科技創(chuàng)新 ：AR光波導(dǎo)上車？天方夜譚？

當(dāng)前，全球汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，各大車企在積極推進(jìn)各種創(chuàng)新和發(fā)展，紛紛開(kāi)“卷”，最卷的場(chǎng)景毫不意外是在 智能座艙。

座艙的迭代已經(jīng)從簡(jiǎn)單的信息顯示和音響娛樂(lè)升級(jí)到了 “智慧空間”的概念，因此，以視覺(jué)創(chuàng)新為主的AR顯示甚至透明顯示在去年元宇宙中火了一把后，終于慢慢滲透進(jìn)車企的供應(yīng)鏈。

不管是AR-HUD的量產(chǎn)，還是更多概念車上希望搭載的全息顯示、側(cè)窗顯示，我們看到這之中在應(yīng)用端很關(guān)鍵的一點(diǎn)就是如何在車內(nèi)有限的空間中實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)整體的輕量化。已經(jīng)逐漸在AR眼鏡上搭載的光波導(dǎo)技術(shù)，或許是這個(gè)問(wèn)題的答案。

什么是光波導(dǎo)？

要了解光波導(dǎo)能否上車，我們還要先明白光波導(dǎo)的原理。

光波導(dǎo)由三部分構(gòu)成：耦入、波導(dǎo)、耦出。

工作流程：耦入部分負(fù)責(zé)切割光機(jī)發(fā)來(lái)的圖像（視場(chǎng)折疊）? 波導(dǎo)負(fù)責(zé)無(wú)損傳輸 ? 耦出負(fù)責(zé)復(fù)原這些碎片（視場(chǎng)復(fù)原）。所以在 AR 眼鏡中，成像的關(guān)鍵就是光在波導(dǎo)鏡片中能夠無(wú)損失無(wú)泄漏的傳播條件，光在波導(dǎo)鏡片中會(huì)像蛇一樣來(lái)回反射前進(jìn)而不透射出來(lái)， 因此光波導(dǎo)中的關(guān)鍵技術(shù)一是在光學(xué)路徑的設(shè)計(jì)上，二是光學(xué)元器件本身的制備。

由于用波導(dǎo)折疊了光路，一般系統(tǒng)體積相對(duì)較小，而大視場(chǎng)角則可以通過(guò)高折射率的玻璃基底來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為什么AR顯示更需要光波導(dǎo)？

這和我們之前說(shuō)的需求點(diǎn)一致： 在保持成像效果的同時(shí)，不論是消費(fèi)電子還是汽車電子，都要竭盡所能地追求輕量化來(lái)保證用戶體驗(yàn)。

AR眼鏡在消費(fèi)電子中的定義是希望能夠去替代手機(jī)成為新的計(jì)算平臺(tái)，要做到這點(diǎn)就要夠便捷、體驗(yàn)豐富。而傳統(tǒng)產(chǎn)品中沉重的光機(jī)、巨大的顯示系統(tǒng)和模糊的投影擋住了AR眼鏡的增速腳步，因此，一切都要輕便化、高清化，才能把手機(jī)中的2D世界搬進(jìn)AR眼鏡的“沉浸式”世界里。

在車內(nèi)，目前的AR-HUD以投影折射的形式實(shí)現(xiàn)，整體光機(jī)體積在20L左右，對(duì)車身布置和電子系統(tǒng)的布置要求很高，同時(shí)也很難保證成像的效果。小體積、高清化也是汽車OEM的訴求。

什么技術(shù)適合上車？

目前市面上主流的技術(shù)是幾何光波導(dǎo)與衍射光波導(dǎo)。

衍射光波導(dǎo)也是我們現(xiàn)在聽(tīng)到的最多、站在風(fēng)口上的名詞。究其原因，雖然幾何光波導(dǎo)出現(xiàn)了陣列的形式來(lái)擴(kuò)大視場(chǎng)角、優(yōu)化圖像顯示，但是眼動(dòng)范圍有限，一維擴(kuò)瞳只能實(shí)現(xiàn)橫向看得廣。

衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程都比幾何光波導(dǎo)困難，這種技術(shù)下的光波導(dǎo)產(chǎn)品體積小、靈活度高是它具有較大發(fā)展?jié)摿Φ闹匾蛩亍?/p>

哪種更適合上車呢？車內(nèi)的場(chǎng)景雖然也要求輕量化，但是遠(yuǎn)不如消費(fèi)電子嚴(yán)格，同時(shí)顯示內(nèi)容也相對(duì)簡(jiǎn)單， 從目前的技術(shù)成熟度來(lái)看，陣列光波導(dǎo)可以被優(yōu)先考慮，同時(shí)我們也看到了在市面上已經(jīng)有體全息的AR-HUD方案在研，但良品率和成本仍未可知。

