文 | X研究媛，作者 | 楊青山
Meta不計(jì)成本作出了Orion這一接近消費(fèi)級(jí)AR眼鏡之后，彭博社爆料蘋果啟動(dòng)Atla“智能眼鏡”項(xiàng)目，OpenAI招募了前Meta公司Orion增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡項(xiàng)目的前負(fù)責(zé)人Caitlin Kalinowski，也在醞釀在AI硬件的動(dòng)作。
因?yàn)長LM的突破，這一波狼來了，對(duì)于AR眼鏡來說，可能從根本上已經(jīng)不同以往。在談這一波AI+AR眼鏡熱潮前，有一家在國內(nèi)甚少被討論的AR眼鏡公司，INMO，它的“失敗”案例值得被研究。
01 特立獨(dú)行背后
曾經(jīng)有一個(gè)「AR四小龍」概念 ，將INMO 排第四。
國內(nèi)消費(fèi)級(jí)AR創(chuàng)業(yè)圈子，INMO名氣不大，卻有一股子莽勁。這家公司在基礎(chǔ)技術(shù)遠(yuǎn)未成熟的情況下，十分“嚴(yán)肅”地做出了一臺(tái)設(shè)計(jì)正統(tǒng)、功能完整的消費(fèi)級(jí)AR眼鏡，而且上市發(fā)售了。
亞洲四小龍、AI 四小龍、再到AR四小龍，是形容它們活力滿滿，它日必成龍成鳳。2022年開始，國內(nèi)AR創(chuàng)業(yè)圈子里誕生了一個(gè)由XREAL、雷鳥創(chuàng)新、Rokid、INMO影目組成的「AR四小龍」行業(yè)概念，它們代表著中國消費(fèi)級(jí)AR的希望之星。
但排行老四的 INMO 不似小龍，更像是中世紀(jì)的古典騎士，那種正經(jīng)、嚴(yán)肅、笨拙、悲情的堂吉柯德式騎士。
INMO 存在感相當(dāng)弱，特別是與其他“三小龍”對(duì)比。XREAL號(hào)稱全球消費(fèi)級(jí)AR市場(chǎng)份額領(lǐng)先，關(guān)鍵的BirdBath光學(xué)模組、微機(jī)電、整機(jī)ID確實(shí)強(qiáng)一些，多個(gè)早期BirdBath方案眼鏡在國外被大量引用討論；雷鳥創(chuàng)新脫胎于TCL創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，在近眼顯示光學(xué)設(shè)計(jì)上積累know-how，還敢在光引擎上嘗試RGB全彩的Micro LED方案；Rokid累計(jì)融資金額最多，B端C端雙拳出擊，創(chuàng)始人祝銘明的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)陣容豪華，有教育、數(shù)字文化、娛樂、旅游、地方機(jī)構(gòu)的“朋友圈生態(tài)”，而且硬件供應(yīng)鏈資源屬于獨(dú)一檔。相比之下，INMO影目科技，似乎找不到一些足夠差異化足夠印象深刻的特征，能精準(zhǔn)描述。
如果要給 INMO貼個(gè)標(biāo)簽，產(chǎn)品路線特立獨(dú)行，「頑固又硬核」。
相比Hololens和Magic Leap 這種「AR頭盔」，集成了大量傳感器、電池、專屬算力芯片的工業(yè)級(jí)AR眼鏡，INMO AIr2 更接近真正的消費(fèi)級(jí)AR眼鏡，無論它一眼看上去的體積，產(chǎn)品原理還是實(shí)際功能，完整又「極簡」。
INMO Air 2不同于XREAL、雷鳥、Rokid 三家Air系列消費(fèi)級(jí)AR眼鏡，在空間中虛擬一塊固定尺寸的「大屏幕」主打觀影和游戲，強(qiáng)調(diào)空間顯示功能，INMO Air 2有號(hào)稱最為輕量級(jí)的SLAM，有基本的虛實(shí)交互，透光率更高。
