文 | X研究媛，作者 | 楊青山
Meta不計成本作出了Orion這一接近消費級AR眼鏡之后，彭博社爆料蘋果啟動Atla“智能眼鏡”項目，OpenAI招募了前Meta公司Orion增強現(xiàn)實眼鏡項目的前負責人Caitlin Kalinowski，也在醞釀在AI硬件的動作。
因為LLM的突破，這一波狼來了，對于AR眼鏡來說，可能從根本上已經不同以往。在談這一波AI+AR眼鏡熱潮前，有一家在國內甚少被討論的AR眼鏡公司，INMO，它的“失敗”案例值得被研究。
01 特立獨行背后
曾經有一個「AR四小龍」概念 ，將INMO 排第四。
國內消費級AR創(chuàng)業(yè)圈子，INMO名氣不大，卻有一股子莽勁。這家公司在基礎技術遠未成熟的情況下，十分“嚴肅”地做出了一臺設計正統(tǒng)、功能完整的消費級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AR創(chuàng)業(yè)圈子里誕生了一個由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級AR的希望之星。
但排行老四的 INMO 不似小龍，更像是中世紀的古典騎士，那種正經、嚴肅、笨拙、悲情的堂吉柯德式騎士。
INMO 存在感相當弱，特別是與其他“三小龍”對比。XREAL號稱全球消費級AR市場份額領先，關鍵的BirdBath光學模組、微機電、整機ID確實強一些，多個早期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)新實驗室，在近眼顯示光學設計上積累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)團隊陣容豪華，有教育、數(shù)字文化、娛樂、旅游、地方機構的“朋友圈生態(tài)”，而且硬件供應鏈資源屬于獨一檔。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，能精準描述。
如果要給 INMO貼個標簽，產品路線特立獨行，「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AR眼鏡，INMO AIr2 更接近真正的消費級AR眼鏡，無論它一眼看上去的體積，產品原理還是實際功能，完整又「極簡」。
INMO Air 2不同于XREAL、雷鳥、Rokid 三家Air系列消費級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，強調空間顯示功能，INMO Air 2有號稱最為輕量級的SLAM，有基本的虛實交互，透光率更高。
也不同于OPPO Air、李未可眼鏡以信息提示、翻譯場景為主，產品多用單綠色Micro LED配合衍射光波導，INMO Air 在光波導方案上，實現(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AR眼鏡，在使用場景、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特立獨行在于，它在基礎技術還未成熟的情況下，硬要做出一套有基礎AR功能、針對消費級可正常穿戴的日常眼鏡，一體式而非分體式，計算、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、獨一無二的硅基OLED+陣列光波導產品方案。
02 消費級AR的不可能三角
AR眼鏡的產品原理，說起來很簡單：
首先，將微顯示屏的光學圖像，以微型投影儀的方式發(fā)射出去。實現(xiàn)組件就是所謂的光引擎或者眼鏡的“光機”
其次，讓圖像顯示的數(shù)字內容跟現(xiàn)實的光線“混合”在一起，以某種設計好的方式傳輸進入眼睛。這涉及的過程就是光傳輸，實現(xiàn)組件就是光學模組，比如BirdBath透鏡組合、自由曲面透鏡、衍射或者陣列光波導
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，制造過程同時涉及半導體和先進顯示。
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)光器件經過液晶層的相位變化光線調制和極化，會有層內的各種反射、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，光引擎結構復雜體積難以大幅壓縮，而且出射圖像亮度不夠，經過傳輸后入眼亮度低，恰恰是AR眼鏡最關鍵和最致命的問題。
