2018年底,成立于2016年的创业公司Kura Technologies公布一款FOV高达135°(此处及以下均为对角线视场角),亮度2000nit的AR光波导方案眼镜原型。当时市面上比较知名的产品HoloLens视场角约34°,Magic Leap One 视场角约50°,而且在户外强光下的显示亮度也一直被认为需要加强。

随后,Kura在2019年正式发布产品:Kura Gallium,视场角提升至150°,透光率达95%,亮度高达4000nit,并且支持双眼8K分辨率。这相比于2018年的原型机在技术规格上又获得了极大提升,单视场角方面就是Magic Leap One的3倍。

看起来很“离谱”的技术规格、产品迟迟未曾面世也让Kura遭到了许多质疑,但在今2020年8月,Kura仍旧完成了数百万美元的融资。就在大家都以为Kura会继续“神隐”时,其创始人兼CEO Kelly Peng在接受外媒skarred ghost采访时对Kura Gallium的技术规格、光学方案等都做了详细解释,也让我们进一步了解Kura是如何让Gallium达到高技术规格的。

Kura Gallium是如何实现150°FOV的?

结合此前已经公开的各种信息,和采访中Kelly Peng透露的信息,整理出Kura Gallium的参数如下:

在某些参数方面,Kelly有进一步的解释。单眼8K分辨率,同时具有中央凹形渲染和帧预测功能,她说:“预测功能是必要的,因为即使是最新的高通骁龙芯片组也无法处理高帧率的双8K显示器。”

在平台适配支持方面,她提到,SDK目前仅支持Unity平台,后续将加入对Unreal的支持。使用PC时,目前仅支持Windows,正在全力适配Linux及安卓。同时,所有API均具有纯C语言版本。

想要实现上述所有参数,对技术要求较高。比如如何将多个传感器放置在眼镜中,同时保证重量低于80g?

Kelly表示上述所有功能都能实现:“这些功能都不会占用太多空间,例如,摄像头非常小,可以在PCB级别实现,眼动追踪模块的支架也可以达到1毫米。去年我们进行了许多工程学方面的测试,也会帮助我们调整眼镜。目前的目标是80-82g。最终,在实现上述所有功能的情况下,无论如何都不会超过100g。”

Gallium如何做到150°的大视场角,也是目前市场最关心的问题之一。

图源:Kura官网

在光学技术方面,Gallium选用几何光波导方案,也就是阵列光波导,简单来说就是通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出,这一技术的代表公司是以色列的Lumus,其优势是技术难度较低,量产可能性比较大,目前国内也有许多光学模组公司采用该方案。

但Gallium比较特别的是在“几何光波导”前加了“结构化”二字,这涉及到Kura的独特考量。

市面上的主要方案包括衍射光波导、自由曲面、BB方案等,但都各有优缺点。比如,Kura认为,衍射光波导方案虽然体积小,但色散问题导致的彩虹效应造成技术上的难度;而自由曲面虽然视野宽阔、成本低,但体型大难以长时间佩戴;BB方案则因为两次反射造成75%光损,导致透光率低也不被考虑。

Kura的做法是优化阵列光波导的各层结构。像在衍射波导中一样,光通过全内反射耦合到目镜下,但是目镜中的结构明显大于波长,从而防止了环境光中的彩色重影。此外,输出耦合元件是普通的几何光学器件,而不是衍射元件,这减轻了衍射过程由于对角度和波长选择的问题导致的色散、彩虹效应。此外,精心设计的多层设计可使外耦合元件覆盖目镜约5%的面积,从而能够保持很高的透光率。

Kelly表示:“提供大视场角的不是单个组件,而是类似ASIC和定制驱动器、定制光学器件等组件协同工作的结果。所谓‘结构化几何光波导’实际上是我们创造的名词,我们对不同层上的光学器件的专利方案进行了优化,以获得最佳透光率、效率和均匀性,而且没有重影。”

“使用结构化波导,要求我们同时构建定制光学软件配合,并且还要在定制芯片和定制显示器上工作,以达到大FOV。也就是说,因为我们已经在每一个自定决方案上做了努力,所以视觉效果才是可能的。”

“比如8K分辨率的Micro LED显示器和我们的显示引擎是配合使用的,如果把想这些用在其他的AR眼镜上,就无法提供与Gallium相同的性能。我们对方方面面都进行了优化,也为此建立了专门的组装和对准流程。”

根据Kelly的描述,选择Micro LED是排除了许多其他选项,比如DLP被垄断,成本较高、LCoS色彩表现较差,而Mrico OLED则是由于距离量产较远同时没有Micro LED在降低功耗和提升亮度的表现好。

目前Kura Gallium处在测试阶段,大部分组件已经于去年投入生产,而且也在不断进行生产优化,但仍有一些部件使用3D打印,尚未确定最终形态。但Kelly表示,上下游合作伙伴关系已经确立,生产流程也已经跑通,提供给核心合作伙伴的开发版本(不是开发者版本)会在1-2月内开始发货,完整版约于今年下半年发货。

Kelly表示,价格方面暂时定在1500美元,相比于HoloLens等头显已经非常亲民。目前成本在500美元左右,未来可能会降到200美元,定价方面也有望低至1000美元以下。此外,也面向企业销售100美元的SDK或定制SDK。

