亮亮视野李勇: 这种光学元件和材料,全球70%都是从中国出去的

来源:观察者网

2022-01-25 12:10

上周,新华网一篇题为《“元宇宙”混沌未开,四大怪现象提前“搅局”》的报道,总结了围绕这一热点概念的诸多“怪现象”,其中一条,就是“轻技术重想象,旧东西套新包装”,文章点评道:“想象很容易,改名字很轻松,要实现却没有捷径。目前元宇宙整体发展处于初级阶段,主要原因就是其要用到的技术尚处于低级层次,唯有脚踏实地突破技术瓶颈,真正的元宇宙才有可能到来。”

关于未来的元宇宙想象甚嚣尘上,当下的光学、电子等相关技术与产业发展却甚少得到应有关注。

日前,观察者网·科工力量专栏邀请到国内AR(增强现实)设备头部厂商——亮亮视野技术负责人李勇博士,围绕关键技术发展与国内外产业格局,对其进行了专访。

(采访/科工力量专栏主笔 李沛)

观察者网:李总您好,过去几个月,多家手机大厂推出AR智能眼镜产品,您如何看待AR眼镜进入C端的动向,人机交互终端更新换代的浪潮是否已经到来?

李勇: 我们认为元宇宙是一家之言,但反映了清晰的宏观趋势,即数字空间形态在从移动互联网向空间互联网演进,手机作为平面显示设备,是无法承载空间互联网的内容和体验的,只有AR或者说MR这样的设备才具备成为空间互联网入口的能力,所以我们认为,AR必然会取代手机的,但是目前这个阶段还不成熟,AR眼镜涌入消费市场操之过急,简单的图像投屏功能不是AR的核心价值,AR的核心价值应该是人机交互,只有实现了人机交互的足够差异化体验,AR才会在C端市场迎来真正的爆发。

观察者网: 接下来的问题偏技术层面,光机和镜片作为底层技术,可以类比于半导体集成电路,这一环节当前国内外产业格局能否简要介绍一下?

李勇: 简单分享我们一些看法,首先您说的非常正确,显示确实是非常核心的部件,你看一些业内研究,参照微软的HoloLens 这款产品,基本上显示部分成本会占到50%左右。

基于微软HoloLens开发的军用单兵综合显示设备,已经接近批量装备

另外这个显示部分,也基本上决定了整个产品的形态。你可以看到,如果采用birdbath、衍射光波导等方案,大部分大家会做成头盔、头环这样的产品,阵列光波导因为光学效率比较高,可能会像我们一样,做成眼镜的形态。

再纵观整个行业,您也看到正在进行时的趋势,就是很多终端大厂入局的积极性很高。对他们来说,半导体器件实际上可以依托、复用原来的产业链,而光机和镜片则不是这样,所以他们必须把研发的资源投入到这一块儿。

在这个过程里,我们也可以发现一个策略上有趣的差异,因为没有公版、ODM或者定制化的成熟模式,海外大厂普遍是研发制造内部化的打法来建立自己的产能,比如微软、爱普森,还有收购Akonia的苹果,国内的话,反而是初创公司更活跃,大的企业除了华为投入稍大一些,其他往往放在研究院层面做一些研究,开发和导入量产还是通过和外部企业合作,跳过漫长的研发周期,快速推出产品。

但是目前来看,中国整体光学器件产业,我们觉得还是和国外在一个水平线,尤其是阵列光波导,这也是得益于咱们中国比较强大的光学冷加工水平,全球大概70%的这个光学元件、光学材料都是从中国这边出去的,像我们公司,就是立足于整个光学的产业链,然后我们去定义工艺,然后去定义一些参数,来用它的基础能力和设备去做,所以做的还比较好,而且成本比较可控。

阵列光波导全球最有名的是以色列Lumus,他们产品量产的性能一致性一直不是很好,良率低,成本也就很高,一片镜片可能要1000美金,只能军用,我们这几年的迭代,建立了自己的Know-how和整个供应链条,基本上我们可以做到一片几百块人民币,然后整个良率也可以到90%以上。

衍射方面的衍射光波导和体全息光波导,这方面确实,我们国内会稍微的差一些。因为它们更多还是利用了一些半导体的制造工艺,咱们国内的配套厂商还是偏少,量产性能有差距,当然现在行业还在很早期的阶段,好的技术并不是靠闭门造车出来的,肯定是要通过不断在市场中去迭代优化的,你可以看到我们中国有这么庞大的市场,我觉得我们是有机会去在这方面补上差距,我认为我们短期内还是非常有机会迎头赶上的。

观察者网: 您刚才谈到了阵列光波导在国内的产业配套优势,但另一方面,产品良率也是制约其一大因素,另外在特定角度看,棱镜阵列会在镜片上形成明显的条纹,您怎么看待阵列光波导的这些劣势?

