深度剖析:Meta智能眼鏡即將發布,為何LCoS+光波導方案成最優解?
眾所周知,Meta對VR、AR乃至智能眼鏡布局已久,十多年前就砸下天文數字的巨資布局,雖然經歷了行業的跌宕起伏,但是Meta的創始人扎克伯格一直堅信,這個領域將誕生下一代計算平臺,因此,他不遺余力,如今,產品也即將面世。

(資料圖:扎克伯格)
那么,這款萬眾期待的產品,將采用什么樣的光學顯示方案呢?多個信源顯示,出于ToC市場的考量,它將采用LCoS+光波導光學方案。
此前,谷歌的Google Glass 1和光學巨頭Magic Leap One,也都采用了LCoS微顯示屏。
為什么大廠都愛LCoS+光波導?因為LCoS+光波導有成熟的產業探索和反饋迭代,被認為是更快推動消費級AR普及,邁向千萬級出貨量的務實選擇。

(資料圖:Magic Leap One)
大家之所以看好“LCoS+光波導”方案的未來,源于它的優勢涵蓋多個關鍵層面:功耗低、成本可控、輕薄體小、畫質也更高清。
下面給大家簡單分析下它的優缺點。
優勢一:功耗低
功耗是考量AR設備的重要因素之一。相對于MicroLED,LCoS具有非常顯著的物理優勢。
MicroLED是自發光顯示技術,也就是每個像素都能獨立發光,這意味著,每一個激活的像素都會產生獨立的功耗,激活像素越多,總功耗就越高,尤其是顯示圖片等信息量大的畫面時,功耗會偏高。
而LCoS本身不發光的, 通過“背光+液晶偏振控制”成像,就算顯示高信息量圖片,也只是通過液晶調節光的透過或反射,背光功耗相對穩定,功耗優勢則更加明顯。相關資料顯示,采用“LCoS+光波導”方案,功耗可降低30%到50%。
因此,在同等續航的需求下,“LCoS+光波導”的低功耗特性,可以讓AR眼鏡的電池容量縮得更小,這樣減輕眼鏡的重量。另外一個層面,如果保持電池大小不變,那么續航會增加,對消費端的用戶來說,是非常重要的賣點。
優勢二:成本可控
“LCoS+光波導”方案的另一個優點,是成本可控。LCoS芯片的制造工藝和傳統的CMOS工藝是兼容的,這意味著,它具有大規模生產的潛力。中國作為制造業大國,一旦一個產品上了規模,就同時進入了快迭代模式,技術本身和工藝都會得到改良,不斷推陳出新,成本就會越來越低。
資料顯示,如今采用“LCoS+光波導”方案的AR設備成本,相比之前,已降低了40%到60%,而接下來如果有更好的迭代,更大的規模,那么采用該方案的產品在市場上則更具價格競爭力。在另一個層面,該方案也加速了AR產品的普及進程。
Meta的Hypernova智能眼鏡,之所以放棄MicroLED+衍射光波導方案,改用LCoS+陣列光波導方案,很大可能是出于成本考慮。成本足夠低,才可能推動消費級市場的爆發。

(資料圖)
優勢三:輕薄體小
傳統的AR顯示方案,一般會依賴反射棱鏡或半透半反鏡,會導致AR眼鏡整體體積大、重量重。而光波導一般都是采用玻璃或高分子薄膜材質,厚度可以壓縮到1mm以下,重量只有幾克重,很方便集成在類似普通眼鏡的鏡架中。我們知道,LCoS芯片本身屬于“微顯示”范疇,尺寸可縮小至0.5英寸以下,它跟光波導結合能讓AR設備重量控制在50g以內,接近普通近視鏡的佩戴體驗。

(資料圖)
“LCoS+光波導”方案,利用非常巧妙的全反射原理,將光線在極薄的波導片內進行傳輸與傳播,這樣不但減少了光學系統的空間,還大幅度提升了佩戴的舒適度與便捷性。
優勢四:畫質高清
我們知道,LCoS(硅基液晶)是一種反射式微型顯示器,像素可以做的更小,PPI可以做的更高。這意味著,它可以提供非常高的分辨率和細膩的圖像。如果用來做工業巡檢的AR眼鏡,它能清晰呈現設備零件的細微紋路。如果應用到消費級AR產品中,也能做到流暢顯示文字、圖標。