來(lái)源：VR陀螺、光大證券、LAAKKONEN P，LEVOLA T. Method of producing a diffraction grating element（2012）

誰(shuí)在布局光波導(dǎo)？

我們看到從2015年微軟發(fā)布第一代Hololens起各頭部廠商積極布局AR光波導(dǎo)領(lǐng)域，主要推動(dòng)力還是以搶先生產(chǎn)高性能AR設(shè)備為主。 其中大陸在2015年就投資了體全息路徑的Digilens，該公司在今年也將推出光波導(dǎo)路徑的車載AR-HUD光學(xué)模組。

主要布局企業(yè)分為兩大陣營(yíng)：

手機(jī)廠商（生產(chǎn)導(dǎo)向）： 蘋果、華為等手機(jī)廠商希望能在AR生產(chǎn)領(lǐng)域復(fù)用手機(jī)的成熟產(chǎn)業(yè)鏈， 以搶占市場(chǎng)份額。

互聯(lián)網(wǎng)巨頭（生態(tài)導(dǎo)向） ： Meta、 微軟 、谷歌、騰訊、字節(jié)等主要通過(guò)投資收購(gòu)，以自身平臺(tái)資源和用戶流量為優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建開(kāi)發(fā)者生態(tài)，打造軟硬體系。

來(lái)源：璞躍中國(guó)（Plug and Play China）整理

結(jié)論

總結(jié)來(lái)看，光波導(dǎo)技術(shù)由于近年ARVR、元宇宙概念的爆發(fā)賽道已快速進(jìn)入爆發(fā)期，目前一級(jí)市場(chǎng)中已有多家衍射光波導(dǎo)公司建立產(chǎn)線有望落地量產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)迭代。

光波導(dǎo)和汽車究竟有產(chǎn)業(yè)協(xié)同機(jī)會(huì)嗎？通過(guò)多家走訪調(diào)研，我們看到光波導(dǎo)上車并非天方夜譚。

從需求端來(lái)講，車內(nèi)空間本身有限，而OEM近年來(lái)希望推進(jìn)的側(cè)窗顯示、AR-HUD、車內(nèi)觀影等技術(shù)都能夠得益于光波導(dǎo)在體積輕便化上的優(yōu)勢(shì)以此來(lái)減小HUD的光機(jī)體積，優(yōu)化車內(nèi)布局。比如Conti曾測(cè)試過(guò)體全息光波導(dǎo)HUD整體光機(jī)約在3L左右（減小體積70%-80%），但不談成本的落地都是耍流氓，車載光波導(dǎo)目前還是繞不開(kāi)價(jià)格這座大山。

在技術(shù)上，能夠看到目前的技術(shù)迭代還沒(méi)有完全成型，幾何光波導(dǎo)的量產(chǎn)品控、衍射光波導(dǎo)的技術(shù)一致性等瓶頸仍有待突破，因此新的技術(shù)提供方仍有市場(chǎng)機(jī)會(huì)。從技術(shù)的迭代上也能夠看出為了增加體驗(yàn)感，擴(kuò)瞳能力是很重要的衡量指標(biāo)，目前能夠?qū)崿F(xiàn)的一維、二維擴(kuò)瞳的基礎(chǔ)上，我們預(yù)計(jì)未來(lái)在內(nèi)容顯示上也會(huì)將場(chǎng)景深度的信息融入（如現(xiàn)在一些HUD廠家已經(jīng)在結(jié)合ADAS的信息做技術(shù)布局），提升沉浸感。

附加信息

對(duì)于光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，我們也分析了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈與玩家情況，供感興趣的朋友們參考。

光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈

產(chǎn)業(yè)鏈小結(jié)1

? 產(chǎn)業(yè)鏈上，能看到的是 光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈中中游廠商有較高的技術(shù)壁壘，對(duì)下游的要價(jià)能力比較高，同時(shí)也可以看到產(chǎn)業(yè)鏈中頭部玩家已開(kāi)始做垂直整合。由于擁有核心AR組建的制備工藝，不少中游廠商開(kāi)始發(fā)展自身供應(yīng)鏈并入下游整機(jī)廠中。而下游廠商通常通過(guò)收購(gòu)中游光波導(dǎo)技術(shù)提供方來(lái)完善自身技術(shù)能力。

