耐德佳以自由曲面技术推动光波导模组小型化开发,全面布局二维阵列、全息光波导模组产品

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一、自由曲面技术推动消费级AR市场迎来爆发

2022年,消费级AR眼镜市场可谓热闹非凡。

5月20日,高通正式发布XR2无线AR智能眼镜参考设计。该无线参考设计有望帮助OEM和ODM厂商打造兼具体验与性价比的AR原型机,从而推动AR拓展至更广阔的消费级市场。

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高通XR2无线AR眼镜参考设计

8月3日,米家眼镜相机正式开启众筹,两周众筹金额高达1039万元,在众筹结束日成为小米生态链产品之首,该产品首次将头戴形态与潜望双摄系统相结合,为用户提供第一视角实时拍摄的全新体验,支持秒级抓拍小爱翻译、物体识别、时光回溯等功能,是目前唯一能在户外强光环境下AR清晰显示的眼镜设备。

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米家眼镜相机

9月1日,联想发布旗下首款面向消费者市场的可穿戴显示产品Yoga智能眼镜T1,可在用户前方视野中呈现一个高亮度、高对比度的私密虚拟巨幕,满足移动办公、视频会议、游戏娱乐和观影需求。值得注意的是,包括显示和光学模组在内,联想Yoga智能眼镜T1实现了全部核心部件的国产化。

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联想Yoga智能眼镜T1

不到半年,高通、(小米)米家、联想先后推出三款功能强大且充满创新的AR眼镜产品,巨头的入局点燃了今年的消费级AR眼镜市场,似乎让人们提前“洞察”到AR眼镜未来的不同应用形态,更加快了AR从B端向C端迈进的过程。

上述这三款AR眼镜均有一个共同点:采用的都是耐德佳的自由曲面AR光学解决方案。相比其他AR光学方案,自由曲面在显示效果、性价比、可量产性、工艺、可靠性和隐私保护等评价维度上均已实现相对最优,具备大规模应用和推广的条件,因而得到巨头的认可与青睐。从这个角度看,自由曲面是最适合当下的消费级AR眼镜的光学方案。

二、光波导模组技术开发进入“深水区”

如果说自由曲面是“立足当下”,光波导则是“着眼未来”。因为光波导兼具纤薄、透过率高、出瞳直径大等优点,使得AR眼镜外观造型更加时尚、轻薄,行业内对光波导技术寄予厚望。目前国内外许多优秀厂商在努力攻克光波导镜片技术,市场上也出现了多款基于光波导方案的AR眼镜方案,有的采用单目分体设计,有的面向特定场景(信息提示、语音转字幕等),在维持一定性价比的前提下,产品不得不在显示视场角、分辨率、清晰度、适用性和用户体验上做一定妥协。

在当前技术和供应链背景下,光波导还普遍存在着加工工艺难、产品良率低、生产成本高等困扰整个行业的问题,同时受限于高亮度图像源的问题,存在光机无法小型化的难点,视场角稍大的光波导模组除了价格昂贵之外,普遍光机体积较大,影响产品的整机外观设计。目前行业里主要通过牺牲视场角、降低分辨率、单色显示等降低体验等方式,来开发一些开发者样机产品,现阶段还难以真正做到光波导模组的规模化高性价比量产。

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Lumus 样机和光机模组

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Digilens样机和光机模组

因此,行业需要更多厂商的加入,加速攻克技术瓶颈,推动光波导技术尽快规模量产及应用。

三、基于自由曲面的小型化波导光机研发取得重要突破

在光波导模组中,包括了光波导镜片和光波导投影光机2个重要的组成部分,光波导显示系统中,波导片本身不具有成像功能,因此,光波导投影光机是波导显示系统中重要的组成部分,投影光机一方面影响整个模组的性能,同时投影光机的体积直接影响了模组和AR眼镜的形态和舒适度,且其成本甚至高于波导片本身。

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耐德佳小型化波导光机

耐德佳团队创新性的将自由曲面技术引入投影光机,并采用照明/成像光路复用技术,将光学系统折叠为一个紧凑的结构,在不影响光效的前提下将投影光机的体积减小到近1cc,光机小型化研发成果可应用于耐德佳阵列、全息光波导产品线,从而使光波导显示系统具有更加接近于普通眼镜的形态。

