突破行業(yè)難題 靈犀微光研發(fā)出可量產(chǎn)二維陣列波導(dǎo)模組2D-1

    在近日舉行的慕尼黑上海光博會(huì)上，靈犀微光科技宣布研發(fā)出可量產(chǎn)的二維陣列光波導(dǎo)模組2D-1。這款陣列波導(dǎo)模組采用了二維擴(kuò)瞳技術(shù)，整體光機(jī)重量?jī)H8g，透過(guò)率85%以上，42°大視場(chǎng)角，低成本且易于量產(chǎn)。該模組突破了采用陣列光波導(dǎo)方案實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳技術(shù)的行業(yè)難題，有望成為AR消費(fèi)級(jí)核心光學(xué)顯示技術(shù)的主流方案。

（靈犀微光二維陣列波導(dǎo)2D-1）

    光波導(dǎo)技術(shù)因其輕薄外型和光線(xiàn)高透過(guò)率被認(rèn)為是最佳的消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的光學(xué)方案。光波導(dǎo)技術(shù)可分為陣列光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)兩種。陣列光波導(dǎo)又名幾何光波導(dǎo)。衍射光波導(dǎo)主要利用具有周期結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)在波導(dǎo)中的耦入和耦出。陣列光波導(dǎo)通過(guò)陣列反射鏡堆疊實(shí)現(xiàn)圖像的輸出和動(dòng)眼框的擴(kuò)大。

    陣列光波導(dǎo)運(yùn)用傳統(tǒng)幾何光學(xué)設(shè)計(jì)理念、仿真軟件和制造流程，光能利用率高，顏色和對(duì)比度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)，沒(méi)有偏色和色移，單片光波導(dǎo)片鏡片可以輸出全彩（RGB）高分辨率的圖像，因此綜合圖像質(zhì)量相比于利用微納加工制造的表面浮雕光柵波導(dǎo)和基于全息干涉技術(shù)制造的體全息光柵波導(dǎo)更好，視覺(jué)體驗(yàn)效果較好。

    衍射光波導(dǎo)受限于衍射光學(xué)器件本身對(duì)于角度和顏色的高度選擇性，存在色散問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致顏色不均勻，產(chǎn)生彩虹效應(yīng)。又由于衍射元件會(huì)形成多級(jí)次的衍射，在光波導(dǎo)顯示鏡片“外側(cè)”也會(huì)顯有其他級(jí)次的衍射能量，呈現(xiàn)出“外側(cè)漏光”現(xiàn)象，即其他人也能夠一樣看到佩戴AR眼鏡的人看到的內(nèi)容，不利于隱私保護(hù)，達(dá)到理想的消費(fèi)級(jí)AR眼鏡還有一定的距離。

    但是，現(xiàn)行陣列光波導(dǎo)廠商都只研發(fā)出了一維擴(kuò)展的光波導(dǎo)技術(shù)，而世界上最領(lǐng)先的衍射光波導(dǎo)鏡片（以微軟的Hololens為代表）已經(jīng)廣泛采用二維擴(kuò)展的光波導(dǎo)技術(shù)。

    二維擴(kuò)展的光波導(dǎo)技術(shù)在消費(fèi)級(jí)AR的應(yīng)用中非常重要。采用二維擴(kuò)展的陣列光波導(dǎo)技術(shù)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)垂直和水平雙向出瞳擴(kuò)展，有效的增加出瞳距離和眼盒大小，顯著減少耦入部分的體積，在體積不變的基礎(chǔ)上可以增大視場(chǎng)角到50度以上，從而使得AR陣列光波導(dǎo)光引擎能夠?qū)崿F(xiàn)既小體積又有足夠大的視場(chǎng)角，解決了視場(chǎng)角和體積之間的核心矛盾，非常適合消費(fèi)級(jí)用戶(hù)對(duì)形態(tài)體積、體驗(yàn)觀感等都有更高標(biāo)準(zhǔn)的需求，給用戶(hù)帶來(lái)極致的AR體驗(yàn)。

    但是，由于陣列光波導(dǎo)采用的陣列反射鏡序列，實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)展需要設(shè)計(jì)極為特殊的反射鏡陣列結(jié)構(gòu)，保證入射到人眼光能量均勻性。陣列光波導(dǎo)加工工藝采用光學(xué)冷加工工藝，工藝難度高，對(duì)光學(xué)加工的精度和一致性要求高，二維擴(kuò)展又比一維擴(kuò)展的工藝難度高了一個(gè)量級(jí)。所以，陣列光波導(dǎo)的二維擴(kuò)展技術(shù)被認(rèn)為光波導(dǎo)行業(yè)內(nèi)的重大技術(shù)難題。攻克這個(gè)難題需要經(jīng)過(guò)持續(xù)的技術(shù)進(jìn)化和疊加的量產(chǎn)能力。

（二維出瞳擴(kuò)展原理圖 ）

    國(guó)內(nèi)率先突破陣列光波導(dǎo)二維擴(kuò)瞳技術(shù)行業(yè)難題

    靈犀微光從2014年成立開(kāi)始就研發(fā)和設(shè)計(jì)光波導(dǎo)顯示技術(shù)，為了解決光波導(dǎo)顯示技術(shù)工藝復(fù)雜、量產(chǎn)良率低、成本高的國(guó)際難題，靈犀微光深耕底層技術(shù)和工藝，重點(diǎn)突破超高精度拋光和多層復(fù)雜真空鍍膜技術(shù)，自研精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償體系，找到精度的平衡點(diǎn)，在制造過(guò)程中加上特殊材料，改變了加工屬性使得光波導(dǎo)的多重耦合的高精度加工難題得到解決。2018年底，率先實(shí)現(xiàn)AW60顯示模組70%的良率突破和10萬(wàn)片的量產(chǎn)產(chǎn)能，2019年，靈犀微光研發(fā)出世界上最輕量化的光波導(dǎo)模組AW70，在無(wú)錫建立的國(guó)內(nèi)第一條AR光波導(dǎo)鏡片二代線(xiàn)中試線(xiàn)投入量產(chǎn)，萬(wàn)片以上良率突破75%。

