对话纳德光学创始人彭华军：VR光学领域没有摩尔定律

文/VR陀螺 Pancake

时间拨回到 2015 年，在那个 XR 风靡全球，备受关注的年代，数千家 VR/AR 企业应运而生。然而，却有一家初创公司特立独行，选择了既不是 VR 也不是 AR 的 3D 高清头戴显示器市场。

图源：GOOVIS

如此“另类”且“细分”的定位，在当时可谓毫无噱头，在资本眼里也显得格外普通。然而，正是这样“小众专一”的市场战略，让它从 2015 年走到了今天，产品销往全球 60 多个国家和地区。

它就是——纳德光学，一家从产品定位到光学技术与市面上 99% 的 XR 企业完全不同的公司。

2022 年，纳德光学迎来了它的七周年，借此机会，VR 陀螺与纳德光学创始人彭华军博士（以下简称“彭博”）基于 XR 产业发展的技术壁垒，纳德光学对头显产品的定义，以及其产品背后的光学技术等进行了深入沟通交流。

彭博 2005 年毕业于香港科技大学显示技术研究中心（全球五大显示技术研究中心之一），博士论文为高性能 OLED 器件，毕业后一直从事信息显示领域前沿工作，在国际刊物上发表过 20 篇文章，做过 AMOLED 屏幕生产、硅基 OLED 和硅基液晶(LCoS)设计和制造，投影仪和头显光学系统等产品，是近 40 项美国和中国发明专利的发明人。作为学研产商历练完整的复合型创业者，从学术理论到实践应用，他对于头显背后的一系列物理性技术原理及产业链生态有着深刻认知，对产品市场也有着自己独到的见解。

VR光学领域没有摩尔定律

从半导体领域到 PC、智能手机，过去数十年科技产业的蓬勃发展很好地诠释了摩尔定律——当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

这条在PC、智能手机领域沿用了数十年的定律，彭博认为并不适用于 VR 光学。

彭博表示：“VR 头显光学没有摩尔定律，它对应的是热力学第二定律（守恒），对应头显中的光学扩展量，即 Etendue 守恒。小体积、大视场角、高清晰高像质较长时间内难以同时实现。”

产生这一问题的主要原因在于头显光学背后的物理原理，头显主要由屏幕与光学两部分构成。视场角 FOV 与显示屏、光学系统的关系为（D: 显示屏尺寸、E.F.L：光学系统等效焦距、ф：出瞳直径、f-number: 光学系统 f/#）：

图源：GOOVIS

基于此对应关系，彭博表示：“屏幕与光学对应关系：显示屏(D）尺寸大，FOV 越大，但结构体积也越大；系统焦距（EFL）越短，FOV 越大，制造难度越大，像差控制越难。这使得头显很难同时拥有体积小、FOV大、画质好的理想解，产品设计需要平衡取舍。”

目前 VR 产业一致看好的光学方案为超短焦Pancake方案，然而，它也存在上述问题。譬如在采用硅基 OLED 与 Pancake 后，光机厚度减薄了，但实现 FOV 超过 100 度也是很难，而且图像质量，包括各种像差，杂散光问题，都会让显示效果有相应折扣。

放大到整个头显的宏观层面，头戴显示器涉及显示屏、近眼显示光学、人体工学/外观、眼视光学四大方面，每一块几乎都会互相影响，交叉性强，所以面临的挑战也是综合性的。

彭博认为不管是基于 VR 目前正在落地的 Pancake，还是 AR 常见的BB方案和光波导，XR 领域目前各类光学解决方案都有“不完美”，没有一个“解”能够违背头显背后的物理原理，实现所有指标都是最佳，厂商只能针对具体的应用场景去聚焦做产品，定义好产品，并选择合适的光学方案。

图源：GOOVIS

纳德光学对“头显四象限”的定义与选择

在深刻理解头显背后的物理定义后，彭博也形成了他的“第一性原理”，他深知面对消费市场的产品应该是经得起推敲的产品，而不是很科幻的东西。

GOOVIS 基于头显的光学显示技术带来的沉浸感（视场角）与交互强弱，将头显分为四个象限。

彭博向 VR 陀螺解释道：

第一象限是强沉浸感、强交互，体现在 VR 游戏、VR 健身等场景。像 Quest、HTC、小派这样的VR 一体机适合这个场景；

第二象限是弱沉浸感、强交互，在B端应用较多，如在特种训练、远程操控、文旅、教育等场景下合适，譬如现在的 Hololens、Magic Leap 这样的 AR 智能眼镜；

第三象限是弱沉浸、轻交互，这有些像生活中常见的显示终端，广泛高频使用。但通过头显这个新型载体可实现随身移动巨幕，主机游戏/云游戏头显、无人机 FPV、远程操控、医疗手术机器人、手机/电脑扩展屏等多种应用场景，也正是 GOOVIS 的典型应用所在。

第四象限属于沉浸感很强，但是交互性不多的产品，比如针对全景视频、VR 教育的 3DoF 头显设备；

图源：GOOVIS

基于纳德光学的头显四象限分析，最终纳德选择了打造第三象限下的“弱沉浸、轻交互”的高清头显。

彭博认为 VR 一体机强调身临其境，一定要有沉浸感，但很多头显的应用场景不一定要身临其境，不需要强沉浸，而是要高清晰度放第一位；另外，从市场层面来看，根据不同的应用场景去切适合自己的市场，对于创业公司来说，还是能够找到自己可以拓展的空间，并不一定要跟着 Meta 等的大厂路线去走。

