件。自蘋果釋出具有3D人臉識别功能的iPhone X之後，DOE受到業界廣泛關注。
DOE通常采用微納制造技術形成二維分布的衍射單元，每個衍射單元可以有特定的形貌、折射率等，能夠對光束進行分束、勻束、準直、偏離等各種操縱，近些年來廣泛應用于3D攝像頭、雷射雷達、增強現實、混合現實等領域。
公司創始人、MIT光學博士田克漢所帶領的核心光學研發團隊，以及公司所擁有的獨立自主知識産權、具備DfM功能的光學EDA設計軟體，是馭光科技作為具備國際競争力的“微納光學專家”的核心壁壘之一，也是其在DOE領域跟國際友商的競争中立于不敗之地的重要保障。
據悉，現階段衍射光波導設計還是以“人腦”設計+前向仿真（forward simulation）為主，而且其微觀結構具有明顯的周期性，容易被反向工程和模仿照抄。是以，目前在中國推出的某些産品面臨着“是否侵犯微軟技術專利”或者“是否侵犯WaveOptics技術專利”的問題。
而馭光科技以往在衍射光學元件的設計上以解反向問題（Inverse Problem）為主，通過優化算法由“機器”設計，能夠比前向仿真“人工”優化的方法更高效完成更優更複雜的設計。
馭光科技以自主的微納光學設計軟體為基礎，開發了具備完整優化架構和先進優化算法，專門針對衍射光波導的設計軟體，擺脫“人腦”設計的低級階段，向“機器”設計的進階階段進化。
由于衍射光波導優化問題的數學特性和“機器”的強大計算能力，馭光科技可以探索比微軟或者WaveOptics等傳統衍射光波導大得多的設計空間和自由度，得到的優化結果也就天然與Hololens或者WaveOptics等的傳統衍射光波導設計完全不同。
是以，馭光的新一代産品完全擺脫了國外公司的專利封鎖，同時公司也已提前進行了自己的專利布局，形成了自己的專利和技術壁壘。
一切以可量産傳遞為最終目标，馭光的衍射光波導産品針對量産性和成本進行了大量的優化，在保持性能領先的基礎上，利用領先的光學優化設計和強大的DfM（Design for Manufacture），避免了使用斜齒光栅、閃耀光栅、漸變深度光栅等影響量産性的設計，整體從根本上提高了良率和降低了成本，同時保證了光波導片間性能的穩定性。同時也為光波導潛在性能的進一步提升提供了充足的空間。
目前，馭光科技已經釋出多款衍射表面浮雕光波導産品，可搭配不同光源，滿足客戶多種應用場景的需求：
●B系列多片全彩色波導，40°FoV，主要應用于工業AR眼鏡，可搭配LCOS或者DLP光機；
●C系列單片全彩光波導，30 -40 FoV，主要用于消費AR眼鏡，可搭配DLP或者雷射LBS/FBS光機；
●C系列單片單色光波導，28 -40 FoV，主要用于消費/運動/資訊提示類AR眼鏡，可搭配MicroLED光機。
馭光C系列衍射光波導
值得一提的是，在未來的AR終端上，在核心光學及顯示功能子產品之外，三維感覺、互動也将成為不可或缺的核心技術子產品。放眼未來，馭光科技在三維傳感方面的技術和産品積累，或将為公司在更廣闊的次元推動AR産業發展提供更多可能。