如今的LCoS光引擎先以R、G、B三色panel 以半透半反分光，再以PBS棱鏡的方式“聚合”在一起，光引擎結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積難以大幅壓縮，而且出射圖像亮度不夠，經(jīng)過傳輸后入眼亮度低，恰恰是AR眼鏡最關(guān)鍵和最致命的問題。
硅基OLED是目前的主流方案。OLED自發(fā)光組件，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、色彩表現(xiàn)良好，但問題是采用先進制程壓縮單像素面積、進一步提升分辨率的時候，良率低，成本高，高分辨率面板價格非常昂貴。
微顯示屏作為新興顯示產(chǎn)業(yè)，終端品牌都需要從供應(yīng)鏈廠商采購，Apple Vision Pro使用了2塊索尼4K分辨率的硅基OLED微顯示屏作為內(nèi)屏。之前媒體流傳的BOM清單顯示，售價3499美元的Apple Vision Pro硬件物料成本約 1509 美元，其中索尼供應(yīng)的兩片4K分辨率OLED內(nèi)屏一片350美元，合計 700 美元，幾乎占據(jù)了物料成本的一半，為成本最高的零組件。相比之下，臺積電代工的M2 處理器僅需 120 美元。
天價Apple Vision Pro如今銷量慘淡到被傳停產(chǎn)，索尼的4K分辨率微顯示屏可謂“功不可沒”。
硅基OLED的另一個致命問題，是亮度依然不夠高，覆蓋不了白天日光環(huán)境，特別是跟只有1%光效率衍射波導(dǎo)組合在一起使用的時候。
Micro LED是最終極最理想的微顯示屏，無機材料壽命長，也是自發(fā)光原理，超高亮度遠超硅基液晶和硅基OLED，色彩飽和度和對比度也是最佳。但受限于基礎(chǔ)技術(shù)的問題，沒有辦法在單片微顯示屏面板上實現(xiàn)RGB三色像素集成，換句話說，它連彩色顯示都很難做到，只能采取工程化的辦法，而且高分辨率微顯示面板生產(chǎn)制造非常難，同樣巨貴無比。
Micro LED要實現(xiàn)彩色顯示，要么通過三塊R、G、B小面板「合光」，三個控制板加合光棱鏡，即JBD的x-cube棱鏡方案，要么是還在實驗室里的堆疊像素方案。
Micro LED目前的R、G、B三種面板的無機發(fā)光材料底層物理過程迥異，亮度一致性差異很大，而要將Micro LED分辨率提升到2K、4K，面臨一系列基礎(chǔ)物理、大規(guī)模生產(chǎn)制造良品率問題，理想的高分辨率Micro LED，成本也是天價。
一句話總結(jié)，硅基液晶亮度不夠且光引擎組件很難小型化；硅基OLED亮度勉強，分辨率高但是成本也高；Micro LED最理想但不成熟，連彩色顯示都困難，只有單綠色光引擎可以達標。
說了這么多，這還是微顯示屏的第一個坑。第二個坑，光傳輸組件，同樣困難無比。
AR眼鏡要求能夠正?？辞逋饨?，將光引擎出射的數(shù)字內(nèi)容和外界的真實光線，“混合”一起進入眼睛，這要求它能像普通的光學眼鏡一樣高透光。
BirdBath和自由曲面方案是一組透鏡組合，將眼鏡頂部光引擎發(fā)出的圖像光線，經(jīng)過反射、折射、對焦等設(shè)計好的光路，傳導(dǎo)到眼睛，這個方案不可避免在眼睛前方設(shè)計一個透光率不高的半透射半反射鏡片。BirdBath和自由曲面眼鏡，像XREAL、雷鳥、Rokid的Air系列眼鏡，目前只有20%左右的透光率，只能是「墨鏡，最佳使用場景是觀影。
而像Apple Vision Pro這樣的VR眼鏡，干脆直接把“屏幕”放在眼前，設(shè)計一個非常復(fù)雜的折反射光學鏡片組合，把圖像光傳輸?shù)窖劬ΑR擋住所有前方的自然光線，依靠攝像頭才能看清外界，這就是常說的依靠攝像頭“透視”的VST方案。
