惠牛张韦韪：聚焦AR/VR光学研发和量产，已签约订单达10万套

2020年12月23日，由青亭网主办、Pico协办、中国虚拟现实技术与产业创新平台、北京图象图形学学会、AWE Asia、深圳市增强现实技术应用协会、清华经管创业者加速器、创业公社战略支持的“第四届VR/AR产业创新者峰会”正式在北京举行，本次峰会主题是“聚变·共生”。

大会围绕VR/AR技术在垂直行业的商业应用展开，共探VR/AR在传统行业的应用和案例分享，挖掘探索商业新机遇，共同构建合作新桥梁。

惠牛 CEO  张韦韪，在本次峰会带来了名为《VR/AR显示光学升级和量产进展》的主题演讲。

以下是张韦韪的演讲实录：

各位同行，大家下午好！

非常高兴有这个机会跟大家做一个关于我们在VR/AR光学的一些进展的分享，可能前面行业的前辈和大佬们讲了很多的应用场景，比较生动，而我这个就可能偏技术和枯燥一点，我尽量讲快一点。

我们这个公司是创业快4年了，可能还是有不少朋友对我们公司了解不够多，我这里想花点时间时间介绍一下，我们是2017年初我和另外两个博士的同学创立了这个惠牛，我们三个都是光学的博士。公司的“惠”是惠更斯，“牛”是牛顿，这两个人是粒子光学和波光学理论的创始人，取这个名字也是代表我们光学的团队聚焦光学的业务。我们也在最开始几个月经过了一些比对和筛选之后，我们决定在VR/AR这个赛道里面做光学。

经过三年多的发展，现在研发团队30多个人，三分之二都是光学或者显示的背景，这里面包括有2017年（英）设计大赛的全国冠军，也包括像我和我的另外一个同学，我们是从博士毕业，还有清华的博士，这是我们光学团队的四个人，大家都普遍具有5-10年的光学相关产业的经验。

我们的定位就是做光学的模组，过去的这三年多下来有两款主打的产品，一个是AR的共轴空导，我们把它叫CA，是一个意思。另外一款产品是我们在过去两年花了很大的力气研发以及打磨和量产的VR超薄。这两款产品围绕的线索思路是把整个VR/AR显示系统首先做的轻巧，另外更大的视场角，以及和大家能接受的成本。

截止到目前为止，我们已签约以及现有订单的达到10万套，包括了明年要出货的部分，已经实现的出货有一万多套。这里面也包括一些国内外的知名客户，像VR销售给华为，CA的光学是卖给LG，包括像创融等等。

这一页跟大家介绍一下VR/AR整个显示系统里面光学它的价值和它的贡献，主要是有四个，除了这三个功能以外，还有一个3D功能。下面这个图比较直观，就是我们现在一个100、200克这样一个相对比较轻巧的显示系统，我们可以实现3米之外110英寸的画面，我们如果去对比一个传统的像电视机这样的显示的话，我们的重量会小了两个数量级，而成本没有增加。

这个过程主要是靠我们光学的系统去实现的一个放大，所以这也是说的第二条实现更大的沉浸式，而且这个还是拿CA去举的一个例子，如果用VR的光学的话，可以做到更大的视场角，90度或者更大。

第一个可能大家平时提的比较少，简单说一下，人眼是有一个明视距的，刚开始设计这个VR/AR眼镜，会去思考，为什么不直接把屏摆在眼前，但是我们的晶刚体它的肌肉收缩是有限度的，太近的距离，眼睛要么看不清，要么看久了会非常疲惫，所以光学在里面把虚像距要放远，至少要放到25厘米之外，一般比较倾向于会选1-10米之间这么一个距离。除此以外，光学上也会花很大力气，从设计，从精密加工，从组装去保障最后光学系统的畸变、MPF这些参数。

然后就是3D的效果，因为VR/AR是两块屏幕，所以相比于我们现在主流的显示方案来说，不管是手机、笔记本、电脑，包括投影仪都只是2D，VR/AR的话比较容易的实现3D。

这一页想跟大家介绍一下我们对于AR五种方案的理解，在2017年涉足的时候，其实行业里面出现的AR显示方案至少有四种以上，我们在其中挑选出来了共轴空导或者CA的方案，作为我们首要的切入点，原因是我们认为它从2017-2022年这5年的时间，可能是综合性能最优的一个方案，而且成本也能做到相对比较低。

从最早的2012年Google Glass它用的是共轴棱镜的方案，这个方案它的视场角不太好放大，一般15度或者20度以下，这样看到的画面能显示的信息就比较有限，随后出现了离轴棱镜，或者像上午焦总说的，他们叫自由曲面，是一个意思。这个方案视场角能提升，但是它有一个瓶颈在于它的重量，因为它是一个实心的光学结构。

还有阵列的波导和衍射的波导，阵列波导的话，它的视场角相对来说不容易做到很大，基于它比较复杂的设计，它的生产良率一直以来都做的不好。

衍射波导它有两个问题：

1、色彩不够好。

2、光效率实在是低，所以它对屏的选择就会很受限。

共轴的优势我们后面再说。

共轴这个方案其实它不完美，比较坦率的说，它有一个相对于两种波导来说，它的不足的地方就是它的透过率可能没法做到70%80%这个水平，但是目前这个没有成为短板，因为它的屏幕还不够亮。它还有另外一个短板，容易产生的一个问题，是前方会泄露虚拟图像，这个在C端的应用还是有可能会成为一个消费的痛点，因为个人观看的隐私的问题。

