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1、苹果苹果MRMR:硬件顶配、生态丰富:硬件顶配、生态丰富VR/ARVR/AR有望迎有望迎iPhoneiPhone时刻时刻分析师:杨艾莉分析师:杨艾莉 010-85156448 SAC 编号:S1440519060002SFC 编号:BQI3302023年5月22日研究助理:杨晓玮研究助理:杨晓玮本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国(仅为本报告目的,不包括香港、澳门、台湾)提供。在遵守适用的法律法规情况下,本报告亦可能由中信建投(国际)证券有限公司在香港提供。同时请参阅最后一页的重要声明。证券研究报告证券研究报告 行业深度报告行业深度报告分析师:刘双峰分析师:刘双峰 15013629
2、685 SAC 编号:S1440520070002SFC 编号:BNU539分析师:王天乐分析师:王天乐 15201521940SAC 编号:S1440521110001SFC 编号:BOX416 1 1核心观点核心观点据彭博社等多家海外媒体报道,苹果有望在今年6月6日-10日开发者大会上,推出其第一代MR头显产品1)从硬件参数来看从硬件参数来看,均达到行业均达到行业“顶配顶配”:包括Micro-OLED显示屏、电脑级M2芯片、十余颗摄像头和传感器等,能够实现VR/AR切换、眼动/手动追踪功能。2)从内容生态来看从内容生态来看,兼容兼容、智能智能、多元是关键词多元是关键词。1)兼容性:兼容性:
3、可与iPhone、iPad等其他苹果设备无缝切换;2)智能性:智能性:支持Siri语音输入创建物品,极大降低UGC门槛;3)多元性:多元性:布局健康、教育、游戏、视听四大内容品类。我们此前也前瞻提出我们此前也前瞻提出,快速发展的快速发展的AIAI技术技术,有望撬动有望撬动VR/ARVR/AR行业奇点行业奇点,我们看到:我们看到:1 1)SAMSAM模型助模型助VR/ARVR/AR内内容更好生成容更好生成,也革新了也革新了VR/ARVR/AR的交互体验;的交互体验;2 2)AIAI提升提升VRVR内容的制作效率内容的制作效率,提升供给提升供给。在全球智能手机出货量下滑背景下在全球智能手机出货量下
4、滑背景下,手机龙头公司苹果的第一代手机龙头公司苹果的第一代MRMR产品意义非凡产品意义非凡,顶配的硬件参数和丰顶配的硬件参数和丰富兼容的内容生态富兼容的内容生态,足见其对足见其对VRVR、ARAR市场的重视与投入程度市场的重视与投入程度。我们看好苹果我们看好苹果MRMR发布发布,以及以及AIAI技术的快速发展技术的快速发展,对对VRVR、ARAR行业的带动行业的带动。我们看好苹果我们看好苹果MRMR发布发布,以及以及AIAI技技术的快速发展术的快速发展,对对VRVR、ARAR行业的带动行业的带动。1 1)硬件相关公司:建议关注兆威机电硬件相关公司:建议关注兆威机电,长盈精密长盈精密,立讯精密立
5、讯精密,华兴源创华兴源创,杰普特杰普特2 2)内容相关公司:推荐恺英网络内容相关公司:推荐恺英网络、锋尚文化锋尚文化、风语筑风语筑、凡拓数创凡拓数创、大丰实业;关注丝路视觉大丰实业;关注丝路视觉、宝通科宝通科技技、电魂网络电魂网络、凯撒文化凯撒文化、飞天云动飞天云动。OYdUsWjWmUtRtRnQbR8Q9PpNpPoMnOlOpPmRjMtRtQ6MpPzQwMmRxOxNpNyQ2 2前言:预计前言:预计2023 WWDC上将发布上将发布XR相关相关OS及产品及产品OS版本版本软件升级软件升级硬件更新硬件更新/固件升级固件升级2022 WWDCiOS 16、watchOS 9、iPadO
6、S 16、macOS Monterey、tvOS 16、Swift 6、Xcode 14ARKit 6、Siri enhancements、Health enhancements、iCloud enhancementsM2芯片、MacBook Air更新、MacBook Pro更新、Mac mini更新、iMac Pro更新、Mac Pro更新、iMac更新、AirPods更新2021 WWDCiOS 15、iPadOS 15、watchOS 8、tvOS 15、macOS Monterey、Spatial AudioARKit 5、Xcode 13、iCloud+、FaceTime、Wall
7、etiMac、MacBook Pro更新、iPad Pro更新、Apple TV 4K更新2020 WWDCiOS 14、iPadOS 14、watchOS 7、tvOS 14、macOS Big SurXcode 12、ARKit 4AirPods Pro、iPad、MacBook Air更新、Mac mini更新、iMac更新、MacBook Pro更新2019 WWDCiOS 13、iPadOS、watchOS 6、tvOS 13、macOS CatalinaXcode 11、Sign in with Apple、ARKit 3Mac Pro、Pro Display XDR、MacBoo
8、kPro更新、iMac更新、Mac Pro更新、macOS Server更新2018 WWDCiOS 12、tvOS 12、watchOS 5、macOS MojaveARKit 2、Siri Shortcuts、Xcode 10iPad、macOS Server更新、MacBook Pro更新、iMac更新、MacBook Air更新、Mac mini更新2017 WWDCiOS 11、watchOS 4、tvOS 11、macOS High SierraARKit 1、Xcode 9iMac Pro、HomePod、iPad Pro更新、MacBook更新、iMac更新、MacBook P