? 光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈中游技術(shù)路線多，技術(shù)壁壘高的同時(shí)工藝成熟度低有一定的試錯(cuò)空間，是創(chuàng)新企業(yè)的市場(chǎng)切入口。但技術(shù)本身也依賴于上游的半導(dǎo)體工藝設(shè)備與原材料、模具等，而上游的原材料與設(shè)備廠商目前主要被國(guó)外廠家壟斷，對(duì)于國(guó)產(chǎn)替代的廠家來(lái)說(shuō)有一定的機(jī)會(huì)但是整體天花板有限。

? 下游目前出貨還是以B端為主，主要原因是B端設(shè)備對(duì)實(shí)際的FOV、成像等要求不高。

產(chǎn)業(yè)鏈小結(jié)2

? 技術(shù)路徑產(chǎn)業(yè)鏈的工藝完備程度決定了該路徑的量產(chǎn)進(jìn)度。幾何陣列光波導(dǎo)由于加工工藝與傳統(tǒng)光學(xué)冷加工類似，因此可直接套用光學(xué)冷加工產(chǎn)業(yè)鏈，獲得較高的量產(chǎn)產(chǎn)能，但工藝壁壘限制了實(shí)際的量產(chǎn)能力。衍射光波導(dǎo)則需要重新搭建供應(yīng)鏈，其中浮雕光柵供應(yīng)鏈較體全息更成熟。

? 對(duì)于表面浮雕光波導(dǎo)的制備來(lái)說(shuō)半導(dǎo)體工藝的制備方法成本較高， 不適合光柵波導(dǎo)的量產(chǎn)，因此開(kāi)發(fā)出衍射光波導(dǎo)的復(fù)制工藝以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。量產(chǎn)難度適中但工藝高度依賴于上游的高折射率的光學(xué)樹(shù)脂供應(yīng)，間接導(dǎo)致了較高的生產(chǎn)成本。

? 體全息技術(shù)的原材料成本只來(lái)源于玻璃和全息膜，制備要求低、成本低，但目前量產(chǎn)能力受制于工藝精度與全息材料的突破。

全球與中國(guó)光波導(dǎo)主要生產(chǎn)商

國(guó)際上來(lái)看，光波導(dǎo)技術(shù)仍為國(guó)外企業(yè)領(lǐng)先。各路徑代表性企業(yè)、創(chuàng)立企業(yè)目前已踏入量產(chǎn)、在量產(chǎn)前期。

來(lái)源：AR圈、光大證券、雪球

關(guān)于 Plug and Play China 璞躍中國(guó)

璞躍（Plug and Play）是全球知名的科技創(chuàng)新生態(tài)平臺(tái)，擁有20余年的科創(chuàng)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，致力于投資早期硬科技項(xiàng)目，并開(kāi)展企業(yè)科技創(chuàng)新服務(wù)。公司曾成功早期孵化了Google，投資了PayPal、Dropbox 等多家科技巨頭公司，在全球與戴姆勒、松下、開(kāi)云等550余家龍頭企業(yè)，基于其創(chuàng)新需求和文化生態(tài)，開(kāi)展開(kāi)放式創(chuàng)新合作，驅(qū)動(dòng)企業(yè)由內(nèi)而外的創(chuàng)新、發(fā)展。

2016年，隨璞躍全球業(yè)務(wù)的拓展，“璞躍中國(guó)（Plug and Play China）”正式成立。當(dāng)前，璞躍中國(guó)構(gòu)建了國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍的一站式創(chuàng)新服務(wù)和交流平臺(tái)，開(kāi)展創(chuàng)新服務(wù) （企業(yè)創(chuàng)新、城市創(chuàng)新、國(guó)際創(chuàng)新）、創(chuàng)新空間、科技投資三類創(chuàng)新業(yè)務(wù)。

璞躍中國(guó)構(gòu)筑的創(chuàng)新平臺(tái)，聯(lián)接多維度的創(chuàng)新伙伴，催化創(chuàng)新生態(tài)效應(yīng)發(fā)生。目前平臺(tái)上活躍著近百家引領(lǐng)行業(yè)科創(chuàng)風(fēng)向和市場(chǎng)發(fā)展的領(lǐng)軍企業(yè)，超3600家技術(shù)前沿、商業(yè)模式先進(jìn)初創(chuàng)公司，100余位核心創(chuàng)新專家導(dǎo)師，眾多海內(nèi)外高校及科研院所，以及頭部和前沿科技投資機(jī)構(gòu)、投資人等科創(chuàng)行業(yè)人群。

迄今璞躍中國(guó)已投資培育了包括ApplyBoard、AutoX、非夕科技等逾百家硬科技企業(yè)。企業(yè)目前布局北京、上海、深圳等超一線城市，設(shè)立創(chuàng)新中心；并在武漢、南京基于當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)生態(tài)，開(kāi)展城市創(chuàng)新合作。