也不同于OPPO Air、李未可眼鏡以信息提示、翻譯場(chǎng)景為主，產(chǎn)品多用單綠色Micro LED配合衍射光波導(dǎo)，INMO Air 在光波導(dǎo)方案上，實(shí)現(xiàn)了全彩色顯示而非僅僅顯示綠色。而類似OPPO、李未可的信息提示光波導(dǎo)AR眼鏡，在使用場(chǎng)景、需求剛需、使用頻度、出貨量上，可能還比不上雷鳥、Xreal、Rokid三家BirdBath原理的觀影眼鏡。
INMO特立獨(dú)行在于，它在基礎(chǔ)技術(shù)還未成熟的情況下，硬要做出一套有基礎(chǔ)AR功能、針對(duì)消費(fèi)級(jí)可正常穿戴的日常眼鏡，一體式而非分體式，計(jì)算、傳感、電池、顯示都高度集成在眼鏡本體，形態(tài)接近下一代消費(fèi)電子。2022年10月底發(fā)布，2023年4月才正式上市的INMO Air 2，采用了截然不同，或者說極為罕見、獨(dú)一無二的硅基OLED+陣列光波導(dǎo)產(chǎn)品方案。
02 消費(fèi)級(jí)AR的不可能三角
AR眼鏡的產(chǎn)品原理，說起來很簡單：
首先，將微顯示屏的光學(xué)圖像，以微型投影儀的方式發(fā)射出去。實(shí)現(xiàn)組件就是所謂的光引擎或者眼鏡的“光機(jī)”
其次，讓圖像顯示的數(shù)字內(nèi)容跟現(xiàn)實(shí)的光線“混合”在一起，以某種設(shè)計(jì)好的方式傳輸進(jìn)入眼睛。這涉及的過程就是光傳輸，實(shí)現(xiàn)組件就是光學(xué)模組，比如BirdBath透鏡組合、自由曲面透鏡、衍射或者陣列光波導(dǎo)
微顯示屏是第一道巨坑，而且是繞不開的成本大頭。目前三種的主流微顯示屏，硅基液晶（LCoS）、硅基OLED(Micro OLED）、Micro LED，它們都是硅基板而非玻璃基板，在很小的顯示面積上實(shí)現(xiàn)極高的像素密度，類似芯片的方式“種植”微顯示器，制造過程同時(shí)涉及半導(dǎo)體和先進(jìn)顯示。
硅基液晶目前在分辨率、全彩顯示方面性能優(yōu)異。但問題在于，它并不屬于自發(fā)光的直接顯示，發(fā)光器件經(jīng)過液晶層的相位變化光線調(diào)制和極化，會(huì)有層內(nèi)的各種反射、散射損失。
如今的LCoS光引擎先以R、G、B三色panel 以半透半反分光，再以PBS棱鏡的方式“聚合”在一起，光引擎結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積難以大幅壓縮，而且出射圖像亮度不夠，經(jīng)過傳輸后入眼亮度低，恰恰是AR眼鏡最關(guān)鍵和最致命的問題。
硅基OLED是目前的主流方案。OLED自發(fā)光組件，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、色彩表現(xiàn)良好，但問題是采用先進(jìn)制程壓縮單像素面積、進(jìn)一步提升分辨率的時(shí)候，良率低，成本高，高分辨率面板價(jià)格非常昂貴。
微顯示屏作為新興顯示產(chǎn)業(yè)，終端品牌都需要從供應(yīng)鏈廠商采購，Apple Vision Pro使用了2塊索尼4K分辨率的硅基OLED微顯示屏作為內(nèi)屏。之前媒體流傳的BOM清單顯示，售價(jià)3499美元的Apple Vision Pro硬件物料成本約 1509 美元，其中索尼供應(yīng)的兩片4K分辨率OLED內(nèi)屏一片350美元，合計(jì) 700 美元，幾乎占據(jù)了物料成本的一半，為成本最高的零組件。相比之下，臺(tái)積電代工的M2 處理器僅需 120 美元。
天價(jià)Apple Vision Pro如今銷量慘淡到被傳停產(chǎn)，索尼的4K分辨率微顯示屏可謂“功不可沒”。
硅基OLED的另一個(gè)致命問題，是亮度依然不夠高，覆蓋不了白天日光環(huán)境，特別是跟只有1%光效率衍射波導(dǎo)組合在一起使用的時(shí)候。