9、ro更新2016 WWDCiOS 10、watchOS 3、tvOS 10、macOS SierraXcode 8、Siri for Mac、iWork更新、iLife更新、Swift PlaygroundsMacBook Pro更新资料来源:苹果WWDC,中信建投图表:历届图表:历届WWDCWWDC上发布的产品上发布的产品 苹果2023年WWDC大会将在6.6-6.10举行,本次WWDC除了会发布iOS 17、iPadOS 17等OS产品,以及MacBook Air 等硬件产品外,预计会发布xrOS 和相关功能应用,并在更晚一些时间发布MR头显硬件产品“Reality Pro”。3 3目目
10、录录第二章第二章第一章第一章硬件升级,行业顶配,打破硬件升级,行业顶配,打破VR与与AR的界限的界限内容丰富,兼容性强,应用场景大幅增加内容丰富,兼容性强,应用场景大幅增加第三章第三章生成式生成式AI爆发,降爆发,降XR内容制作门槛,革新交互体验内容制作门槛,革新交互体验第四章第四章相关公司相关公司 4 41.1 MR头显是一个什么样的产品?头显是一个什么样的产品?第一代头显自2015年左右开始研发,配备了性能可以媲美最新款Mac的先进处理器,而且搭载了超高分辨率屏幕。目前设备进入量产准备阶段。第二代Apple AR/MR预计2025年上半年出货,零组件供应商预计2024年下半年供货。库克表示
11、AR是一个像智能手机一样伟大的想法,苹果希望AR眼镜能在10年后取代iPhone,那么可以预计它未来的总销量将会达到数十亿台。图表:第一代图表:第一代Apple MR头显渲染图头显渲染图资料来源:彭博社,映维网,财联社,IDC,中信建投 5 51.1 苹果苹果AR/VR团队已搭建多年,具有强大的研发设计能力团队已搭建多年,具有强大的研发设计能力 苹果苹果AR/VR团队已搭建多年团队已搭建多年,汇聚群英汇聚群英,团队规模和研发能力均为行业领先团队规模和研发能力均为行业领先。2015年,苹果的AR/VR项目成立,团队负责人是前杜比执行副总裁Mike Rockwell,目前苹果AR/VR技术团队人数
12、约为2000人,该团队不仅有来自NASA和来自游戏、图形和音频行业的关键员工,还有iPhone、iPad和 Mac的前硬件和软件工程师。团队成员团队成员负责负责Mike Rockwell杜比实验室的执行副总裁,ARVR项目负责人,视觉和高保真方面专家Doug Bowman计算机教授。带领弗吉尼亚理工大学的人机交互中心。3D 用户界面设计HoloLens 团队有创建高级增强现实耳机的经验Lytro团队能够融合实景和计算机图形以提供实景 VR 体验的相机Zeyu Li苹果高级计算机视觉算法工程师。曾Magic Leap(AR/VR显示器公司)担任首席计算机视觉工程师Yury Petrov担任研究科
13、学家。研究了虚拟现实体验、光学原型并开发了计算机模拟软件。曾是Oculus研究科学家Jeff Norris担任增强现实团队的高级经理。曾任职于NASA,领导了多个专注于人机交互的项目,重点是虚拟和增强现实Sterling Crispin为VR设备开发了立体绘图软件Andrew Kim曾任职于特斯拉和微软Hololens。可能效力于苹果的AR眼镜或苹果汽车Arthur van Hoff担任高级架构师。曾是Jaunt VR创始人,其主攻VR硬件,包括开发了3D VR相机Kim Vorrath从苹果软件主管调任到增强现实耳机部门。他被描述为“强大的力量”,可确保员工按时完成任务,同时还能找出错误”资
14、料来源:苹果,中信建投图表:苹果图表:苹果MR团队成员团队成员 6 61.1 苹果为苹果为AR/VR(HMD 头戴式显示设备)积累了大量相关专利头戴式显示设备)积累了大量相关专利 苹果自从2014年开始,即为AR/VR(HMD 头戴式显示设备)积累了大量专利。其中包括显示类、扫描类、手部识别、眼球追踪、音频、导航、监测、AI算法、操控、识别等多方面技术。资料来源:苹果,中信建投时间时间专利名称专利名称描述描述涉及领域涉及领域2021年6月Apple 为未来的 AirPods、眼镜和 AR 耳机改进了带有空间音频的定向触觉输出系统根据头部转动,听到3D的音频音频2021年3月Apple 推出了一
15、种新型智能戒指系统,主要用于 AR、VR 和 MR 应用程序利用手上的戒指,识别手部动作手部识别2021年3月Apple 的第一个工业增强现实相机系统将信息投影到真实环境中的真实物体的方法和系统显示2021年3月超声波力检测(Ultrasonic Force Detection)基于超声波在用户身体(例如,在用户的手指/手指)中的传播的超声波力检测系统和方法检测2020年12月根据探测物体的视觉信息VIRTUAL CONTENT POSITIONED BASED ON DETECTED OBJECT该专利将为用户提供只有在佩戴这些 AR 眼镜时才能看到的信息显示2020年9月虚拟纸张(Virt
16、ual Paper)该专利申请涉及未来在设备上使用虚拟纸,这些设备将能够在虚拟纸改变角度时在不同位置保持图形完好无损和观点显示2020年9月AR 体验分享软件(AR Experience Sharing App)这个专利包含数十个专利,2020年7月Spatial Audio在苹果耳机中实现空间音频音频2020年7月Systems and methods for determining an object through a disambiguated selection in a mixed reality interface苹果将20200233212 和10,558,037两个专利混合成