硅基OLED是目前的主流方案。OLED自發(fā)光組件，結構簡單、體積小、色彩表現(xiàn)良好，但問題是采用先進制程壓縮單像素面積、進一步提升分辨率的時候，良率低，成本高，高分辨率面板價格非常昂貴。
微顯示屏作為新興顯示產業(yè)，終端品牌都需要從供應鏈廠商采購，Apple Vision Pro使用了2塊索尼4K分辨率的硅基OLED微顯示屏作為內屏。之前媒體流傳的BOM清單顯示，售價3499美元的Apple Vision Pro硬件物料成本約 1509 美元，其中索尼供應的兩片4K分辨率OLED內屏一片350美元，合計 700 美元，幾乎占據了物料成本的一半，為成本最高的零組件。相比之下，臺積電代工的M2 處理器僅需 120 美元。
天價Apple Vision Pro如今銷量慘淡到被傳停產，索尼的4K分辨率微顯示屏可謂“功不可沒”。
硅基OLED的另一個致命問題，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%光效率衍射波導組合在一起使用的時候。
Micro LED是最終極最理想的微顯示屏，無機材料壽命長，也是自發(fā)光原理，超高亮度遠超硅基液晶和硅基OLED，色彩飽和度和對比度也是最佳。但受限于基礎技術的問題，沒有辦法在單片微顯示屏面板上實現(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制造非常難，同樣巨貴無比。
Micro LED要實現(xiàn)彩色顯示，要么通過三塊R、G、B小面板「合光」，三個控制板加合光棱鏡，即JBD的x-cube棱鏡方案，要么是還在實驗室里的堆疊像素方案。
Micro LED目前的R、G、B三種面板的無機發(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，面臨一系列基礎物理、大規(guī)模生產制造良品率問題，理想的高分辨率MicroLED，成本也是天價。
一句話總結，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，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標。
說了這么多，這還是微顯示屏的第一個坑。第二個坑，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)字內容和外界的真實光線，“混合”一起進入眼睛，這要求它能像普通的光學眼鏡一樣高透光。
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，經過反射、折射、對焦等設計好的光路，傳導到眼睛，這個方案不可避免在眼睛前方設計一個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，設計一個非常復雜的折反射光學鏡片組合，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，眼睛會快速疲勞，還有沉重的頭盔設計，種種難以改進的佩戴體驗。已經被市場反復驗證了十幾年，VR注定了不會成為C端消費電子的主流，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。
AR眼鏡像普通眼鏡一樣能做到光學透視OST，無限景深，還有一個方案，就是光波導。
波導技術并不是什么新發(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”是關鍵，即光在波導中像只游蛇一樣通過來回反射前進而并不會透射出來。
光波導總體上可以分為幾何光波導（Geometric Waveguide）和衍射光波導（Diffractive Waveguide）兩種，幾何光波導就是所謂的陣列光波導，也就是文章最開始INMO Air 2使用的那種。
陣列光波導里，耦合的圖像光進入波導的一般是一個反射面或者棱鏡。在多輪全反射后光到達眼鏡前方時，會遇到一個“半透半反”鏡面陣列，耦合圖像光再耦出波導，進入眼睛。（圖a所示）
“幾何光波導”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展。
陣列光波導的問題就出在多個“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特定角度的表面，每一個鏡面會將部分光線反射出波導進入人眼，剩下的光線透射過去繼續(xù)在波導中前進。
陣列光波導，圖像質量包括顏色和對比度可以達到很高的水準，而且光傳輸效率最高可以達到10%左右，比衍射光波導只有1%光效率，優(yōu)勢明顯。但問題在于，陣列光波導工藝流程比較繁冗，特別是“半透半反”鏡面陣列的鍍膜工藝。