Micro LED是最終極最理想的微顯示屏，無機(jī)材料壽命長，也是自發(fā)光原理，超高亮度遠(yuǎn)超硅基液晶和硅基OLED，色彩飽和度和對(duì)比度也是最佳。但受限于基礎(chǔ)技術(shù)的問題，沒有辦法在單片微顯示屏面板上實(shí)現(xiàn)RGB三色像素集成，換句話說，它連彩色顯示都很難做到，只能采取工程化的辦法，而且高分辨率微顯示面板生產(chǎn)制造非常難，同樣巨貴無比。
Micro LED要實(shí)現(xiàn)彩色顯示，要么通過三塊R、G、B小面板「合光」，三個(gè)控制板加合光棱鏡，即JBD的x-cube棱鏡方案，要么是還在實(shí)驗(yàn)室里的堆疊像素方案。
Micro LED目前的R、G、B三種面板的無機(jī)發(fā)光材料底層物理過程迥異，亮度一致性差異很大，而要將Micro LED分辨率提升到2K、4K，面臨一系列基礎(chǔ)物理、大規(guī)模生產(chǎn)制造良品率問題，理想的高分辨率MicroLED，成本也是天價(jià)。
一句話總結(jié)，硅基液晶亮度不夠且光引擎組件很難小型化；硅基OLED亮度勉強(qiáng)，分辨率高但是成本也高；Micro LED最理想但不成熟，連彩色顯示都困難，只有單綠色光引擎可以達(dá)標(biāo)。
說了這么多，這還是微顯示屏的第一個(gè)坑。第二個(gè)坑，光傳輸組件，同樣困難無比。
AR眼鏡要求能夠正常看清外界，將光引擎出射的數(shù)字內(nèi)容和外界的真實(shí)光線，“混合”一起進(jìn)入眼睛，這要求它能像普通的光學(xué)眼鏡一樣高透光。
BirdBath和自由曲面方案是一組透鏡組合，將眼鏡頂部光引擎發(fā)出的圖像光線，經(jīng)過反射、折射、對(duì)焦等設(shè)計(jì)好的光路，傳導(dǎo)到眼睛，這個(gè)方案不可避免在眼睛前方設(shè)計(jì)一個(gè)透光率不高的半透射半反射鏡片。BirdBath和自由曲面眼鏡，像XREAL、雷鳥、Rokid的Air系列眼鏡，目前只有20%左右的透光率，只能是「墨鏡，最佳使用場(chǎng)景是觀影。
而像Apple Vision Pro這樣的VR眼鏡，干脆直接把“屏幕”放在眼前，設(shè)計(jì)一個(gè)非常復(fù)雜的折反射光學(xué)鏡片組合，把圖像光傳輸?shù)窖劬�。VR擋住所有前方的自然光線，依靠攝像頭才能看清外界，這就是常說的依靠攝像頭“透視”的VST方案。
攝像頭傳輸畫面的延遲、畫面刷新率、圖像畸變導(dǎo)致的眩暈，以及難以規(guī)避的VAC視覺輻輳沖突，你只能盯著一定焦距的畫面，眼睛會(huì)快速疲勞，還有沉重的頭盔設(shè)計(jì)，種種難以改進(jìn)的佩戴體驗(yàn)。已經(jīng)被市場(chǎng)反復(fù)驗(yàn)證了十幾年，VR注定了不會(huì)成為C端消費(fèi)電子的主流，VST原理的眼鏡即使是蘋果，10年磨一劍的Vision Pro，也避免不了成為吃灰的擺設(shè)。
AR眼鏡像普通眼鏡一樣能做到光學(xué)透視OST，無限景深，還有一個(gè)方案，就是光波導(dǎo)。
波導(dǎo)技術(shù)并不是什么新發(fā)明，我們熟悉的光通信系統(tǒng)中，用來傳輸信號(hào)的光纖組成了無數(shù)條連接大洋彼岸的海底光纜，就是波導(dǎo)的一種，只不過傳輸?shù)氖俏覀兛床灰姷募t外波段的光。在AR眼鏡中，要想光在傳輸?shù)倪^程中無損失無泄漏，“全反射”是關(guān)鍵，即光在波導(dǎo)中像只游蛇一樣通過來回反射前進(jìn)而并不會(huì)透射出來。
光波導(dǎo)總體上可以分為幾何光波導(dǎo)（Geometric Waveguide）和衍射光波導(dǎo)（Diffractive Waveguide）兩種，幾何光波導(dǎo)就是所謂的陣列光波導(dǎo)，也就是文章最開始INMO Air 2使用的那種。