17、了一个。主要关于在车挡风玻璃上实现更加真实与现实交互的图像显示2020年6月CONTROLLING EXTERNAL DEVICES USING REALITY INTERFACES使用现实界面,用户能够获得关于一个或多个外部设备的信息(例如,操作状态)或控制一个或多个外部设备的功能操控Contextual Digital Assistants使用apple的头戴设备,可能会在用户玩游戏时提供游戏辅助。显示/AI2020年1月Object Detection Using Multiple Three Dimensional Scans利用iphone摄像头扫描并创建3D图像扫描2019年11月
18、Tangibility Visualization of Virtual Objects within Various Headset Environments在头显中将计算机模拟的图像投影在真实世界中的技术显示2019年7月专利代号和名称没有找到AR 设备可以内置到未来的车辆中显示2019年七月Augmented reality device to warp images帮助有视网膜问题的用户使用 iPhone 拍照,而让他们的盲点不再成为障碍显示2018年3月3d document editing system一种头戴式显示器,可用于将虚拟键标签叠加到物理键盘上显示2019年5月Visua
19、l Inertial Odometry Health Fitting自动确定设备相对于真实环境的位置和/或方向,并创建真实环境的缩放几何模型,而无需预先了解环境。扫描2020年6月Vein scanning device for automatic gesture and finger recognition利用apple watch 确定手部动作手部识别2019年4月IMU based gloves智能织物技术制成的 VR 手套可用于多种应用,包括游戏、教育和军事训练手部识别图表:苹果图表:苹果MR相关专利相关专利 7 7POCPOC(Proof of Concept)(Proof of C
20、oncept)EVTEVT(Engineering Verification Test)(Engineering Verification Test)DVTDVT(Design Verification Test)(Design Verification Test)PVTPVT(Production/Process Verification Test)(Production/Process Verification Test)MPMP(Mass Production)(Mass Production)既概念验证,目的是以尽可能低的成本证明产品背后的基本概念。也是具体项目开展前,对客户的需求进行
21、进行简单的基础验证,POC 通过后,再向后推进。POC 的目的主要是验证厂商的是否具备相应的能力,能不能满足项目基础要求。POC验证概念验证概念产品开发初期的设计验证。许多产品刚设计出来仅为工程样本,问题很多需要把可能出现的设计问题一一修正,重点在考虑设计完整度,是否有遗漏任何规格。包括功能和安规测试,一般由RD(Research and Developmentengineer,研发工程师)对样品进行全面验证,因是样品,问题可能较多,测试可能会做N次,所以这种设计通常是硬件电路的工程验证verification)、除错(debug)EVT工程验证测试工程验证测试设计验证测试是研发的第二阶段,所
22、有设计应该都已经完成了。这个时候会把机构的外壳加上来,另外电路板也要达到实际的尺寸大小,这样才可以把电路板整个放到机构壳之中。这个阶段的机构外壳有可能一开始只是拿一块大的树脂用雷射雕刻所制作出来的样品,或是用软模具所生产出来的而已,目的是在真正模具发包生产前,用来验证机构外壳的设计是否符合需求,因为真正的模具费用很贵,所以要先验证才能开模。DVT设计验证测试设计验证测试这个阶段的产品设计应该已经全部完成,所有设计的验证也告一段落了。这个阶段试产的目的是要做大量产前的制造流程测试,所以必须要生产一定量的产品,而且所有的生产程序都要符合制造厂的标准程序,另外还要计算所有的治工具、测试治具及生产设备
23、数量是否可以符合大量产的产能(capacity).PVT生产验证测试生产验证测试量产意味着已经下了采购订单(PO),并与CM商定了生产数量。现在只剩下“简单的事情”,即销售、客户支持和服务、处理产品退货和缺陷,以及考虑下一个产品版本。MP量产量产20152023资料来源:苹果,中信建投1.1 MR头显经历了头显经历了7年的开发验证测试,已达到量产准备阶段年的开发验证测试,已达到量产准备阶段 8 8 第一代第一代MR头显头显“Reality Pro”硬件方面均为高规格硬件方面均为高规格。据The Information、VR陀螺,苹果MR头显屏幕为两块1.4英寸、4K级高分辨率的 Micro-O