攝像頭傳輸畫面的延遲、畫面刷新率、圖像畸變導(dǎo)致的眩暈，以及難以規(guī)避的VAC視覺輻輳沖突，你只能盯著一定焦距的畫面，眼睛會快速疲勞，還有沉重的頭盔設(shè)計，種種難以改進的佩戴體驗。已經(jīng)被市場反復(fù)驗證了十幾年，VR注定了不會成為C端消費電子的主流，VST原理的眼鏡即使是蘋果，10年磨一劍的Vision Pro，也避免不了成為吃灰的擺設(shè)。
AR眼鏡像普通眼鏡一樣能做到光學透視OST，無限景深，還有一個方案，就是光波導(dǎo)。
波導(dǎo)技術(shù)并不是什么新發(fā)明，我們熟悉的光通信系統(tǒng)中，用來傳輸信號的光纖組成了無數(shù)條連接大洋彼岸的海底光纜，就是波導(dǎo)的一種，只不過傳輸?shù)氖俏覀兛床灰姷募t外波段的光。在AR眼鏡中，要想光在傳輸?shù)倪^程中無損失無泄漏，“全反射”是關(guān)鍵，即光在波導(dǎo)中像只游蛇一樣通過來回反射前進而并不會透射出來。
光波導(dǎo)總體上可以分為幾何光波導(dǎo)（Geometric Waveguide）和衍射光波導(dǎo)（Diffractive Waveguide）兩種，幾何光波導(dǎo)就是所謂的陣列光波導(dǎo)，也就是文章最開始INMO Air 2使用的那種。
陣列光波導(dǎo)里，耦合的圖像光進入波導(dǎo)的一般是一個反射面或者棱鏡。在多輪全反射后光到達眼鏡前方時，會遇到一個“半透半反”鏡面陣列，耦合圖像光再耦出波導(dǎo)，進入眼睛。（圖a所示）
“幾何光波導(dǎo)”的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優(yōu)化迭代，至今差不多快二十年了。它的制造良率問題一直沒有根本性的進展。
陣列光波導(dǎo)的問題就出在多個“半透半反”(確切說是“部分透部分反”)的鏡面。它們是嵌入到玻璃基底里面并且與傳輸光線形成一個特定角度的表面，每一個鏡面會將部分光線反射出波導(dǎo)進入人眼，剩下的光線透射過去繼續(xù)在波導(dǎo)中前進。
陣列光波導(dǎo)，圖像質(zhì)量包括顏色和對比度可以達到很高的水準，而且光傳輸效率最高可以達到10%左右，比衍射光波導(dǎo)只有1%光效率，優(yōu)勢明顯。但問題在于，陣列光波導(dǎo)工藝流程比較繁冗，特別是“半透半反”鏡面陣列的鍍膜工藝。
由于光在經(jīng)過多個半透半反鏡面陣列傳播過程中會越來越少，陣列中五六個鏡面的每一個都需要不同的反射透射比(R/T)，以保證整個動眼框范圍內(nèi)的出光量是均勻的。并且由于幾何波導(dǎo)傳播的光通常是偏振光，導(dǎo)致每個鏡面的鍍膜層數(shù)可能達到十幾甚至幾十層。
另外，這些鏡面是鍍膜后層層摞在一起并用特殊的膠水粘合，然后按照一個角度切割出波導(dǎo)的形狀，這個過程中鏡面之間的平行度和切割的角度都會影響到成像質(zhì)量。因此，即使每一步工藝都可以達到高良率，這幾十步結(jié)合起來的總良率卻是一個挑戰(zhàn)。每一步工藝的失敗都可能導(dǎo)致成像出現(xiàn)瑕疵，常見的有背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。
因為陣列光波導(dǎo)難以解決的生產(chǎn)良率問題，以及多個半透半反鏡面外觀上影響美觀的條紋，另一個方向的衍射光波導(dǎo)成為了包括Hololens、Magic Leap 實際應(yīng)用的主流。而衍射光波導(dǎo)同樣也有一堆問題，不同波長可見光衍射角度不一致，彩虹紋、光傳輸效率低、眼鏡前向漏光影響正常的“視覺交流”。
除了光引擎和光傳輸組件的種種技術(shù)困難，難有完美的解決方案，更大的FoV（虛擬圖像顯示視野），更大的EyeBox（適應(yīng)絕大多數(shù)人的雙眼瞳距），更高的入眼亮度，對于AR眼鏡實際體驗也至關(guān)重要。行業(yè)里，一直圍繞著不同微顯示屏光引擎設(shè)計、光波導(dǎo)基底材料、衍射和陣列光波導(dǎo)在持續(xù)改進和努力突破。
