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追赶HoloLens、Magic Leap,beat365正版网站国内首发量产型全息光柵AR光波導

億歐
周文猛

 

 

 

 


鲲遊光電,鲲遊光電,微軟HoloLens,Magic Leap,AR,全息光柵AR光波導,光子消费,樓歆晔图片来自“億歐网”

3月20日,2019慕尼黑上海光博會、電子展在上海新國際博覽中心同時開幕。作爲亞洲激光、光學光電等領域的行業盛會,本次展會涵蓋半導體、傳感器技術、微納米系統、無源元件及連接器等技術,吸引了全球超過1000家電子元器件、光電顯示知名企業參與,全方位展示了光電子産業鏈的最新科技、最新品及解決方案。

光博會OW7展館,專注于晶圓級光芯片研發與應用的高科技企業——鲲遊光電,正式國內首發量産型全息光柵AR光波導——逍遙系列,引發業界關注。

據了解,目前全球能夠量産全息光柵AR光波導的公司僅有包括微軟HoloLens、Magic Leap在内的少数几家,数量屈指可数。本次鲲遊光電推出的逍遥系列--全息光柵AR光波導,不但在国内领先,同时也将使其成为国际上该领域产业发展的重要推动者。

鲲遊光電逍遥系列全息光柵AR光波導实拍

AR爆發前夜,全息光柵光波導成巨頭競搶焦點

近年來,繼虛擬現實(VR)之後,增強現實(AR)被視爲未來新的爆發産業。與VR相比,AR與現實更好的結合,造就了比之VR更廣泛的應用場景。根據Digi-Capital、高盛等預測,到2020年全球AR市場規模預測達到近1000億美元,AR産業空間巨大。

同样,业界普遍认为经过过去两年的孕育,2019年或将成为AR产业的爆发元年。Magic Leap One的惊鸿一瞥、上月刚刚发布的微軟HoloLens 2等新品直接引爆了市场对于AR的新一轮想象。特别是在时下手机市场创新乏力的现状下,“以AR眼镜升级未来手机”的畅想不绝于耳。华为也高调宣布即将推出AR眼镜、苹果的AR眼镜呼之欲出……手机厂商的积极入局,更对AR产业进一步发展起到了推波助澜的作用。

据鲲遊光電研发总监樓歆晔博士介绍,本次鲲遊光電发布的逍遥系列产品,其核心技术为全息光柵AR光波導,该项技术是实现AR头显中至关重要的环节——光学显示最具竞争力的技术路线之一。光学显示部分在AR头显中至关重要,从实现上看也是目前整个头显中难度最大、成本最高的关键环节之一。

區別于佩戴VR頭盔後用戶所看到的場景全部是虛擬的圖像,由于AR是將虛擬圖像疊加到現實場景當中的一門技術,這就要求AR眼鏡在滿足用戶看到虛擬圖像的同時,還要滿足能夠看到真實世界的場景。這一差異性對AR設備的光學顯示技術提出了新的要求。

鲲遊光電全息光柵AR光波導显示效果现场实拍

目前爲攻克AR光學顯示,行業正逐步形成了如下四種主要的技術路線:

1、首先市場上相對成熟的自由曲面技術,其優點是成本相對較低、工藝相對成熟;但缺點也非常顯著,包括鏡片大體積、厚重,形態不靈活等。

2、其次相對主流的技術路線包括幾何光波導,也即反射式光波導技術,但由于工藝難度的限制,量産性一直無法突破。

3、另一種光波導技術基于體光柵,但其材料制備複雜、規模量産困難、長期可靠性、材料穩定性難保證。

4、最后则是鲲遊光電本次所使用的全息光栅光波导技术。

全息光柵光波導技術的主要原理是二元光學理論,在晶圓表面光刻極爲精細的結構(<100nm)形成表面浮雕光柵結構,通過光柵衍射原理成像。該技術突破了傳統冷光學和注塑工藝,通過晶圓級光學制成,使得結構層可以做到亞微米級厚度,真正有機會做到“薄如蟬翼”;同時形態不受限,可以制成任意大小尺寸。其最大的優點是由于使用了半導體制成工藝,量産性好;成本與量直接相關,可以做到極低成本。

据悉,由于其极佳的量产性与灵活性,全息光栅光波导技术正逐步成为行业内最受关注的热点,也成为了巨头必争的兵家之地。目前包括微软的HoloLens、HoloLens 2,Magic Leap One等巨头的旗舰产品均采用了这种技术。

全息光柵波導成兵家必爭,實現量産卻頗多不易

雖然全息光柵波導正成爲巨頭必爭之地,但作爲AR顯示技術中的制高點,在其技術實現的過程中也面臨著諸多難題,這進一步加劇了全息光柵波導實現量産的難度。

樓歆晔博士表示,目前全息光栅光波导技术在研发和实现量产的过程中主要面临着以下几方面的难点。

1、仿真設計複雜:首先,全息光柵波導無法通過傳統光線追蹤的方式仿真設計,而需要通過光的波動性理論和矢量理論計算,技術實現難度較高;其次,一個AR鏡片上可能由多個光柵區域構成,多個光柵之間的相互疊加顯示如何實現,這也需要非常大的運算量;最後,由于光波導是用于顯示用途,所以必須考慮多種顔色的色平衡、畸變、搭配顯示等問題。由于不同色光之間存在互相影響、制約的特性,所以在設計上如何根據應用選取最佳方案,這也極具挑戰。