24、LED 屏幕,供应方为索尼;芯片搭载了基于苹果M2打造的2枚处理器芯片,采用5nm工艺打造,已被应用于 MacBook Pro 等产品;光学方案采用了Pancake折叠光路,Fov达120;摄像头和传感器方面,苹果MR头显配备了十余颗摄像头和传感器,其中每只眼睛各一颗,以实现眼动追踪和注视点渲染功能还搭载了如今应用于iPhone和iPad设备的LiDAR传感器,以实现SLAM等功能。图表:苹果图表:苹果MRMR头显参数推测汇总头显参数推测汇总资料来源:The Information、VR陀螺,中信建投产品名称产品名称Reality Pro操作系统操作系统xr OS(海外平台爆料海外平台爆料)R
25、ealityOS(商标文件信息商标文件信息)产品代号产品代号N301电池电池电池外置光学方案光学方案Pancake折叠光路+Micro-OLED屏幕分辨率屏幕分辨率3块屏幕,其中2块4K MicroOLED,内屏单眼4K(索尼)芯片芯片主SOC基于M2打造RAM16GB一颗专用的图像信号处理器屈光度调节屈光度调节后配镜片IPD自动IPD调节FOV120其它特性其它特性眼动追踪、面部识别、手势识别电池电池外置可更换,单次可使用两小时售价售价3000美元摄像头摄像头8颗外部头+4颗眼部追踪+2颗眼部追踪红外+2颗Face ID+2颗红外+1颗TOF重量重量大约400g1.1 硬件方面均为高规格硬件
26、方面均为高规格 9 91.2 芯片方案:苹果单独为芯片方案:苹果单独为MR设备开发定制多颗芯片设备开发定制多颗芯片 苹果会为新类别终端设备单独开发定制芯片,如智能手机的A系列芯片,智能手表的W系列芯片,Airpods的H系列芯片以及PC的M系列芯片。由于MR设备对算力的需求较大,苹果将单独为MR开发定制芯片,预计可能是M2的改款。另外苹果为MR设备单独设计了代号为 Bora 的图像处理芯片和代号为 Golay 的无线芯片,用于驱动内部显示屏和设备与基站间的数据传输。图表:苹果自研芯片及应用图表:苹果自研芯片及应用终端类型终端类型芯片芯片发布时间发布时间设备设备智能手表智能手表W32018Q3W
27、atch 4、Watch 5、Watch 6、Watch SE智能家居智能家居S52019Q3HomePod MiniTWS耳机耳机H12019Q1AirPods(2nd Gen)、Powerbeats Pro、Beats Solo Pro、AirPods Pro、Powerbeats(2020)、AirPods MaxH22022Q3AirPods Pro 2手机手机A13 Bionic2019Q3iPhone 11、iPhone 11 Pro、iPhone 11 Pro Max、iPhone SE(第二代)、iPad(第九代)、Studio DisplayA14 Bionic2020Q3i
28、Phone 12系列,iPad Air(第四代),iPad(第十代)A15 Bionic2021Q3iPhone 13 mini、iPhone 13、iPhone 13 Pro、iPhone 13 Pro Max、iPhone SE(第三代)、iPhone 14、iPhone 14 Plus、iPad mini(第六代)A16 Bionic2022Q3iPhone14 Pro、14 Pro MaxPCM12020Q4iMac 2021、MacBook Air(M1,2020)、MacBook Pro(M1,2020)、Mac mini 2020、iPad Pro(2021)、iPad Air(
29、第5代)M22022Q2MacBook Pro(M2,2022)、MacBook Air(M2,2022)、Mac mini 2023、iPad Pro(2022)资料来源资料来源:苹果:苹果,中信建投中信建投 10101.3 显示方案:硅基微显示方案有望逐步得到广泛应用显示方案:硅基微显示方案有望逐步得到广泛应用资料来源:Ofweek,BOE,电子工程专辑,赛迪顾问,中信建投显示技术显示技术LCDMini LEDOLEDMicro OLEDMicro LED技术类型传统LED(背光)背光自发光自发光自发光亮度(nit)5001000-60005001000-6000100000(全彩)色域7
30、5%NTSC110%NTSC124%NTSC100%NTSC140%NTSC对比度1000:110000:110000:110000:1100000:1寿命(小时)约60000约80000-100000约20000-30000100000反应时间毫秒(ms)纳秒(nm)微秒(s)微秒(s)纳秒(nm)运行温度/-40-100-100-120-30-85-50-70-100-120功耗:同尺寸高低LCD的60-80%低LCD30-40%驱动方式Driver ICDriver ICDriver ICTFT/CMOSTFT/CMOS良率高较低至少80%以上较低低厚度厚薄较薄薄薄制造工艺简单复杂较复杂
31、复杂复杂成本低较高中等较高高产业化程度已成熟多年近期逐步量产已成熟多年近期逐步量产研究阶段 硅基微显示器更加符合硅基微显示器更加符合XR领域需求领域需求,大幅改善显示体验大幅改善显示体验,有望逐步得到广泛应用有望逐步得到广泛应用。在XR领域,用户希望拥有尺寸更小、清晰度更高、刷新速度更快、功耗更低的设备来实现海量信息的传达,得到身临其境的体验。传统显示器通常是基于非晶硅、多晶硅薄膜场效应晶体管(TFT)工艺的,像素密度一般不高于 1000 PPI。随着CMOS工艺技术的发展,出现了以单晶硅为衬底的硅基微显示器,在单晶硅 CMOS 工艺条件下,单像素点距可达 10 m 以下,像素密度提升至 50