我们经过一年半的研发，我们把前方的漏光这样一个问题，有了一个比较好的完善。

左边这个图我们模组是已经点亮了，右边这个视频是想让大家看一下这个过程，模组是点亮的，但是我们从外面基本上看不到里面泄露的问题。

我们的CA系列搭载了3家主要的屏幕商，包括日本的索尼，国内的京东方和视涯，表格列出来的是其中的基于索尼和京东方的规格书，因为这两款屏至少有两年以上的历史了，所以这里面的一些参数，不详细介绍了，可能我们国内的AR厂商基本上手头都有我们的样品。

我重点想介绍一款视涯0.49英寸的新屏幕，他们把屏幕的价格降到一个很低的水平，可能两块屏相当于索尼一块335S的价格。过去三年我们的体会，AR的设备在C端销售的时候，面临的一个价格瓶颈，主要因素就来自于屏幕的价格。我们过去一年多重点基于它这个屏开发了相应的光学，除了价格之外，性能层面有一个挺大的特色，可以实现曲光的调节，这个应该来说是全球第一个能够进行曲光适配AR的光学模组。可以做到0-500度之间，我们在会场外面右手边的展位上这个产品也有展示。

我们也花了很大的时间和很大的力气，在VR领域把我们的能力进行一个应用，主要的是针对VR厚和重的问题，选择了Pancake折叠的光学去优化它的轻薄性。最早的单透镜可能是5、6年前风靡全国的VR盒子，价格很便宜，但是它的性能有很大的问题，比较厚重。菲涅尔我把它归为第二代，它的好处比原来的单透镜薄一些，透镜本身的重量能降一些，但是它的焦距没有变，所以最后做出来的厚度还是60毫米这么厚，包括外壳的重量也没有得到改善。新一代Pancake折叠的光学从60毫米压缩到20个毫米之内，这样的话，整个外壳的重量节省很多，而且设备变得很薄，外观得到了很大的改善。

我这里花一点时间跟大家介绍一下Pancake，这个方案轻薄性是它的一个决定性的优势，但是它还有负作用，就是鬼影。我右边这个结果是把它和前两代一个详细的对比，简单的说结论，鬼影主要来自于引入了偏正的光学系统，因为光已经是偏正光了，不再是传统的自然光。图里面的曲线是整个Pancake设计的时候，要去遮挡住的，或者让它通过偏正不穿透光线，而虚线下面这个光线是最终入眼的主成像的光，这个过程就得要依赖于偏正材料以及偏正整个体系的搭建，去保障S光或者P光一个能通过，一个完全遮挡。但是现实的情况，能实现遮挡的效果可能90%左右，剩下的10%就带来了非常严重的鬼影的问题。

我们去解决这个问题，其实做了两部分工作：

第一部分，是不得以，因为这是一个新出现的问题，所以行业里面没有对鬼影进行一个定量，以及测量的设备和平台，所以我们先做了这个工作，我们要去量化它，让我们的研发更加针对性。

第二部分，就是我们去尝试各种不同的偏正的搭配，包括材料，包括主装的工艺，截止到目前我们实现的效果，在鬼影度，一个量化的数字上，我们已经领先于国内外的同行，这是我们目前看到的数据。

底下是一个实拍的图片，左边是同行在市场上已经在卖的VR Glass，鬼影有比较大的改善，落到数字上，从9%降到6%，但是传统的直透型的光学，它也不是0，它是4%，我们截止到目前实现30-40%的改善，效果的话，在展位上也可以看到。

这一款也已它量产，第一个量产客户是创维，是基于京东方1600的分辨率屏幕，厚度就是20mm，单目的重量只有20克出头，虽然说透镜块头比较大，但是我们做的比较轻，曲光度，直接旋转它就可以实现曲光度800度以内的调整，我们目前选的数字材料，所以相对来说也抗摔，也能够保证重量很轻。

我们因为技术的团队聚焦在光学这个环节，所以研发过程中也会把我们这些成果通过专利固化下来，截止到目前已经提交了101篇专利，其中40篇是国内外的发明专利，一半已经获得授权，这100篇包括了我们VR的共轴空导，剩下的50篇覆盖到了AR超薄的光学，包括不到10%的部分是未来要解决的问题，我们统过两块屏幕合成一个3D图像的时候，会有隐隐约约的眩晕的感觉，我们已经在开发了。

我们不仅仅是针对模组性能的提升，我们也会对量产的一致性、稳定性做了比较多的努力，我们建了一个超过一千平的无尘间，把我们整个生产流程也进行了ISO质量的体系认证，还有环境的管理体系都已经通过。

在模组研发的过程中，因为我们和客户之间的交货不是用眼睛去验收，所以我们也额外做的一个测试，针对光学性能测试一系列的平台，而且这个测试平台我们目前也是可以对非模组客户去销售的，如果采购了其他模组，你可以考虑用我们的测试设备对他们进行量产的测试和品控。

这个里面，中间这个单目测量平台可以覆盖到视场角、畸变、MTF、颜色、亮度等等一些核心的光学性能，右边这个是针对虚像距离的管控，左边这个是双目的合像。我们对标的是欧洲的，大概欧美有3家这样的设备供应商，但是我们的性价比比他们要高很多。

已经实现的量产的出货，这个也是从正面去反映我们在量产的能力层面，我们到目前建设的积累，CA50我们做过的引擎是超过1万套，这里面还有FPV，广义来说也是属于VR，是针对无人机，在地面上操控无人机的头戴显示，它和VR整个研发生产过程比较类似，所以这块我们也做了一些工作。

简单来说就是一个光学的团队聚焦在光学的研发以及量产，为广大的品牌商和应用场景开发商一起，打好这个助攻。谢谢大家！

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