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WaveOptics:追逐增强现实(AR)的梦想,任重道远
2020-05-12 07:52:59   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

本文采访了WaveOptics首席技术官(CTO)Phil Greenhalgh博士。WaveOptics是全球领先的基于表面浮雕光栅(SRG)光波导的AR头戴式设备供应商。

微访谈:WaveOptic首席技术官Phil Greenhalgh

据麦姆斯咨询报道,业界追逐增强现实(AR)的梦想从未停止,尽管现在还没有见到有人带着AR眼镜在城市里闲逛。这并不意味着该行业没有朝着这个目标努力,其实我们看到了许多技术进步和构建供应链的新动态。最近的例子是Facebook与Plessey在2020年3月达成的独家协议,前者将购买后者生产的全部AR屏幕。

然而,AR通往消费者的道路仍然漫长,充满了荆棘。

“AR头戴式设备将取代智能手机”已是老生常谈,而且被称为新一轮的消费电子革命。很多公司投入了大量的资金来开发支持内部构建模块所需的技术。比如关于光引擎方面,我们听到了很多MicroLED的消息。我们无法把这些光引擎与它们相关联的光学器件分开而谈,因为我们需要建立一个具有良好性能和成本竞争力的系统,以可接受的样式和有吸引力的用例来打动消费者。这会发生吗?

Yole显示技术和市场分析师Zine Bouhamri博士,采访了WaveOptics首席技术官(CTO)Phil Greenhalgh博士,双方深入探讨了这些问题。WaveOptics是全球领先的基于表面浮雕光栅(SRG)光波导的AR头戴式设备供应商。以下为访谈内容,让我们来看看这个行业正在发生哪些有意思的事情。

Yole Développement(以下简称YD):请您先介绍一下WaveOptics以及公司的主要业务。

Phil Greenhalgh(以下简称PG):WaveOptics公司总部设在英国,在中国大陆和台湾、奥地利设有分公司。目前,我们约有105名员工,主要从事设计和制造用于AR眼镜的光波导和光引擎解决方案。我们在设计波导时就综合考虑了性能和成本。我们的观点是,只有使用表面浮雕光栅(SRG)波导才能在消费级规模下实现要求非常高的性价比平衡。这一观点显然也得到了市面上两家主流AR厂商的认同:微软(Microsoft)和Magic Leap也同样为他们的产品选择了SRG波导。

总之,我们为AR眼镜和其他类型的头戴式设备显示系统设计和制造最佳的光波导和光引擎。

YD:请您介绍一下贵司的典型产品和提供的服务。

PG:在过去的12个月里,很明显,没有客户需要为他们的产品提供现成的标准波导。即使像基本的波导外形尺寸都限制了工业设计,这无法满足产品的差异化。所以一种尺寸肯定不适合所有的产品。

光波导的规格要求范围很大:视场(FOV)角度从15°到60°、单色、全彩色、单目和双目的配置,这些都从2019年开始提出了要求。

因此,到了2020年,我们的技术平台有了标准配置,覆盖的FOV范围可快速适应特定的设计。调整在几个星期内就可能完成,因为现在我们有非常准确的专用仿真工具,仅一次设计迭代就可获得接近设计所需的物理波导。

客户对定制光引擎的需求很少,因为它们看不见且设备成本很高,我们的标准设计表现非常出色且和波导匹配完美。

WaveOptics表面浮雕光栅(SRG)光波导

YD:贵司采用的这项技术有什么特别之处?

PG:WaveOptics的波导技术可作为一种权衡各参数最佳的折衷方案。视场、视窗尺寸、效率、色彩均匀性通常改变都得以牺牲其它参数为代价。我们让我们的客户尽早参与到折衷方案中来,并向他们展示我们的SRG波导如何在所有的设计中拥有最大的设计空间,可以为他们提供最好的AR产品。在波导技术中,前面提到的权衡始终存在,但我们能够和正在做的是,使权衡的极限尽可能大。我们通过不断研究新材料、制造方法和光栅本身的新设计来实现这一点。

YD:与Microsoft、Magic Leap或者Dispelix相比,你们的SRG技术竞争优势有哪些?