32、00 PPI 以上,可以制造出尺寸更小的显示器,制造良率也大幅提升。11111.3 显示方案:显示方案:Fast-LCD产业链成熟,性价比高产业链成熟,性价比高 Fast-LCD屏幕量产稳定、性价比高,目前已成为消费级屏幕量产稳定、性价比高,目前已成为消费级VR头显的主流屏幕。头显的主流屏幕。Fast-LCD技术使用新的液晶材料(铁电液晶材料)和超速驱动技术(overdrive)来有效提升刷新率,同时也具有较高的量产稳定性和良率,性价比较高,Oculus Quest 2即采用一块改良后的 Fast-LCD 替换了上代产品中的两块 AMOLED。Fast-LCD刷新率、刷新率、PPI、功耗表现未
33、达到理想状态,显示技术仍需升级。、功耗表现未达到理想状态,显示技术仍需升级。目前主流VR搭载Fast-LCD屏幕,刷新率在90-120Hz,单眼PPI(像素密度)约1000,相比理想状态(刷新率120-240Hz,单眼PPI 2000-4000)仍有较大提高空间,此外由于Fast-LCD显示需要全亮背光层,功耗也比较大。中长期来看,Fast-LCD受限于工作原理,已经较难跟上VR设备升级显示性能的要求。目前国内外布局Fast-LCD技术的公司包括:夏普(日)、JDI(日)、京东方、华星光电等。资料来源:映堆网,雷锋网,中信建投OLEDFast-LCD优势 响应时间小,低于1ms 对比度高,达1
34、00000:1 可规模化生产 价格较低 量产稳定劣势 像素密度低,量产型不超过800PPI,受工艺和掩膜材料限制,提升空间有限 光线透过率低,尤其是使用pentile子像素布局的面板 对比度低,通常是1000:1 响应时间高,快速液晶也达ms图表:图表:FastFast-LCDLCD与与OLEDOLED方案对比方案对比 12121.3 显示方案:显示方案:LCoS产业链相对成熟,性价比较优产业链相对成熟,性价比较优 硅基液晶(LCoS)是一种新型的反射式微液晶投影技术,它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片。传统的LCD是做在玻璃基板上,LCOS则是做在硅晶圆上。前者通常
35、用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高;LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达40%以上,而且可随半导体制程快速的微细化,逐步提高解析度。LCOS的优势在于结构紧凑、稳定可靠、分辨率高,缺点在于对比度不足以及功耗较高。LCoS 器件结构:液晶器件制作于单晶硅基底上,通过反射光形成图像。硅基底中集成 CMOS 驱动电路,表面通过化学机械抛光(CMP)等工艺形成像素电极,在电极上制作定向层,盖上覆有ITO电极的玻璃,灌入液晶形成。目前国内外布局LCoS技术的公司包括:Syndiant(美)、豪威科技/韦尔股份、KOPIN(美)、奇景光电(台)、Raontech(韩)。图表:图
36、表:LCoSLCoS面板剖面图面板剖面图资料来源:光电子技术,豪威科技,中信建投图表:豪威科技图表:豪威科技LCoSLCoS产品产品OP02220OP02220产品架构图(单像素)产品架构图(单像素)13131.3 显示方案:显示方案:Micro OLED(硅基(硅基OLED)正快速导入应用,有望成为“元宇宙主流显示器”)正快速导入应用,有望成为“元宇宙主流显示器”Micro OLED显示性能有所提升,有望成为中短期内的替代方案。显示性能有所提升,有望成为中短期内的替代方案。不同于LCD和OLED采用的玻璃基板,Micro OLED是单晶硅晶圆基板,显著降低像素尺寸,仅有前者1/10,可有效提
37、升像素密度和角分辨率。Micro OLED 分辨率可达3000PPI以上,响应时间可达微秒级。苹果第一代苹果第一代MR头显采用索尼供应的头显采用索尼供应的Micro OLED,达到极致显示效果,达到极致显示效果。苹果即将发布的MR将配有2块4K的Micro-OLED。LG Display的一位高管曾表示,硅基OLED将是未来元宇宙设备使用的主要显示屏 目前国内外布局硅基OLED技术的公司包括:Sony(日)、eMagin(美)、MED(英)、KOPIN(美)、MicroOLED(法)、LG(韩)、视涯科技、创视界/京东方、清越科技、维信诺等。提供硅基OLED检测设备的公司包括:华兴源创、精测电
38、子等图表:硅基图表:硅基Micro OLEDMicro OLED显示器件结构显示器件结构资料来源:索尼,LEDinside,各公司官网,中信建投图表:近期发布的图表:近期发布的VR/ARVR/AR及显示技术及显示技术品牌品牌发布时间发布时间产品名称产品名称设备类型设备类型显示技术显示技术Vuzix2022年1月Vuzix ShieldAR智能眼镜Micro LED2022年1月Vuzix M400CAR智能眼镜Micro OLEDWaveOptics2021年8月LeopardAR智能眼镜Micro LEDRokid2021年9月Rokid AirAR智能眼镜Micro OLEDPimax20
39、21年10月Pimax Reality VR头显一体机Mini LEDEM32021年11月ETHERVR眼镜Micro OLED索尼2021年12月/VR头显设备Micro OLEDArpara2021年12月Arpara AIOVR一体机Micro OLED松下2022年1月Megane XVR头显Micro OLEDCellid2022年1月Celid Waveguide 60AR智能眼镜Micro LEDNreal2022年2月Nreal AirAR眼镜Micro OLEDTCL2022年1月NxtWear AirXR眼镜Micro OLED影目科技2022年7月INMO AirAR智