    靈犀微光在攻克了一維擴(kuò)瞳設(shè)計(jì)和量產(chǎn)難題的前提下，量產(chǎn)能力有充分保證，經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)迭代和工藝改良，率先突破了行業(yè)內(nèi)陣列光波導(dǎo)二維擴(kuò)展的重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了25mm出瞳距離、15mmX15mm之間的眼動(dòng)范圍、85%高透過(guò)率，可以在更輕薄的鏡片上投射出42°FOV大視場(chǎng)角的畫(huà)面，且二維擴(kuò)瞳可達(dá)到量產(chǎn)疊加效應(yīng)；成本控制上，也做到了只比一維擴(kuò)瞳波導(dǎo)片高15%的控制水平，而在理論值上二維擴(kuò)瞳比一維擴(kuò)瞳的量產(chǎn)成本高四至五倍。

    靈犀微光光學(xué)負(fù)責(zé)人介紹：“體積方面的優(yōu)勢(shì)，靈犀AW70s已經(jīng)做到業(yè)內(nèi)最輕量化了，我們利用自研的PAD技術(shù)，能夠把成像和照明耦合在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，使得一維的光機(jī)體積大大縮小，相比同類(lèi)產(chǎn)品小和輕50%，同時(shí)解決光波導(dǎo)光機(jī)側(cè)方視野遮擋的核心痛點(diǎn)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，二維我們能夠進(jìn)一步縮小這個(gè)體積，二維出瞳擴(kuò)展會(huì)帶來(lái)光機(jī)體積的大幅度下降，能夠真正達(dá)到消費(fèi)級(jí)AR應(yīng)用的水平。15%成本上漲是波導(dǎo)片自身的上漲，光機(jī)體積的下降意味著光學(xué)件設(shè)計(jì)制造難度下降，整機(jī)的價(jià)格就會(huì)下降，這樣會(huì)直接推動(dòng)消費(fèi)級(jí)AR的落地，以更親民的價(jià)格，更輕薄小巧的設(shè)備、更好的AR顯示效果促進(jìn)消費(fèi)級(jí)AR早日到來(lái)�！�

    二維陣列波導(dǎo)2D-1 更佳AR顯示體驗(yàn)

    在AR眼鏡中，光線(xiàn)通過(guò)光引擎進(jìn)入藕入光柵，然后通過(guò)全反射進(jìn)入擴(kuò)瞳光柵進(jìn)行一維或二維的擴(kuò)展以增大眼動(dòng)范圍，最后通過(guò)藕出光柵將擴(kuò)展后的光導(dǎo)入人眼。二維擴(kuò)瞳比一維擴(kuò)瞳有更好的視覺(jué)體驗(yàn)。

    據(jù)悉，靈犀微光將于近期舉辦產(chǎn)品體驗(yàn)會(huì)，邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家、合作伙伴和和客戶(hù)共同體驗(yàn)二維陣列波導(dǎo)2D-1以及靈犀AR系列光學(xué)產(chǎn)品和AR眼鏡樣機(jī)。

（手機(jī)拍攝靈犀微光二維陣列波導(dǎo)2D-1顯示效果）

    巨頭布局光波導(dǎo)核心顯示技術(shù) 提振行業(yè)

    光波導(dǎo)是被普遍看好的一項(xiàng)對(duì)AR眼鏡極其重要的光學(xué)方案。科技巨頭在AR眼鏡及光波導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域布局也在持續(xù)加深，微軟從2012年開(kāi)始研發(fā)光波導(dǎo)，相繼推出Hololens1和Hololens2，2018年蘋(píng)果收購(gòu)AR波導(dǎo)鏡片公司Akonia ，2018年谷歌投資了AR眼鏡公司Magic Leap。當(dāng)中蘋(píng)果在AR領(lǐng)域的布局就有10年左右時(shí)間，媒體關(guān)于蘋(píng)果專(zhuān)利的一系列報(bào)道顯示，蘋(píng)果目前已經(jīng)掌握了AR眼鏡、光波導(dǎo)、三維內(nèi)容構(gòu)建和呈現(xiàn)等諸多專(zhuān)利。而前不久據(jù)外媒稱(chēng)社交網(wǎng)絡(luò)巨頭Facebook內(nèi)部組織數(shù)據(jù)顯示，該公司有近1萬(wàn)名員工在研發(fā)AR和VR設(shè)備。參與VR/AR研發(fā)者占員工總數(shù)近20%。

    相信隨著靈犀微光二維陣列波導(dǎo)的研發(fā)成功，科技巨頭布局AR產(chǎn)業(yè)鏈的廣度和深度進(jìn)一步加大。

    低成本可量產(chǎn)的二維陣列波導(dǎo)將推動(dòng)消費(fèi)級(jí)AR的成熟

    據(jù)悉，靈犀微光二維陣列波導(dǎo)2D-1將于今年下半年投入量產(chǎn)。隨著可量產(chǎn)的二維陣列波導(dǎo)研發(fā)成功，標(biāo)志著消費(fèi)級(jí)AR眼鏡走向成熟階段。靈犀微光將繼續(xù)致力于為消費(fèi)級(jí)AR提供核心顯示技術(shù)，從產(chǎn)品到研發(fā)，持續(xù)探索科技前沿，打造量產(chǎn)高階的AR顯示產(chǎn)品，賦能產(chǎn)業(yè)，加速消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的到來(lái)。