PG: 我想套用我们的客户对我们的评价,我们做的非常好。

YD:与苹果(Apple)的全息光学元件(HOE)波导相比,你们的竞争力如何?和Lumus、LetinAR和Optcreate的反光光学元件(ROE)波导相比,又如何?

PG:据公开信息,Apple收购了Akonia,多数业内人士猜测Apple是为了获取用于AR波导的体积全息影像技术,或者是用于反射式近眼显示组合器的薄膜材料。和其他人一样,我不清楚他们目前的进展,但我们以前使用过体积光栅,它们获得校正非常困难。如果它们无法表现出来,那么它们就很难诊断故障原因,因为没有任何可以很容易发现或测量的东西来解释原因。至少有了SRG光栅,它们可以成像和测量,并和设计意图相比较。

反射式波导有其自身的局限性。与衍射波导相比,它们具有更好的效率和色彩均匀性,但其它一些关键参数并不理想。反射式波导有两个显著限制:一是可制造性,二是只能在一维空间内提供简单有效的出瞳扩展。

与纳米压印的SRG波导不同,制作反射式波导的过程实际上是串行的,没有明确的方法实现并行组装。在制作了许多反射式波导之后,我可以说做坏很容易,但是制作一个好的波导却非常非常困难。Lumus是世界领先的反射式波导厂商,他们的波导非常好。所以,我可以想象,建立一条生产线,哪怕只有10K/月的产量也是很困难的。但是,这对于纳米压印的SRG波导来说是很容易的。

二维出瞳扩展是同时实现大视窗和小光引擎的关键。出瞳扩展是指波导的输出结构将光引擎光瞳复制到一个称为视窗的矩形区域上。到目前为止,只有一维出瞳扩展在反射式波导中得到了商业应用。视窗在水平方向上无限制,因为它受益于出瞳扩展,但在垂直方向,它受限于光引擎透镜的光学尺寸。要实现垂直向的视窗,比如12毫米,那么光学透镜的直径也得这么大,也就意味着需要大的光引擎,这就是为何很难集成到眼镜里的原因。与之相对的是,来自SRG波导的光引擎同时具有水平和垂直的出瞳扩展,并且光引擎透镜的直径最小可为3-4毫米。输出光栅将小光瞳复制到更大的区域,形成一个大的视窗。

WaveOptics的专有IP技术可在单个SRG中实现二维出瞳扩展。与其他类型的输出光栅相比,比如使用两个SRG的HoloLens和Magic Leap,这意味着更小的体积和更少的制造公差。

所以总的来说,我认为SRG波导提供的设计空间使它们成为大多数批量应用的更好选择。毫无疑问,在某些情况下,反射式波导或反射自由空间型显示组合器更适合。

WaveOptics表面浮雕光栅(SRG)光波导

YD:总而言之,市场通常由少数的专业用例所驱动。梦想着AR消费电子革命将取代智能手机,对于消费者而言,仍然需要一个足够有吸引力的用例。我们认为,只有像Apple、三星(Samsung)和华为这样的消费类巨头才能做到这一点。您怎么看?

PG:完全同意。如果没有一些对消费者有用/有趣的出色内容和应用,没有具有明确的专业使用的商业案例,世界上最好的AR硬件都会失去吸引力。但是,可以肯定的是,现在参与其中的所有大公司都非常了解自己的市场,并对客户有潜在的了解。直到现在,大公司对这项技术还不是很感兴趣,因为它不支持任何像样的面向消费者的工业设计。这种情况正在改变,光学方面的改进是实现这一目标的重要途径。

YD:说起来,似乎大批量的AR头戴式元件的供应链正在建立。例如,贵司发布了与Schott、EVG和Inkron合作的新闻。合作是如何建立的,这对你们未来的发展有何战略意义?