40、能眼镜Micro OLEDApple2023年Apple MRXR眼镜Micro OLED 14141.3 显示方案:显示方案:Micro LED技术逐渐成熟,有望接力技术逐渐成熟,有望接力Micro OLED驱动驱动VR显示再升级显示再升级 Micro LED 是高度集成的自发光器件,在CMOS 驱动芯片上集成微小尺寸的 LED 阵列,形成 MicroLED 微显示器,每个 LED 像素点单独寻址点亮形成图像。Micro LED 的发光效率高、色彩丰富、器件稳定、响应速度极快,能在近眼显示领域得到较好应用。但目前Micro LED技术尚不成熟,在外延技术、封装结构、Wafer bonding
41、、全彩方案、功耗等方面仍有需解决的问题。预计Micro LED逐步成熟量产之后,将接力Micro OLED推动微显示技术继续升级。目前国内外布局目前国内外布局Micro LED技术的公司包括:技术的公司包括:KOPIN(美美)、JBD/上海显耀上海显耀、利亚德利亚德。提供提供MicroLEDMOCVD设备的公司包括:中微公司等设备的公司包括:中微公司等图表:图表:Micro LED 微型显示器结构与微型显示器结构与 RGB 单色显示单色显示图表:晶圆级单片混合集成技术(可避免巨量转移,提升良率)图表:晶圆级单片混合集成技术(可避免巨量转移,提升良率)资料来源:激光与光电子学,中信建投 1515
42、1.4 光学方案:光学方案:Pancake为头显继续“瘦身”,成为为头显继续“瘦身”,成为VR光学技术的未来发展方向光学技术的未来发展方向 超短焦光学为头显继续“瘦身”超短焦光学为头显继续“瘦身”,Pancake为最易量产方案。超短焦光学按照视场角的大小可划分为自由曲面为最易量产方案。超短焦光学按照视场角的大小可划分为自由曲面和基于反射偏振的折叠光路技术两种方案:自由曲面透镜加工工艺复杂、成本更高、应用条件更为苛刻,难和基于反射偏振的折叠光路技术两种方案:自由曲面透镜加工工艺复杂、成本更高、应用条件更为苛刻,难以量产;而折叠光路技术(以量产;而折叠光路技术(Pancake lenses)量产潜
43、力较大,目前是超短焦光学的主要解决方案。)量产潜力较大,目前是超短焦光学的主要解决方案。Pancake目前市面上多为两片式,其生产工艺要求简单,成本可控,是目前大多数目前市面上多为两片式,其生产工艺要求简单,成本可控,是目前大多数VR眼镜所采用的短焦光学眼镜所采用的短焦光学方案。基于方案。基于Pancake技术方案的技术方案的VR眼镜,图像源发射光线进入半反半透的镜片之后,光线在镜片、相位延迟眼镜,图像源发射光线进入半反半透的镜片之后,光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返,最终从反射式偏振片射出。实现了将光路“折叠”,压缩光学镜头与显片以及反射式偏振片之间多次折返,最终从反射式偏
44、振片射出。实现了将光路“折叠”,压缩光学镜头与显示屏之间的距离,极大地缩小了产品体积。示屏之间的距离,极大地缩小了产品体积。图表:图表:PancakePancake折叠光路原理折叠光路原理图表:图表:PancakePancake方案与菲涅尔透镜性能对比方案与菲涅尔透镜性能对比资料来源:wellsenn XR,中信建投资料来源:资料来源:Edmund,Meta,中信建投中信建投菲涅尔透镜方案菲涅尔透镜方案Pancake模组方案模组方案原理示意图原理示意图可变焦调节可变焦调节支持支持理论理论FoV上线上线140200可支持面板分可支持面板分辨率上限辨率上限4K*4K无限制光学效率光学效率80%-9
45、0%25%材质材质塑料玻璃制造成本制造成本相对较低,已量产相对较高,下一代量产缺陷缺陷光路长度难缩短成像质量较差光学设计复杂光效较低轻薄与广视角难以兼得 16161.4 光学方案:光学方案:Pancake在减重、提高沉浸度方面具备巨大潜力在减重、提高沉浸度方面具备巨大潜力 突破视场角和分辨率限制。突破视场角和分辨率限制。菲涅尔透镜方案,理论视场角上限为140,单眼分辨率上限为4K,应用该方案的主流设备视场角平均为90-110,单眼分辨率已经达上限;而Pancake方案,理论视场角上限达220,单眼分辨率可实现视网膜级。提升提升成像效果。成像效果。菲涅尔透镜方案,边角会有暗角、模糊和畸变;Pan
46、cake方案,组合透镜提高透镜边缘成像质量,降低图像畸变,提高成像对比度、清晰度和细腻度,并支持 0-700屈光度调节。继续推动轻薄化。继续推动轻薄化。根据YVR,Pancake模组相对菲涅尔方案厚度可减少一半,大幅降低头显重量。HTC Vive Pro 2 和 Oculus Quest 2 采用菲涅尔透镜方案,重量为 785/503g,厚度为 73.5/80.1mm;而Huawei VR Glass 和 Arpara VR 采用折叠光路方案,重量为 166/200g,厚度为26.6/30.0mm。图表:菲涅尔透镜与图表:菲涅尔透镜与PancakePancake图表:菲涅尔透镜和图表:菲涅尔透
47、镜和 PancakePancake的的VRVR厚度、重量对比厚度、重量对比资料来源:VRcompare,中信建投资料来源:Oculus,YVR,中信建投 17171.4 光学方案:光学方案:Pancake工艺优化空间仍然较大,未来需进一步开发工艺优化空间仍然较大,未来需进一步开发 光路损失较高:光路损失较高:在折叠光路设计模式下,光线需要经过两次半透半返膜,每次强度损失50%,因此Pancake方案理论最高光学效率只有25%,加之反射偏振膜也会损失10%,整体光学利用率只有10-20%,因此Pancake方案需要配有高亮度显示屏幕,如Micro OLED、Micro LED等。存在伪影现象:存