陣列光波導(dǎo)里，耦合的圖像光進(jìn)入波導(dǎo)的一般是一個(gè)反射面或者棱鏡。在多輪全反射后光到達(dá)眼鏡前方時(shí)，會(huì)遇到一個(gè)“半透半反”鏡面陣列，耦合圖像光再耦出波導(dǎo)，進(jìn)入眼睛。（圖a所示）
“幾何光波導(dǎo)”的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優(yōu)化迭代，至今差不多快二十年了。它的制造良率問題一直沒有根本性的進(jìn)展。
陣列光波導(dǎo)的問題就出在多個(gè)“半透半反”(確切說是“部分透部分反”)的鏡面。它們是嵌入到玻璃基底里面并且與傳輸光線形成一個(gè)特定角度的表面，每一個(gè)鏡面會(huì)將部分光線反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼，剩下的光線透射過去繼續(xù)在波導(dǎo)中前進(jìn)。
陣列光波導(dǎo)，圖像質(zhì)量包括顏色和對(duì)比度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)，而且光傳輸效率最高可以達(dá)到10%左右，比衍射光波導(dǎo)只有1%光效率，優(yōu)勢(shì)明顯。但問題在于，陣列光波導(dǎo)工藝流程比較繁冗，特別是“半透半反”鏡面陣列的鍍膜工藝。
由于光在經(jīng)過多個(gè)半透半反鏡面陣列傳播過程中會(huì)越來越少，陣列中五六個(gè)鏡面的每一個(gè)都需要不同的反射透射比(R/T)，以保證整個(gè)動(dòng)眼框范圍內(nèi)的出光量是均勻的。并且由于幾何波導(dǎo)傳播的光通常是偏振光，導(dǎo)致每個(gè)鏡面的鍍膜層數(shù)可能達(dá)到十幾甚至幾十層。
另外，這些鏡面是鍍膜后層層摞在一起并用特殊的膠水粘合，然后按照一個(gè)角度切割出波導(dǎo)的形狀，這個(gè)過程中鏡面之間的平行度和切割的角度都會(huì)影響到成像質(zhì)量。因此，即使每一步工藝都可以達(dá)到高良率，這幾十步結(jié)合起來的總良率卻是一個(gè)挑戰(zhàn)。每一步工藝的失敗都可能導(dǎo)致成像出現(xiàn)瑕疵，常見的有背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。
因?yàn)殛嚵泄獠▽?dǎo)難以解決的生產(chǎn)良率問題，以及多個(gè)半透半反鏡面外觀上影響美觀的條紋，另一個(gè)方向的衍射光波導(dǎo)成為了包括Hololens、Magic Leap 實(shí)際應(yīng)用的主流。而衍射光波導(dǎo)同樣也有一堆問題，不同波長可見光衍射角度不一致，彩虹紋、光傳輸效率低、眼鏡前向漏光影響正常的“視覺交流”。
除了光引擎和光傳輸組件的種種技術(shù)困難，難有完美的解決方案，更大的FoV（虛擬圖像顯示視野），更大的EyeBox（適應(yīng)絕大多數(shù)人的雙眼瞳距），更高的入眼亮度，對(duì)于AR眼鏡實(shí)際體驗(yàn)也至關(guān)重要。行業(yè)里，一直圍繞著不同微顯示屏光引擎設(shè)計(jì)、光波導(dǎo)基底材料、衍射和陣列光波導(dǎo)在持續(xù)改進(jìn)和努力突破。
總結(jié)來說，性能全面沒有短板的微顯示屏，OST光學(xué)透視原理的高質(zhì)量圖像傳輸，完整的虛實(shí)結(jié)合和先進(jìn)人機(jī)交互。這是一體式消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的的不可能三角。
回過頭來，這也是INMO Air 2的奇葩之處：INMO Air2搭載的瓏LCE2210V 模組，在光機(jī)方面采用Mirco-OLED屏幕，光傳輸采用陣列光波導(dǎo)全彩雙目方案。亮度勉強(qiáng)、分辨率一般但全彩顯示效果優(yōu)秀的硅基OLED屏幕，制造困難但光傳輸效率更高的陣列光波導(dǎo)，這樣的方案，幾乎是獨(dú)此一家。INMO執(zhí)著于做成一副輕量化+彩色顯示+高透光的光波導(dǎo)眼鏡。