PG:毫无疑问,构建AR光学系统是很困难的,而且无论我们的结构在理论上多么完美,不良的材料还是会使它们无法正常工作。因此,我们有意与全球最好的玻璃、纳米压印机械和折射率匹配的树脂供应商合作。如果没有这些公司,我们就无法制造波导,同样,如果没有我们波导开发厂商的反馈,他们也无法制造出合格的材料。

WaveOptics表面浮雕光栅(SRG)光波导

YD:就供应链而言,光学器件是其中的一部分,我们倾向于不能将光学器件和显示引擎分开考虑。看起来每个人都在等待microLED机会的到来,但与此同时,现有技术也必须发挥作用。您对此有何看法?

PG:我对microLED的看法与大多数人一样,它们具有巨大的潜力。如果光源和成像器能整合在同一器件中,这对制造小型的投影仪显然是有益的。纯绿色的1080p面板即将到来,但仍然没有非常有效的方法将非常宽的角度发射特性耦合到波导中。全彩面板将是一个不错的选择。在等待这些技术成熟的过渡期,我们能做些什么呢?我所能说的是,我们正在研究新型的硅基液晶(LCoS)、配置数字微镜器件(DMD)的激光扫描系统,和其他厂商一样。

YD:贵司未来的目标是哪种商业模式?设计和IP授权?光学代工厂?

PG:现在,我们只提供全制造的波导。将来,我们很可能会为资源充足的客户提供设计和许可业务模式。

YD:就光学性能和制造而言,贵司目前的市场地位如何?请介绍一下贵司当前的发展重点以及未来几年的路线图。

PG:我们认为,当前我们已成为AR波导和光引擎开放市场中领先的供应商。这是基于我们在解决方案上的合作伙伴,很抱歉我不能透露他们的信息。但是作为领先公司,我们并不感到自满,我们看到几家强大的竞争对手,其产品在某些方面的性能超过了我们。总的来说,我相信我们的参数平衡和快速投产的能力使我们成为当今的最佳选择,但我们需要继续前进以保持自己的领先地位。对于波导,这意味着更高的效率和更好的色彩均匀性。在光引擎领域,我们最大的努力方向将是:寻求获得更小体积和更高效率的光引擎,这对于波导是非常重要补充。

YD:从设计到制造,获得产品的周期通常要多久?主要的里程碑是什么?

PG:下图展示了我们用于创建全新设计的基本流程,基于我们三大平台中的一个。从设计研讨会到物理波导原型大约需要16周的时间。设计研讨会通常经过两到三天非常激烈的讨论活动,我们从客户那里收集尽可能多的数据。通常,大多数工程学科和工业设计师都会参加。有时数据是抽象的,例如哪些参数最重要,哪些参数可以灵活一些以更好地调和性能。我们的仿真工具可以提供一些非常直观的图像质量图以及硬数值性能数据,因此我们也可以提供良好的可视化效果。

我们在2019年创建的所有原型只需要一个循环,因此从设计和性能的角度来看,一次即可投入生产。客户结构和机械外壳中的产品认证可能还需要6到9个月的时间。因此,总体而言,从设计研讨会到批量生产仅需要12个月。

WaveOptics表面浮雕光栅(SRG)光波导

YD:贵司是否受到了COVID-19疫情的影响?

PG:是的,我们正在遭受COVID-19的影响。和许多地方一样,我们基本上关闭了办公室,只有必要的实验室还在运行。在社交方面,虽然与同事分开有些奇怪,我们所有人都要熟悉五种以上的客户视频会议系统。

但幸运的是,疫情对技术和业务的影响远没有想象的那么大。巧合的是,随着办公室关闭,我们获得了几个大项目,所以在接下来的几个月中,我们大部分的研发人员都在对客户产品进行仿真,并可居家工作。

当然,我们都期待着早些恢复正常。

延伸阅读:

《MicroLED显示技术、市场及机遇-2020版》

《增强现实、虚拟现实和混合现实技术及市场趋势-2020版》

《下一代3D显示技术及市场趋势-2019版》

《显示屏中的下一代人机交互(HMI)-2019版》

《可穿戴传感器技术及市场-2018版》 

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