48、在伪影现象:在双折射效应下,光线在透镜中折返时容易产生伪影,需通过偏振膜以消除影响,而准确的偏振膜对材料、耐热性、精密加工等的要求较高。生产难度、生产难度、成本高:成本高:Pancake中的核心光学膜,对材料和多片镜片贴合工艺要求较高,全球只有3M、旭化成等企业能够满足要求,且生产良率较低、成本高,一组透镜(单目)的光学膜成本接近100元人民币。实际效果未达到理想:实际效果未达到理想:受透镜直径被压缩等因素影响,目前分辨率和视场角表现还未达到理想水平。现有Pancake方案VR产品显示效果随已实现或超越菲涅尔透镜产品,但是距离理论上限(200)仍有较大差距。图表:图表:PancakePanca
49、ke光学利用率只有光学利用率只有1010-20%20%图表:图表:PancakePancake光学模组生产流程光学模组生产流程资料来源:国家知识产权局,华为,wellsenn XR,中信建投 18181.5 IPD调节:根据不同使用者进行瞳距调节,改善视觉体验调节:根据不同使用者进行瞳距调节,改善视觉体验VRVR眼镜内用多个红外线眼镜内用多个红外线LEDLED照照射眼球,同时用红外摄像头拍射眼球,同时用红外摄像头拍摄眼球。(人眼无法感知红外摄眼球。(人眼无法感知红外线,视觉不受红外线,视觉不受红外LEDLED影响)影响)红外摄像头获取眼球瞳孔位红外摄像头获取眼球瞳孔位置及眼球反射的红外置及眼球
50、反射的红外LEDLED位置位置图像图像眼动追踪算法根据瞳孔图像及红眼动追踪算法根据瞳孔图像及红外外LEDLED反光位置图像,计算得出反光位置图像,计算得出孔位置、大小及瞳距等信息,并孔位置、大小及瞳距等信息,并将将IPDIPD数据发至数据发至IPDIPD调节机械结构调节机械结构驱动电路驱动电路机械驱动电路驱动微型电机机械驱动电路驱动微型电机、行星齿轮减速机、丝杠等、行星齿轮减速机、丝杠等机构,推动机构,推动VRVR光学机构位移光学机构位移,对准人眼,对准人眼图表:图表:VR瞳距自动调节系统原理瞳距自动调节系统原理品牌品牌型号型号手动手动/自动自动电机驱动电机驱动分段分段/无极无极是否单目是否单
51、目/独立独立调节调节发布时间发布时间MetaQuest Pro 2自动调节Yes无极调节单目独立调节202324年苹果第一代2023年1月双目一体调节Pico4 Pro2022年9月VarjoXR32020年10月Pico4 手动调节2022年9月MetaQuest ProNo2022年10月PicoNeo 33档可调2021年5月MetaQuest 22020年9月图表:图表:VR眼镜瞳距调节系统由手动分段调节向电动无极调节演进眼镜瞳距调节系统由手动分段调节向电动无极调节演进资料来源:AR圈,中信建投 瞳距调节:瞳距因年龄、性别、人种和体型相差巨大,自动瞳距调节可使瞳距调节:瞳距因年龄、性别
52、、人种和体型相差巨大,自动瞳距调节可使XR头显扩大使用佩戴人群。瞳距调头显扩大使用佩戴人群。瞳距调节的技术逐步发展,节的技术逐步发展,2022年,自动年,自动IPD调节眼镜将首次进入消费级市场,随着苹果眼镜的上市,电驱调节眼镜将首次进入消费级市场,随着苹果眼镜的上市,电驱IPD调节调节将逐步成为未来将逐步成为未来VR行业的“标配”行业的“标配”19191.6 焦距调节:通过可变焦技术,实现屈光调节和视力矫正焦距调节:通过可变焦技术,实现屈光调节和视力矫正图表:具有视力矫正的头戴式显示设备(苹果专利)图表:具有视力矫正的头戴式显示设备(苹果专利)资料来源:国家专利局,中信建投 可变焦显示:可变焦
53、显示:可变焦显示可以提高观看舒适度,具体包括机械式变焦和电子变焦(液晶透镜技术)等,机械式可变焦显示原理是通过图像处理技术,定位瞳孔位置,利用内置算法推算人眼的注视点,通过电机+齿轮模组推动分光镜完成可变焦,实现镜片多个自由度的切换;电子变焦液晶透镜应用光学成像原理,通过改变液体镜头的曲率来改变焦距。根据目前海内外大厂的专利布局根据目前海内外大厂的专利布局,我们认为短期机械式变焦调节将成为主流方案我们认为短期机械式变焦调节将成为主流方案。位置传感器位置传感器可以用于调节显示器相可以用于调节显示器相对于眼睛的位置对于眼睛的位置输入和输出耦合器输入和输出耦合器可用于将光耦合到可用于将光耦合到波导的
54、端部并从其波导的端部并从其耦合出来耦合出来显示器显示器透镜透镜传感器传感器定位器定位器控制电路控制电路光线跟踪像差仪光线跟踪像差仪通过分析在显示器通过分析在显示器上显示形状时产生上显示形状时产生的相机处的光图案的相机处的光图案来测量屈光不正来测量屈光不正 20201.6 焦距调节:焦距调节:苹果已布局大量头戴显示视力矫正相关专利苹果已布局大量头戴显示视力矫正相关专利资料来源:知识产权局,中信建投 美国视觉委员会公布的数据,有75%的成年人都在使用视力矫正镜片(近视、远视等等)。市场需求较为刚性,前景广阔。苹果此前公布MR眼镜矫正处方镜片的专利系统,让近视或其他用户无需额外矫正镜片,即可直接佩戴
55、眼镜观看,大大提升使用体验。视觉调焦涉及的核心环节包括:1、算法(苹果自研),2、电机电机(日本电机日本电机、美蓓亚美蓓亚、兆威兆威机电机电),3、微型齿轮及系统设计微型齿轮及系统设计(兆威机电兆威机电)图表:头戴式显示器的调节机构细节图(苹果专利)图表:头戴式显示器的调节机构细节图(苹果专利)公开公开(公告公告)号号:CN113614611A 公开公开(公告公告)日日:2021.11.05申请(专利权)人申请(专利权)人:美国美国 苹果公司苹果公司一种头戴式显示器包括光学组件和致动器。致动器包括:移动机构,其被一种头戴式显示器包括光学组件和致动器。致动器包括:移动机构,其被配置为调节光学组件