03后話，AI眼鏡必然是彩色顯示的光波導(dǎo)眼鏡
從2012年Google Glass 正式推出開始，滿打滿算已超過第十二個(gè)年頭。消費(fèi)級(jí)AR眼鏡有潛力取代智能手機(jī)，成為下一代消費(fèi)電子的「主力」，基本上還停留在癡人說夢(mèng)的階段。
雖然AR眼鏡這十多年來一系列新技術(shù)層出不窮。
從深層次創(chuàng)新的角度來說，國外像Hololens引入了v-SLAM、衍射光波導(dǎo)、窄光譜的激光顯示；Magic Leap演示了更加輕量化的AR一體機(jī)，緊湊強(qiáng)大的LCoS光引擎，大FoV、高分辨率、顯示效果出色且能全局和分區(qū)調(diào)光；國內(nèi)，Xreal帶來了BirdBath光學(xué)透鏡組合，在硬件成本和顯示效果之間達(dá)到了較好的平衡，雷鳥嘗試更終極的全彩顯示MicroLED和光波導(dǎo)組合方案，Rokid則在BirdBath模組上實(shí)現(xiàn)了難度較高的SLAM錨定和交互，眼鏡與主機(jī)和外設(shè)一起，意圖實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公和移動(dòng)娛樂。
還有最近的重磅，Meta Orion眼鏡將輕量化、高性能、更好的OST光學(xué)顯示方案和先進(jìn)人機(jī)交互統(tǒng)統(tǒng)滿足，但是以不計(jì)成本的方式。
Meta Orion極為罕見地將碳化硅晶圓取代玻璃做衍射光波導(dǎo)基底，碳化硅超過2.0的材料折射率將FOV虛像視野提升到70度，可謂前所未有。Meta Orion在一副100克左右的眼鏡上集成了來自JBD合色方案的Micro LED全彩顯示的光引擎、復(fù)雜的多片衍射波導(dǎo)、電池、無線高速數(shù)據(jù)傳輸、高精度的眼球追蹤、視覺SLAM等完備且先進(jìn)的AR人機(jī)交互手段，還有融合了Meta強(qiáng)大的端側(cè)小模型。
相比INMO Air 2，Meta Orion也是一款能做到彩色顯示的光波導(dǎo)AR眼鏡。它滿足日常佩戴使用的輕量化設(shè)計(jì)，高透光、彩色顯示，上手體驗(yàn)極佳的AR人機(jī)交互，相比INMO Air 2有極大提升，也是AI眼鏡目前最好的標(biāo)桿。但沒法大規(guī)模量產(chǎn)，成本是驚人的10000美金。
在基礎(chǔ)技術(shù)極為原始和粗糙的階段，在產(chǎn)品可靠性、易用性、大規(guī)模生產(chǎn)成本和良率都十分有限的情況下，如何找到PMF，是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡、通用人形機(jī)器人這些下一個(gè)10年最具想象力的產(chǎn)品，所普遍面臨的困境。
螺絲殼里造一個(gè)道場(chǎng)，角落里的技術(shù)高潮解決不了創(chuàng)業(yè)公司長期生存問題。當(dāng)新技術(shù)出現(xiàn)，與原有產(chǎn)品產(chǎn)生「核子反應(yīng)」，內(nèi)爆出一個(gè)一定體量的市場(chǎng)，衍生出能夠被驗(yàn)證的使用場(chǎng)景，這樣的機(jī)遇非常罕見。
如今，這樣的機(jī)會(huì)恰好出現(xiàn)在AR眼鏡上。因?yàn)長LM的爆發(fā)，生成式AI、多模態(tài)端側(cè)模型，AI+AR的結(jié)合，是大模型被一致看好的“落地”方式。但是AI眼鏡的硬件進(jìn)展，在大規(guī)模高良率生產(chǎn)、成本可控、體驗(yàn)完整且優(yōu)秀方面，路依然很長，很難。