逍遥系列全息光波导光线传播示意

2、母版制備複雜:將複雜的結構設計制作實現出來,是對工程上的全新挑戰。全息光柵的特征尺度只有幾十納米,對于如此微小的尺度來說,傳統的冷光學或注塑工藝已經完全不適用了,而必須借助晶圓級光學工藝將數以億計的微小結構“光刻”在母版上。另外,全息AR波導中使用最廣的是傾斜的光柵結構,對于制成納米尺度的光柵結構就已實屬不易了,而傾斜結構的制成在半導體領域也屬于技術難點,實現難度可想而知。而對于同一片AR鏡片上有可能會使用多種不同的光柵類型,如何將多種光柵刻制到同一片基片上更是難上加難。

全息光栅形貌

3、生産工藝複雜:在解決了設計與母版的問題以後,最後一步是要面對生産環節,特別是真正的量産要求。量産第一個需要解決的是如何實現納米尺度結構的完美複制,特別要考慮母版光柵上不同形貌光柵的組合,而且有不同向性的斜齒光柵的形貌下如何實現複制。其次要考慮整片的良品率與一致性。通常來說,越大的面積,良品率控制越爲複雜。AR光波導通常都比較大,至少幾厘米以上,對于如此大尺寸的複制生産,需要極高的工藝把控。

本次鲲遊光電推出逍遥系列全息光柵AR光波導,不但在国内领先,在国际上也成为了跻身微软、Magic Leap等行业领先的公司行列,成为业界屈指可数的少数几家可生产全息光柵AR光波導的公司之一。

据樓歆晔博士介绍,本次鲲遊光電推出的全息光柵AR光波導主要具有以下特点:

1、单片复合光栅结构。鲲遊光電通过将不同结构、不同调制形貌的光栅复合组成一片光栅,实现光场重建。使得光机耦入的方式更为灵活,AR波导的形貌也更为多样,可以更广泛的应用于不同场景。

2、極致輕薄。充分發揮了全息光柵波導的特性。通過晶圓級光學工藝,將微納結構控制在1微米的厚度以內。使得整個鏡片的厚度只有0.5毫米厚,真正做到了薄如蟬翼。

3、单片多色。目前国际上同类的AR全息光栅波导,HoloLens为3片装;Magic Leap为6片装,本次逍遥系列只通过单片复合光栅就实现了多种色彩。这样直接制作成本就变为国际友商的1/3和1/6,极大提升了性价比和落地可行性。

4、高量産性。通過晶圓級光學制成工藝,實現批量量産。量産價格與産量直接挂鈎,實現低量産價格,促進産品化進程。

5、全天候工作。基于全息光柵的原理特性,任意光柵區域均可實現光場重建,即使AR片出現局部破損、碎裂、泥漬、斷裂等也可以完整成像。這使得逍遙系列的全天候工作特性大幅提升,特別在一些環境要求嚴苛的情況下仍可使用。

鲲遊光電逍遥I型全息光柵AR光波導核心规格参数

專注“光芯片”領域,做精做深核心元件

在谈到企业定位的时候,樓歆晔博士表示:“在一个行业里面,越是上游的厂商壁垒越高,数量也越少,能够获取的行业利润也较大。作为晶圆级光学的上游厂商,鲲遊光電目前主要专注于“光芯片”领域,致力于做精做深核心元件,服务于中下游厂商,将芯片层级做到极致。公司乐意于通过与中下游厂商多种形式、广泛的合作方式来开拓市场,与行业伙伴共同做大市场。”

目前鲲遊光電重点关注增强现实(AR)显示光波导、3D深度成像微纳光学元件、光通訊高速光链路三类产品系列。可以按照客户要求,为客户提供一站式的Foundry服务,也可以根据客户的需求,为客户提供整體解決方案。

過硬的産品以及服務能力背後,是公司在專業人才以及核心技術層面的深厚儲備。

鲲遊光電研发总监樓歆晔博士毕业于全球专业排名第一的美国罗切斯特大学光学系,师从于克林顿政府科技顾问、美国工程院院士Duncan T. Moore,有着15年衍射光学和增强现实设计工艺经验。曾是微軟HoloLens全息眼镜团队的早期成员,作为资深光学工程经理,参与并领导了HoloLens第一代产品的光学、工艺、数据团队,被授予微软杰出贡献奖、微软精英人才成长计划,拥有10余项重要的虚拟现实/增强现实领域的美国/世界/欧洲/中国发明专利,同时也是Optics Letters等多家国际顶级期刊的审稿专家。

此外,核心研發團隊及管理層還包括斯坦福大學、羅切斯特大學、劍橋大學、浙江大學、上海交大等知名光電院所的教授、博士;前微軟、美國國家航空航天局、富通光纖、天域半導體、麥肯錫等國際知名企業高管。核心研發團隊成員曾獲得國家科技進步二等獎、全國五一勞動獎章等。公司成立以來也獲得華登國際、元璟資本、中科創星、昆仲資本、晨晖創投、中恒星光、舜宇光學近兩億元融資。

樓歆晔博士表示,晶圆级光学是拉开“消费光子”序幕的基石技术,鲲遊光電正在将其技术优势广泛的延展到了“光芯”的各个领域,同时也在发力3D深度成像微纳光学核心元件,其結構光用DOE系列和TOF专用Diffuser系列产品也已经导入量产。