由于光在經過多個半透半反鏡面陣列傳播過程中會越來越少，陣列中五六個鏡面的每一個都需要不同的反射透射比(R/T)，以保證整個動眼框范圍內的出光量是均勻的。并且由于幾何波導傳播的光通常是偏振光，導致每個鏡面的鍍膜層數(shù)可能達到十幾甚至幾十層。
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，然后按照一個角度切割出波導的形狀，這個過程中鏡面之間的平行度和切割的角度都會影響到成像質量。因此，即使每一步工藝都可以達到高良率，這幾十步結合起來的總良率卻是一個挑戰(zhàn)。每一步工藝的失敗都可能導致成像出現(xiàn)瑕疵，常見的有背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。
因為陣列光波導難以解決的生產良率問題，以及多個半透半反鏡面外觀上影響美觀的條紋，另一個方向的衍射光波導成為了包括Hololens、Magic Leap 實際應用的主流。而衍射光波導同樣也有一堆問題，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（適應絕大多數(shù)人的雙眼瞳距），更高的入眼亮度，對于AR眼鏡實際體驗也至關重要。行業(yè)里，一直圍繞著不同微顯示屏光引擎設計、光波導基底材料、衍射和陣列光波導在持續(xù)改進和努力突破。
總結來說，性能全面沒有短板的微顯示屏，OST光學透視原理的高質量圖像傳輸，完整的虛實結合和先進人機交互。這是一體式消費級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，在光機方面采用Mirco-OLED屏幕，光傳輸采用陣列光波導全彩雙目方案。亮度勉強、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，這樣的方案，幾乎是獨此一家。INMO執(zhí)著于做成一副輕量化+彩色顯示+高透光的光波導眼鏡。
03后話，AI眼鏡必然是彩色顯示的光波導眼鏡
從2012年Google Glass 正式推出開始，滿打滿算已超過第十二個年頭。消費級AR眼鏡有潛力取代智能手機，成為下一代消費電子的「主力」，基本上還停留在癡人說夢的階段。
雖然AR眼鏡這十多年來一系列新技術層出不窮。
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、窄光譜的激光顯示；Magic Leap演示了更加輕量化的AR一體機，緊湊強大的LCoS光引擎，大FoV、高分辨率、顯示效果出色且能全局和分區(qū)調光；國內，Xreal帶來了BirdBath光學透鏡組合，在硬件成本和顯示效果之間達到了較好的平衡，雷鳥嘗試更終極的全彩顯示MicroLED和光波導組合方案，Rokid則在BirdBath模組上實現(xiàn)了難度較高的SLAM錨定和交互，眼鏡與主機和外設一起，意圖實現(xiàn)移動辦公和移動娛樂。
還有最近的重磅，Meta Orion眼鏡將輕量化、高性能、更好的OST光學顯示方案和先進人機交互統(tǒng)統(tǒng)滿足，但是以不計成本的方式。
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、復雜的多片衍射波導、電池、無線高速數(shù)據傳輸、高精度的眼球追蹤、視覺SLAM等完備且先進的AR人機交互手段，還有融合了Meta強大的端側小模型。
相比INMO Air 2，Meta Orion也是一款能做到彩色顯示的光波導AR眼鏡。它滿足日常佩戴使用的輕量化設計，高透光、彩色顯示，上手體驗極佳的AR人機交互，相比INMO Air 2有極大提升，也是AI眼鏡目前最好的標桿。但沒法大規(guī)模量產，成本是驚人的10000美金。
在基礎技術極為原始和粗糙的階段，在產品可靠性、易用性、大規(guī)模生產成本和良率都十分有限的情況下，如何找到PMF，是消費級AR眼鏡、通用人形機器人這些下一個10年最具想象力的產品，所普遍面臨的困境。
螺絲殼里造一個道場，角落里的技術高潮解決不了創(chuàng)業(yè)公司長期生存問題。當新技術出現(xiàn)，與原有產品產生「核子反應」，內爆出一個一定體量的市場，衍生出能夠被驗證的使用場景，這樣的機遇非常罕見。
如今，這樣的機會恰好出現(xiàn)在AR眼鏡上。因為LLM的爆發(fā)，生成式AI、多模態(tài)端側模型，AI+AR的結合，是大模型被一致看好的“落地”方式。但是AI眼鏡的硬件進展，在大規(guī)模高良率生產、成本可控、體驗完整且優(yōu)秀方面，路依然很長，很難。