56、内光学部件的位置;锁定释放机构,其被配置为在检配置为调节光学组件内光学部件的位置;锁定释放机构,其被配置为在检测到动态事件时修改移动机构的操作;以及阻尼机构,其被配置为在动态测到动态事件时修改移动机构的操作;以及阻尼机构,其被配置为在动态事件期间控制光学部件的位置变化。事件期间控制光学部件的位置变化。图表:用于图表:用于IPD调节、竖直调节和良视距调节组件的侧视图调节、竖直调节和良视距调节组件的侧视图公开公开(公告公告)号号:CN112505921A 公开公开(公告公告)日日:2021.03.16申请(专利权)人申请(专利权)人:美国美国 苹果公司苹果公司本文所述的头戴式设备包括可调节部件,该
57、可调节部件允许将设备的特征本文所述的头戴式设备包括可调节部件,该可调节部件允许将设备的特征调节为适应特定用户。可调节部件可包括瞳孔间距调节为适应特定用户。可调节部件可包括瞳孔间距(IPD)调节机构,该调调节机构,该调节机构可操作以改变光轴节机构可操作以改变光轴(内容沿该光轴显示给用户的左眼和右眼内容沿该光轴显示给用户的左眼和右眼)之间的之间的距离,诸如通过移动与用户的左眼和右眼对应的光学模块的位置或者通过距离,诸如通过移动与用户的左眼和右眼对应的光学模块的位置或者通过移动与用户的左眼和右眼对应的光学模块中包括的镜片的位置。可调节部移动与用户的左眼和右眼对应的光学模块中包括的镜片的位置。可调节部
58、件可包括良视距调节机构,该调节机构可操作以改变光学模块与用户眼睛件可包括良视距调节机构,该调节机构可操作以改变光学模块与用户眼睛之间的距离。可包括其他可调节部件。之间的距离。可包括其他可调节部件。21211.7 眼动追踪:用于视觉交互和优化渲染,成为眼动追踪:用于视觉交互和优化渲染,成为XR中不可或缺的功能中不可或缺的功能眼动技术:眼动技术:通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点、注视时间和次数、眼跳距离、瞳孔大小等数据,在XR设备中主要用于视觉交互设计以及图像优化渲染。视觉交互:视觉交互:人类对客观世界的感知信息有70%是来自视觉,用户不需要做出显性的输入(如点击),而是系统本身在用户的浏览
59、中提取出眼动信息,并作出适应性的变化图像优化渲染:图像优化渲染:眼动追踪技术可实现将注视点映射到头显的屏幕上或真实的空间环境中,最终实现人眼视觉中心看哪里,就重点渲染注视点所在的区域,而其他外围区域则可采用较少分辨率处理(较低的图像质量)。此举将大大降低处理器的计算能力。索尼的 PSVR2运用 Tobii眼动追踪技术,称其可以节省约72%算力。图表:图表:眼动仪“推断”被试者视线的原理眼动仪“推断”被试者视线的原理眼动仪实时定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置,计眼动仪实时定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置,计算出角膜反射向量,便能利用几何模型,估算得到用户的算出角膜反射向量,便能利用几何模
60、型,估算得到用户的视线方向。再基于前期定标过程中所建立的用户眼睛特征视线方向。再基于前期定标过程中所建立的用户眼睛特征与屏幕呈现内容之间的关系,眼动仪就能判断出用户究竟与屏幕呈现内容之间的关系,眼动仪就能判断出用户究竟在看屏幕上的什么内容了。在看屏幕上的什么内容了。同时,通过软件还能自动生成热点图、视线轨迹图、感兴趣区域等直观的结果。资料来源:人工智能产业链联盟,中信建投 22221.7 眼动追踪:用于视觉交互和优化渲染,成为眼动追踪:用于视觉交互和优化渲染,成为XR中不可或缺的功能中不可或缺的功能 眼动眼动、手动追踪功能:手动追踪功能:据彭博社,苹果MR头显将会有通过外部摄像头追踪手部定位,
61、以及通过内部传感器读取眼睛的相关数据。用户可以通过眼动交互来选择某个按钮、应用程序或者是列表项目,然后通过拇指和食指捏在一起的动作激活某个特定的任务。目前,苹果已经有至少3项专利涉及到眼动追踪技术,例如通过3颗眼动摄像头完成眼动分析、如何处理眼动追踪中的数据过滤等。眼球追踪方案与设备专利:眼球追踪方案与设备专利:该专利于2021年9月提交,指出了一种在AR/VR头显中检测眼球运动,实现眼球输入的方案如选择或切换设置、调用菜单,简化UI交互,在专利中,苹果描述了眼球追踪的多种应用场景,比如支持设备唤醒(目的是省电)、提升菜单输入效率、视力矫正等等。资料来源:彭博社,青亭网,中信建投图表图表:苹果
62、公司眼球追踪方案与设备专利:苹果公司眼球追踪方案与设备专利 23231.7 眼动追踪:眼动追踪:收购德国收购德国SMI布局眼动追踪技术布局眼动追踪技术 2017年,苹果公司收购德国眼动追踪公司SMI。SMI在实现眼球中央区域高分辨率显示的同时,还联合推出SMI Social Eye眼动追踪技术,通过富有表现力和精准的眼神接触让虚拟角色的交互更加可信。眼动追踪涉及的核心环节包括:1、算法与系统(SMI自研,Tobii),2、摄像头(LGI、索尼、豪威科技),3、校准与验证设备,4、标定设备苹果的专利中,眼动追踪系统包括一个显示装置,苹果的专利中,眼动追踪系统包括一个显示装置,还包括一个处理单元,
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