(資料圖)
這對用戶來說,無疑解決了最核心的問題,畢竟AR眼鏡,高清晰度的體驗是第一需求,因此AR眼鏡廠商在考慮用戶問題的時候,在產品設計階段會優先考慮“LCoS+光波導” 方案。
當然,雖然大家看好“LCoS+光波導”方案,但現階段,它也不是百分百完美的,也有一些需要解決和迭代的問題。
首先是亮度與環境光的沖突問題。LCoS的核心特征是通過反射光實現成像,在實際場景中,環境光也會照射到LCoS芯片的反射層,容易與背光調制后的成像光疊加,導致看到的AR畫面出現泛白,對比度也會大幅下降。如果你帶著AR眼鏡到戶外使用,碰到正午強光的時候,AR畫面甚至可能會被淹沒。這種情況下,AR的體驗感也會降低。
還有就是外部光源占空間的問題。LCoS 依賴外部光源提供亮度,需要一個獨立的激光或LED光源模塊,當前主流的LED光源模塊大概占AR眼鏡總空間的 20%到30%。如果要提升亮度,就得需要增加 LED數量或采用更大功率的光源,這樣會進一步擴大模塊體積。因此,具有小體積和高亮度優勢的激光光源就成了最佳選擇。
當然,盡管有不少亟待解決的短板,但由于“LCoS+光波導”方案整體的綜合優勢,很多硬件廠商已經采用了該方案,除了我們熟悉的Meta之外,市場上也有了不少用了該方案的產品。
最典型的是Magic Leap One,它是全球AR領軍企業Magic Leap推出的首款產品,曾是增強現實圈標桿性產品,也是AR發展史上里程碑式的存在。2017的一份專利顯示,Magic Leap One用的是硅基液晶(LCoS)顯示方案。

(資料圖)
國內AR公司亮風臺的HiAR G300,是全球首款光學透視陣列光波導AR眼鏡,主要服務于AR協作、空間作業、AR培訓、沉浸導覽等企業級應用場景。它就是采用LCoS +光波導方案。據介紹,它可以做到了透光率>85%,可以實現高清、高透、全彩、低畸變顯示,還具備雙目異顯、空間計算等功能,是一個不錯的B端企業級產品。

(資料圖)
而現在大家最關注的Meta Hypernova智能眼鏡,采用LCoS+陣列光波導方案已經是板上釘釘的事情。Meta在過去十年,瘋狂下注VR、AR和AI眼鏡,就是為了搶奪其在未來新計算平臺的社交場景生態位。所以它的產品會首先考慮,能不能在消費級市場引爆。

(資料圖)
當然,目前業界也有一種聲音,認為MicroLED+光波導路線也表現不俗。毋庸置疑,MicroLED有它獨特的優勢。但是,從技術發展的成熟度來看,MicroLED是“預期技術”,雖然有非常明顯的凸出能力,但是綜合大問題也不小,也許未來某個臨界點,取得大突破之后也成為重要光學技術路線。
目前看,LCoS更適合當下,它是“就緒技術”,業界多年的探索、沉淀和迭代,成熟度已經很高,更適合當下大面積使用。
Meta 、Google和Magic Leap等眾多一線廠商的選擇,意味著 “LCoS+光波導” 方案的可行性與優勢,通過不同的設計與優化迭代,越來越在畫質、體積、功耗等方面取得了較好的平衡。隨著 AR 行業的持續升溫,專業的光學巨頭也紛紛布局,加入到 “LCoS + 光波導” 方案的研發中。未來有望在設計、材料、芯片、算法、工藝層面不斷推陳出新。
值得一提的是,傳統的“LCoS + 光波導” 方案一般采用雙光機設計,所以整體上看起來比較笨重,成本也是偏高的,接下來要想大規模切入消費級,也就是C端市場,系統架構的創新也非常重要。
目前,業內大多數專家都認為,應該采用一拖二設計。
一拖二設計的核心,是采用單個光機,借助特殊設計的光柵結構,將光機輸出的光線一分為二,最終實現雙目顯示的目的。

(資料圖)
也就是說,它直接削減了一個核心顯示引擎,大幅降低了系統的整體復雜度、功耗和成本,同時為鏡腿內部騰出了寶貴的空間以容納更大的電池或更強大的計算單元,使得整機的重量也可以做到跟普通眼鏡差不多。
“LCoS+光波導”的光學顯示路線,與一拖二架構的完美兼容,兩者的結合,產生了綜合權衡下的競爭優勢。
這種優勢,有可能快速推動消費級AR眼鏡的普及。
這需要行業不斷地努力,今年以來,越來越多的光學巨頭加入到行業中來。他們的憑借其在光學技術領域深厚的研發積累與創新能力,正積極投身于該方案的技術研發與產品創新中。
在即將到來的光博會中,業內普遍期待這些光學巨頭能夠帶來突破性的新技術。目前已經有相關巨頭宣布,這次光博會將展示最新的AR成果。
在AR行業邁向爆發的前夜,光學顯示方案作為核心瓶頸,其突破至關重要。“LCoS + 光波導”方案憑借在畫質高清、輕薄結構、低功耗以及低成本等方面的顯著優勢,如果結合“一拖二”設計,將成為目前最具潛力的AR光學顯示解決方案。

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