小团队创新是优势,预计2025年AR落地消费级

无论是对光学方案的选择还是对显示屏幕以及产品技术解决方案的规划,都能够看出Kura团队有一定的技术背景和实力。

Kelly Peng本人是电气、光学及软件工程师,也出于各种原因接触过光学、脑机接口、自然语言处理等各种技术项目,所以她对光学、脑机接口、人机交互等方面有相对深入的了解。

Kura在创办之初是一家脑机接口创业公司,使用EEG(脑电波,Electroencephalogram)、 EMG(肌电图,Electromyogram)或类似技术进行工作,检测引擎的准确性一度达到了85%。

在不断地发展中,Kura团队很快意识到,如果没有能够搭载脑机接口的平台,那么研究再好的脑机传感器都是没有意义的,同时他们认为AR是一个不错的选择。

但Kura发现,当时的AR眼镜存在很多问题,最大的问题是光学器件无法正常工作,比如FOV小、噪音大、清晰度不够高等等。当他们向一些专家提出这些问题,也被反问了一个问题:“连微软都做不到的事情,你们怎么做到?”

这样的反问也给了Kura前进的动力。随后的几年,在技术方面,Kura评估了各种AR需要的技术,比如 OLED,LCOS,DLP等等;人才方面,一些拥有半导体、纳米制造等背景的人才加入,让Kura的团队加速成长。

“在最初的一年半到两年时间,它更像是一个研究项目,也就是两年前,我们结构逐渐清晰,制定了研发路线图,更加关注企业客户和开发者。同时开始融资,去年融了种子轮,今年开始跑A轮。”Kelly说。

经过几年的成长,Kelly对当年的质疑也有了回应,她认为,相较于大的团队,小团队在尝试和研发新事物上有一些优势。

“在过去10年里,有很多大公司试图制造AR眼镜,也有很多相关专利成功申请,但是没有任何大的进展。在这种情况下,很多初创公司的工作进展反而更好。”

“在AR行业中,很多决策至关重要。不适当的光学器件组合选择,可能会让研发团队浪费数月或数年的时间。在大型公司中,可以兼顾实际技术研发和决策的负责人较少,有时管理决策层直接宣布尝试新事物,是有一定风险的。大公司有自己已有的产品轨道,他们对于新事物的创新相对较慢。”

“而Kura是一个小型的、动手实践能力极强并充满的团队,Kura团队的责任心、专业技术知识可以支持公司在产品性能驱动下做出较为合理的决策。目前Kura的技术人员来自软件,光学,机械等专业背景,研发期间团队紧密合作、亲身实践,在决策时经历了多场集思广益的头脑风暴。大公司通常不是这样工作的,有一个供应商曾反映,与其他大公司相比,Kura拥有更多有趣的创新点。”

经历过2020年的全球疫情,AR行业踏入了新的阶段,小型的创业公司也获得了更多机会,比如远程协作时的互动交流。Kura AR眼镜的透光性让人能更好的目光交流,大FOV和户外亮度,都让它为远程协作所用。除此之外,3D设计也是Kura AR眼镜的一大应用。目前,娱乐、医疗、汽车、军事训练等领域企业也都表示了对Kura的兴趣,在天使轮融资时,Kura就已经拿到将近20万台的订单。

对于下一步的计划,Kelly表示,接下来不仅要完善技术,也会逐步精确目标市场,下一步计划与大型软件公司和制造商合作,以更快的速度、更低的成本生产和交付。

此外,她也简单表达了一下对AR产业未来的预测,一方面她认为,在未来的5年时间,AR软件生态系统会得到更完善的构建;另一方面,她表示2025年是AR落实到消费者的一年,因为目前趋势是更多公司参与到半导体、集成光学、开发工具等AR相关技术行业中来。

中国生产效率高,但XR行业“没有秘密”

根据VR陀螺的了解,Kura与中国渊源颇深。创始人Kelly Peng来自陕西西安,Kura在深圳也设有办公室,同时也获得了HTC的投资。

“HTC帮助我们更多地了解了中国市场。”Kelly说。由于跨国办公和商业往来,Kelly对中美两国的XR行业发展区别也有自己的看法。

她认为美国公司更在意技术、流程和创新。比如,美国有很多公司从事光学透镜、Micro LED的相关研究,而且对知识产权也更加在意。

而中国在跟踪技术、内容开发和生产上有优势,她说:“如果未来某种产品投入生产,那么在中国可以在几个月内实现大规模生产。我有一个朋友在北京的一家公司工作,每个人每天需要工作10个小时,中国的公司员工们动作太快了。”

在知识产权方面,她认为中国的XR行业“没有秘密”。

“中国公司可能不会对知识产权过分强调,有时他们愿意在行业内分享他们的工作。在中国即使拥有知识产权,如果进展慢,其他公司会迅速模仿超越。通常,我们在美国从事UI设计和工程学方面的工作,但会在中国制造PCB,中国公司可以很好的快速迭代优化它们。 ”

“另外,我想了解更多中国的情况,我希望能够在中美这两个国家和其他地方之间建立更多连接。”