總結(jié)來說，性能全面沒有短板的微顯示屏，OST光學透視原理的高質(zhì)量圖像傳輸，完整的虛實結(jié)合和先進人機交互。這是一體式消費級AR眼鏡的的不可能三角。
回過頭來，這也是INMO Air 2的奇葩之處：INMO Air2搭載的瓏璟LCE2210V 模組，在光機方面采用Mirco-OLED屏幕，光傳輸采用陣列光波導(dǎo)全彩雙目方案。亮度勉強、分辨率一般但全彩顯示效果優(yōu)秀的硅基OLED屏幕，制造困難但光傳輸效率更高的陣列光波導(dǎo)，這樣的方案，幾乎是獨此一家。INMO執(zhí)著于做成一副輕量化+彩色顯示+高透光的光波導(dǎo)眼鏡。
從2012年Google Glass 正式推出開始，滿打滿算已超過第十二個年頭。消費級AR眼鏡有潛力取代智能手機，成為下一代消費電子的「主力」，基本上還停留在癡人說夢的階段。
雖然AR眼鏡這十多年來一系列新技術(shù)層出不窮。
從深層次創(chuàng)新的角度來說，國外像Hololens引入了v-SLAM、衍射光波導(dǎo)、窄光譜的激光顯示；Magic Leap演示了更加輕量化的AR一體機，緊湊強大的LCoS光引擎，大FoV、高分辨率、顯示效果出色且能全局和分區(qū)調(diào)光；國內(nèi)，Xreal帶來了BirdBath光學透鏡組合，在硬件成本和顯示效果之間達到了較好的平衡，雷鳥嘗試更終極的全彩顯示MicroLED和光波導(dǎo)組合方案，Rokid則在BirdBath模組上實現(xiàn)了難度較高的SLAM錨定和交互，眼鏡與主機和外設(shè)一起，意圖實現(xiàn)移動辦公和移動娛樂。
還有最近的重磅，Meta Orion眼鏡將輕量化、高性能、更好的OST光學顯示方案和先進人機交互統(tǒng)統(tǒng)滿足，但是以不計成本的方式。
Meta Orion極為罕見地將碳化硅晶圓取代玻璃做衍射光波導(dǎo)基底，碳化硅超過2.0的材料折射率將FOV虛像視野提升到70度，可謂前所未有。Meta Orion在一副100克左右的眼鏡上集成了來自JBD合色方案的Micro LED全彩顯示的光引擎、復(fù)雜的多片衍射波導(dǎo)、電池、無線高速數(shù)據(jù)傳輸、高精度的眼球追蹤、視覺SLAM等完備且先進的AR人機交互手段，還有融合了Meta強大的端側(cè)小模型。
相比INMO Air 2，Meta Orion也是一款能做到彩色顯示的光波導(dǎo)AR眼鏡。它滿足日常佩戴使用的輕量化設(shè)計，高透光、彩色顯示，上手體驗極佳的AR人機交互，相比INMO Air 2有極大提升，也是AI眼鏡目前最好的標桿。但沒法大規(guī)模量產(chǎn)，成本是驚人的10000美金。
在基礎(chǔ)技術(shù)極為原始和粗糙的階段，在產(chǎn)品可靠性、易用性、大規(guī)模生產(chǎn)成本和良率都十分有限的情況下，如何找到PMF，是消費級AR眼鏡、通用人形機器人這些下一個10年最具想象力的產(chǎn)品，所普遍面臨的困境。
螺絲殼里造一個道場，角落里的技術(shù)高潮解決不了創(chuàng)業(yè)公司長期生存問題。當新技術(shù)出現(xiàn)，與原有產(chǎn)品產(chǎn)生「核子反應(yīng)」，內(nèi)爆出一個一定體量的市場，衍生出能夠被驗證的使用場景，這樣的機遇非常罕見。
如今，這樣的機會恰好出現(xiàn)在AR眼鏡上。因為LLM的爆發(fā)，生成式AI、多模態(tài)端側(cè)模型，AI+AR的結(jié)合，是大模型被一致看好的“落地”方式。但是AI眼鏡的硬件進展，在大規(guī)模高良率生產(chǎn)、成本可控、體驗完整且優(yōu)秀方面，路依然很長，很難。
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