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AR领域新进展 | Digilens开发激光背光LCoS光机及车载HUD

黑毛警长008 AR圈 2022-05-30

最近SPIE(国际光学工程学会)举办了一个以AR/VR为主题的学术会议,包括微软、英伟达、博世、Waveoptics、Digilens、肖特、康宁、HOYA、Jasper、联想、麻省理工大学、Avegant和联想等公司都参与了该会议。警长将就这些公司的一些最新进展做系列的解读。第一篇是关于Digilens公司。


Digilens作为一个“资深”AR公司,提供光波导、光机、HMD和HUD等完整解决方案。这家公司的商业模式类似英国的Waveoptics公司。区别比较大的是,Digilens一直坚持体全息衍射光栅光波导方案,而Waveoptics坚持表面浮雕衍射光栅光波导方案。该公司和国内的水晶光电有合作,而Waveoptics与歌尔股份有战略合作(歌尔入股Waveoptics,承担AR产品产业化角色)

在SPIE上,Digilens披露了该公司的一系列新进展。警长先将重点进行罗列,下文一一详细描述。

  • 与Continental合作,推出车载抬头显示器AutoHUD2020。体积从22升大幅缩小为2.4升,使用激光光机,亮度可以达到12000 尼特。

  • 与日本三菱合作,成功出品塑料材质的光波导,可以大幅减轻重量。

  • 开发了集成双轴技术(Integrated Dual Axis),采用两套入瞳+两套出瞳,大幅增加FOV和EyeBox,同时可以降低对玻璃折射率的要求。

  • 采用光波导技术的激光背光LCOS光机。1080p分辨率,体积仅2.5立方厘米。(比之前CP公司宣称世界最小LCOS光机的3cc更小)



1.体全息衍射光栅 VS 表面浮雕光栅

Digilens再次强调的其主张的体全息衍射光栅比表面浮雕光栅各项性能更优。Digilens给其体全息衍射光栅起了个自己的名字,叫Switchable Bragg Gratings(可切换布拉格光栅)


2. 车载ARAutoHUD2020

Digilens与Continental合作,出品了车载的HUD,并命名为AutoHUD2020。传统的车载HUD需要很大的体积,而Digilens将体积从传统产品的22升的减小为2.4升。而且由于使用了激光光机,亮度可以达到12000 尼特,如此高的亮度可以保障即使在强烈的日光下,驾驶者也可以清晰看到投射图像(注:苹果XR屏幕最高625尼特,苹果手表3代屏幕1000尼特,一般认为3000尼特以上的亮度是日光下可见的的最低值)

Digilens给出了HUD的原理视频,从视频可以发现这个光机的原理和AR不同,AR是光波导直接出瞳。也就是说如果按照传统AR思路做车载HUD,车的风挡必须是光波导。而Digilens的思路是光波导出瞳后发射到风挡,风挡玻璃再反射到人眼。可以想见整体体积是减少了,但光损耗会增加很多。Digilens应该是用激光光机解决了这个问题。






3. 塑料光波导

与日本三菱化学合作,出品了塑料光波导。相比玻璃材料,可以降低重量和成本,这对于消费者领域的产品至关重要。


4. 大幅扩展FOV的IDA技术

Digilens发育了独特了集成双轴技术(Integrated Dual Axis)。该技术采用两套入瞳+两套出瞳系统。通过这个系统,当前已经可以将FOV扩展到70度。而且该技术的使用不仅可以增加FOV和EyeBox,同时可以降低对玻璃折射率的要求。基于IDA技术出品的参考设计HMD,可以实现50度的视场角,80%的透明度,720p分辨率,3500尼特亮度,通过线缆连接5G手机或者PC。


5.全球最小的激光背光LCoS光机

对于光机Digilens认为,目前MicroOLED亮度、寿命还不行不行,而MicroLED还不够成熟,良品率低。都不足以成为商用的AR光机。Digilens对比了LCoS光机和LBS光机的对比图,明确说到HoloLens2使用了20年技术的LBS技术,但是相比激光背光的LCoS来说,清晰度、对比度都有较大差距。

Digilens研发了波导集成激光光机(缩写WILD)。这个系统通过三片光波导将激光从单束光变为散射的背光,解决了LCOS背光亮度低的问题。Digilens研发的这个光机体积为2.5~3立方厘米。警长注意到,此前CP公司宣称其1080p的光机仅3立方厘米,是全球最小光机。但从Digilens发布的参数上看,Digilens的光机才是第一。


总结

车载HUD是一个很大的话题,必然有很大的市场空间,Digilens的AutoHUD看起来是个不错的产品。但车载产品和个人消费类产品有个很大的不同,前者对于器件可靠性有及其变态的要求,特别是涉及到驾驶安全的器件上。警长认为AutoHUD从研发到商用,还有很长的路要走。


体全息光栅,相比SRG来说理论上更优,但是量产始终是个很大的挑战。目前也没看到比较成熟的量产方案。而SRG有EVG、肖特、康宁在材料和工艺上的支持,量产已经不是个瓶颈。而Digilens始终对其体全息光栅的量产能力闭口不谈,又让人多了几分怀疑。


虽然在光波导技术上Digilens和Waveoptics走了完全不同的路,但在光机上,两家公司之前都不约而同的使用了DLP。但最近,两家公司都在向LCoS的方向在转。在SPIE的发言中,Digilens甚至根本没提到DLP。LCoS在体积、功耗、分辨率、量产工艺方面都非常成熟,唯一一个大的缺陷就是亮度。只要解决了LCoS的背光亮度,就可以很好的补上光机这块短板。Digilens的激光背光恰好利用了业界已经比较成熟的光栅技术,小体积大亮度。也许,Digilens的的激光背光LCoS,出现晚,但比其AutoHUD和体全息光栅更快走向市场。

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