四、耐德佳以自由曲面技术优势切入两类AR光波导模组产品

近日,基于自由曲面技术的小型化波导光机研发成果的突破及应用,耐德佳正式推出二维阵列光波导、二维全息光波导两款AR光波导新品。

(1)耐德佳直接切入阵列波导第三代产品——二维阵列光波导

在阵列光波导领域,先后有第一代侧投式一维阵列光波导,第二代上投式一维阵列光波导产品,这两代产品采用一次耦入的方式实现光路的折转和出瞳在水平或垂直方向的扩展,但是由于光机横截面较宽,总是会遮挡上方或者侧方视野,影响用户在观察真实世界的透视方向的视场角的同时,长期使用还会造成“视觉剥夺”等用眼问题。

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第一代侧投式一维阵列光波导

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第二代上投式一维阵列光波导

耐德佳在2015年即开始了阵列波导的布局,2021年初,耐德佳为解决目前第一代和第二代一维阵列光波导的相关使用问题,直接启动第三代产品——二维阵列光波导的研发立项,并快速投资了阵列光波导的研发和生产产线。历时一年多,经过研发工程师不断地设计、研发、加工和迭代,已完成数个版本的设计迭代,成功研制出第三代二维阵列光波导产品,并实现小批量量产。后期耐德佳会继续进行小型化LCos高亮度光机研发,目前耐德佳二维阵列光波导40°FOV小型化光学体积已可达到1.3cc。

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耐德佳二维阵列光波导3.0产品

耐德佳二维阵列光波导3.0实现了全彩显示、成像清晰,色差和畸变控制较好,入眼亮度可以达到1000nits以上。

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耐德佳二维阵列光波导3.0产品显示效果实拍

相比前几版产品,耐德佳第三代二维阵列光波导取得了许多新突破,在主要技术参数和显示效果上,耐德佳二维阵列光波导已达到行业领先水平

(2)耐德佳二维单绿色全息光波导2.0

2021年11月,耐德佳正式推出二维单绿色全息光波导和一维彩色全息光波导两款全息光波导产品,并受到行业极大关注。经过半年多工艺改进、研发迭代,耐德佳近期成功推出升级版二维单绿色全息光波导2.0产品。

耐德佳二维单绿色全息光波导2.0产品采用0.13寸高亮显示屏,最大透镜直径小于5mm,由于设计上使用了更少的透镜,基于耐德佳光机小型化成果,2.0产品的光机体积可小于1cc。由于整个结构体积小于1cc,光机能完美地包络到镜腿中,真正助力实现超轻薄的AR光波导眼镜。目前,耐德佳已完成了微型二维全息波导样机的加工验证。

基于前期的设计优化和工艺研发验证,这次升级改进了相关工艺环节,保证了稳定的良品率。

相比之前产品,本次升级版二维单绿色全息光波导在图像亮度、图像均匀度、大视场角、高成像质量、产品重量等方面均有重要突破。

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耐德佳二维单绿色全息光波导2.0产品及显示效果实拍

二维单绿色全息光波导研制成功,为耐德佳全息光波导技术布局打好开端,接下来耐德佳将继续完善改进二维单绿全息光波导的加工工艺,并着手研发树脂基材的二维全彩全息光波导。

五、攻坚AR光波导,实现AR技术全系布局

作为AR/VR行业头部领军供应商,为满足市场的多样化需求,耐德佳一直以来积极进行技术的全面布局开发和探索,目前已实现自由曲面、Birdbath、光波导等AR技术全系布局。

耐德佳全新研发的自由曲面钻石AR光学模组,让轻量化消费级AR眼镜不再是遥不可及的概念型产品,凭借行业领先的综合性能及表现,先后被高通、联想新推出的AR眼镜所采用。目前,自由曲面钻石模组累计获得批量化订单数十万套。

在自由曲面领域取得行业领导者地位后,针对光波导技术难点,耐德佳组织公司光学设计博士、光学及工艺研发工程师团队进行设计优化,充分利用公司在精密制造和装调领域积累的经验,开展技术研发攻坚,继续升级迭代二维阵列光波导、二维单绿色全息光波导、二维全彩色全息光波导等产品,不断完善公司的光波导产品生态,希望加速光波导技术的规模量产及应用。

未来,得益于耐德佳光机小型化研发成果,可进一步降低AR光波导眼镜的体积与重量,更适合用户佩戴和携带,较好地满足观影、娱乐、办公、导航、信息提示、提词翻译等多种应用场景,加速AR消费级市场爆发。

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