李勇: 阵列和衍射目前还是各有千秋,光学效率是阵列光波导的核心优势,比如说我们图像源输出的是1万尼特亮度,可能眼睛就可以看到一千尼特,而衍射光波导的效率就非常低,如果你有关注最近几款大厂的单色光AR眼镜性能参数,他们用MicroLED几百万尼特的亮度,最后才能实现入眼1000多尼特。可能整个效率是万分之几。

另外一点你可以看到,这种阵列光波导的隐私性比较好,你从正面看的话是看不到图像的,但你如果看衍射镜片的产品,哪怕不是佩戴者,站在对面的人也能看到这个显示的信息,所以我们认为,阵列光波导是比较适合做眼镜式产品的,反过来如果做头盔的产品,阵列就不太适合了,因为它不能实现上下的可视区扩展,现在阵列光波导实现量产的还是一维扩瞳的产品。

您刚才提到的另一个问题,视觉上的“条纹”,这个我们国内也在探索一些新的工艺,比如说中间不用胶,用分子间的键和,这无胶胶合的工艺叫光胶,可以改善这个问题。

典型几何阵列波导镜片,可见微小棱镜形成的“条纹”

观察者网: 您如何看待同样利用衍射原理的衍射光波导和体全息光波导,后者是否在制备工艺上门槛更低?

李勇: 我们对于衍射和全息也都有一些布局,浙大那边一位副院长,也是我们联合创始人郑老师,他实际上是国内最早做衍射光波导技术的,之前和某所去做机载平显和头显。

构成衍射现象的微结构可以分两类,一种是表面浮雕,就是现在通称的衍射光波导,在平面上生成纳米尺度的光栅微结构,全息光波导则是采用有机材料,一种光致折射率变化的材料,根据你曝光的程度不同,材料的折射率性质会发生变化。也就是说不是直接形成平面上的形貌,但是它内部的材料性质发生变化,这种叫做体全息光波导。

表面浮雕光波导,需要用到纳米压印工艺,全息光波导就不需要了,我只需要两束激光去干涉,然后去形成这种需要的条纹就可以实现,看起来是比较简单的,但是他受限于有机材料本身的稳定性,而且你在曝光过程中,光路的湿度,温度,包括一些抖动,都会影响到产品的性能。所以目前比较成熟,通过了量产验证的还是浮雕光栅的工艺,体全息工艺一致性还是没有得到充分验证。

观察者网: 浮雕光栅的制备,可能会涉及到更底层的一些基础支撑,比如像仿真的软件,或者像生产检测的设备、材料,甚至包括IP?这方面以您的了解,国内是不是对国外还有很高的一个依赖度?

李勇: 目前来看还是存在的。尤其是在一些非常底层的设备,还有包括像你提到一些仿真软件上,AR光学制造,底层的设备还是基本上类似半导体的,只是相对来讲,做的精度没有那么高,可能还是一二百纳米的级别,不像咱们做芯片可能需要28纳米,甚至7纳米的制程,现在要求还是没有那么高。尽管如此,生产设备可能还是依赖于进口的。

国内现在很强调硬科技的发展,我相信这方面的短板我们能够一点点补上,我觉得未来还是很有机会的,尤其是现在这种半导体产业链的投入强度,可能短期内适配高端芯片会比较困难,但是做光学元件儿,我觉得反而门槛没有那么高,可能会是更适合去磨练设备和工艺的一个战场。

观察者网: 去年以来业内不少人已经开始讨论光学超表面,您怎么评价这个技术方向,光学超表面会颠覆现有的三条光波导技术路线么?

李勇: 超表面其实我们也有投入,包括我们也拿了一个北京市科委的重点研发计划,就是做超表面的光波导。

实际上超表面这个技术来自于超材料,他只是把这个超材料平面化。他最早用在光学光波波段,是2016年哈佛大学研究团队开创的。它的优势就是它可以直接在一个平面上去构建对于光相位的调控,这样会带来很多优点,可以非常灵活地去处理光波,控制光线,同时,采用薄膜型材料去替代体材料,整个重量也可以显著的降低。

值得注意的一点是,超表面制备需要依赖半导体光刻工艺,目前意法半导体就在配合苹果开展这方面研究,目前国内相应规格的光刻机研发也比较顺利,有望两三年内实现国产替代。

观察者网: 最后一个问题,亮亮视野AR+AI的解决方案交付模式,在B端很有差异化,我们设计的时候有什么样的考虑?

李勇: 对,我们提供的就是端到端的完整解决方案,从自研关键器件,到平台,到系统,到终端硬件,都是我们自研自产的,因为我们考虑到目前AR产业生态仍然很不完善,客户需求是需要去挖掘和形塑的,所以我们想要形成与客户的共建,更有针对性地、敏捷地进行研发,并且能实现商业落地,这个过程里我们确实看到了AR与B端、C端结合的一些早期机会,包括我们今年新出的一款AR字幕助听眼镜,就是服务于听障人群的,软硬件由我们自研,但是里边的转写引擎,我们是跟科大讯飞、包括字节跳动来合作的。

观察者网:好的,感谢李总接受采访!

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责任编辑:李沛
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