《AR/VR/MR光学元件技术及市场-2022版》

原创 MEMS 2022-05-25 00:00

Optics for Virtual, Augmented and Mixed Reality 2022-2032


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虚拟现实(VR)可将真实环境替换为虚拟环境,增强现实(AR)则能将内容覆盖于真实环境之上,而在混合现实(MR)中虚拟内容可以与真实世界进行交互。VR已经成为一种训练辅助工具,一种远距离提供临场感的使能技术,一种设计或可视化工具,不仅如此,VR还是游戏行业的未来。AR/MR产品的使用正在稳步增长,它们可用于远程指导,将手术计划呈现在外科医生眼前,以及取代智能手机进行内容消费。未来,AR/VR/MR技术有望彻底改变我们的生活、工作和沟通方式。


广泛的AR/VR/MR应用


不过,一直到现在,AR/VR/MR设备所需要的专用光学元件仍是该行业的主要绊脚石之一。在VR设备中,越来越多地使用新型光学透镜,以解决目前占主导地位的菲涅耳透镜架构的不足。对于AR/MR设备来说,该细分行业主要由专业的光学元件设计厂商组成,这些具有创新能力的新兴厂商正如雨后春笋般涌现,为在这一领域同样活跃的AR/MR设备制造商提供丰富的光学技术。


AR/VR头戴设备市场预测(样刊模糊化)


据麦姆斯咨询报道,英国知名研究公司IDTechEx近期发布了这份最新的AR/VR/MR光学元件技术及市场研究报告,本报告主要覆盖了AR/MR光学组合器、光波导以及VR应用的透镜,并重点关注了波导辅助透镜以及支持这些技术的专业光学材料行业。该报告讨论并对比分析了所有技术的重点挑战,包括最大化视场和眼动范围、解决视觉辐辏调节冲突以及改善色彩再现等。

这份报告重点介绍了科技巨头抢滩元宇宙、OEM厂商动态、终端用户需求以及其他市场各方的努力。经过广泛的论证,报告给出了最终可能主宰市场的技术,并为行业的未来发展梳理出清晰的脉络。

AR/MR光学元件:光学组合器、光波导和辅助透镜


AR光学元件


AR/MR设备的开发目标是打造轻便舒适、用户可以全天佩戴的设备,在AR/MR应用中内外切换,同时实现佩戴者与其他虚拟和现实实体之间的自然交互。为此,必须使用光学组合器将图像叠加到用户的视觉上,这为工程设计带来了很多挑战。

光学组合器现状及市场潜力(样刊模糊化)


2022年,一种共识正在形成,即光波导是通向“无干扰、沉浸式AR/MR”的有效途径。HoloLens和Magic Leap设备中使用的表面浮雕衍射波导已经取得了初步进展。通过利用源自硅制造产业的工艺,可以实现相对轻薄且紧凑的设备,但仍存在成本高、图像质量和效率低等问题。全息衍射波导和反射波导提供了替代方案,它们有望彻底改变可制造性,并重新定义图像质量,但尚未获得显著的市场驱动。

AR光学组合器技术主要厂商(样刊模糊化)



一系列拓展的光学组合器技术,特别是Birdbath和freespace全息组合器,为AR/MR设备设计师提供了有前景的候选方案,特别是对于优先考虑成本或紧凑性的情况。不同的技术适用于不同类型的设备,为此,IDTechEx针对AR/MR设备市场分别按照广阔和狭窄视场进行了细分预测,并重点介绍了这两个类别中可能胜出的技术。


本报告特别关注了光学组合器的对比分析和发展潜力。进一步讨论了波导辅助透镜的现状,它可以实现视觉矫正,解决视觉辐辏调节冲突等。

VR光学元件:新兴透镜技术 vs. 菲涅耳透镜


VR光学元件


对于大多数VR用户来说,目前在显示器和人眼之间占主导地位的是菲涅耳透镜,用于放大图像并使其进入舒适的焦点,它们的表现“已经足够好”。然而,到了2022年,菲涅耳透镜似乎已经没有了进一步优化的技术空间。这些重量轻、成本低的光学元件通常用塑料模制或压印制成,可实现相对紧凑的VR设备,但在环形伪影、色彩对比度等方面存在不足。

尽管更先进的混合和多元件菲涅耳透镜设计有助于提高图像质量,但正在市场化的竞争技术解决了这些光学元件固有的许多问题,同时还增加了功能性,并使VR头显设备的尺寸更小。第一波新设计的重点是紧凑性,下一波的迭代将重点解决视觉辐辏调节冲突。

2021年,基于偏振的Pancake折叠光路方案凭借HTC的Vive Flow首次进入西方市场,来自Shiftall/Panasonic和Meta的产品预计将在2022年进一步发布。这些透镜通过折叠光路,实现更紧凑的设计,支持屈光校正,并且没有菲涅耳伪影。不过,该方案也提出了很高的开发挑战,折叠方案的光学效率较低,通过材料开发防止重影是其中的关键。其他新兴的紧凑型光学设计,如Lynx/Limbak的折反射自由棱镜透镜,也有望在2022年引起广泛的市场关注。

VR视觉辐辏调节冲突解决方案(样刊模糊化)


几何相位透镜阵列可以动态调焦以实现最高的沉浸感,有望在VR光学领域最终胜出,但距离实际应用可能还有几年的时间。基于全息或超表面的技术,已经吸引了Meta、Valve等主要厂商的关注和专利布局。显然,这一曾经默默无闻的领域已经成为创新的温床。

综合分析和市场预测

IDTechEx自2015年以来一直在跟踪研究AR/VR行业,密切关注该领域的技术和市场发展,IDTechEx与全球主要厂商进行了交流,参加历年重要的相关会议,并完成了许多咨询项目。

AR/VR/MR光学元件市场预测(样刊模糊化)


这份报告全面调研了AR/VR光学元件市场,评估了各种技术及其潜在应用障碍,以及针对不同应用领域的适用性。该报告基于对各技术领域主要厂商的交流和沟通,提供了它们的全面介绍。IDTechEx还针对每种细分技术提供了详尽的10年期市场预测,以及供应链端的材料预测。


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