“因为头显产品是用人眼去直接体验的，而我们的人眼是一个可以量化的相机构造，瞳孔大小、视网膜结构和晶状体构造等都是可精准量化，人眼对‘清晰度’的定义是固化的，它不是靠想象，而靠的是包括视网膜和神经大脑的整个视觉系统。所以，人眼感知头显的效果，清晰就是清晰，不清晰就是不清晰。”元宇宙不能只是沉浸，还要清晰” “不是一提元宇宙就是沉浸式感觉，还有高清元宇宙“

主打高清的 3D 头戴显示器 GOOVIS 品牌正是在这样的技术+场景的多维度考量下诞生的，这是纳德光学对于产品应用场景的判断与选择。对于技术的深入理解，应用场景的细化探索，头显清晰度的高追求，这也让纳德光学在近眼显示光学方案上走了一条与绝大多数 XR 厂商截然不同的道路。

自研光机：硅基OLED+玻塑混合非球面多镜片组

头显主要由屏幕和光学两部分构成，是平板显示与成像光学结合。为了实现高清晰度、高画质的头显产品，GOOVIS 系列头显采用了硅基 OLED 与自研的玻塑混合非球面多镜片组光学方案。

（一）采用硅基OLED，实现高PPI和高PPD

“当沉浸感要求不是很高的情况下，清晰度就会变成第一诉求。”彭博对 VR 陀螺说道。

头显清晰度高，首先体现在没有颗粒感，对应的指标就是角分辨率（PPD， Pixel Per Degree）。人眼对于静态图像的极限分辨力是 60PPD，动态视频图像会低一些。要实现高清晰、高 PPD，对应的屏幕则需要高精细度（高 PPI）。对此，GOOVIS 从 2015 开始就选择以硅基为衬底的微型显示器，是国内较早应用硅基 OLED 作为近眼显示解决方案的头显公司。

图源：GOOVIS

在谈到为何选择硅基 OLED 作为核心元器件时，彭博认为传统手机屏幕应用到头显，实现大视场角沉浸感是比较容易的，但想做高清晰，高PPD，则是远远不够的，因为上游供应链的材料物理属性已经决定了其边界，为了解决清晰度的问题，硅基类微显示器则是更好的解决方案，因为它的 PPI 可以做得很高。

以 GOOVIS Pro 为例，它搭载的是 0.71 英寸的索尼硅基 OLED，与传统玻璃面板相比，具备轻量化、高亮度、高对比度、高色域和快速响应等优势，PPI 达到了 3147，PPD 达到 42。

图源：GOOVIS

目前VR头显大多使用 LCD 面板，主要原因在于价格便宜，但相应的 PPI、亮度、响应速度、色彩饱和度均比硅基 OLED 低。但随着头显体积进一步缩小，使用硅基 OLED 的产品越来越多，包括纳德光学、arpara、松下等，而苹果头显产品据推测也将采用硅基 OLED。

回到观影产品这条线，早在 2011 年，索尼就曾尝试用硅基 OLED 做观影头显，但由于人体工学设计不足，也不支持屈光度调节，导致用户体验不佳，再加上价格高昂，在更新三代之后不了了之。而后柔宇、嗨镜、LUCI 等诸多产品也尝试用硅基OLED做观影头显，但到现在也都没坚持下来。

回看过去十年主打高清观影头显的发展历程，纳德光学应该是在这条道路上坚持最久的厂商，不仅开拓出全新市场，更表现出了强劲的生命力。这与其在产品定义、光机电一体化设计和供应链管控上的核心竞争力息息相关。

（二）自研玻塑混合非球面多镜片组

如果说硅基 OLED 解决了头显高清晰、高亮度的底层显示技术问题，那么纳德光学自研的玻塑混合非球面多镜片组光学设计就解决了画面传输过程中的“解像度”（光学透镜最终呈现画面的效果高低）问题。

图源：GOOVIS

在头显成像显示的过程中，主要传输过程是将电变成光再进入人眼。作为对比，相机则是将光变成电，它通过镜头、传感器，采集编码，再进行数字化存储。如果“光”有问题，比如色差、畸变、光路中有灰尘、甚至像素有缺陷，可以通过后续的”电”处理，比如增加 AI 算法，插值等算法做补偿，保障相机拍摄质量。

但是对于头显来说，这一点行不通。彭博表示“因为头显是电变成光，”电” 以及光路上如果有任何问题，光学就会直接反应出来，无法调整。比如显示屏上有灰尘，或者有缺陷点，光学解像力不足，边缘模糊等问题，是没有办法通过算法来解决的。现在所谓的畸变校正，即通过显示屏图像信号来反矫正对于清晰度不高的 VR 有一些作用，但对于高清晰头显，这样的矫正方式反而让边缘容易出现锯齿。而且人眼是会上下左右转动，显示屏畸变反矫正只能对一个角度进行校正，稍微偏一个角度，这个校正效果就没有了。所以，还是得从光学的本质上入手，光学系统本身要实现高解像，控制好像差。”

基于纳德光学技术团队基因，在光学系统的设计上，它选择了自研，用多片玻塑混合非球面镜片的特殊排列组合，将底层显示器图源，通过旋转对称的光学路径，最终投射于人眼之中。

由于该光学系统由玻璃镜片和塑料镜片组成，所以纳德光学将该光学设计命名为“玻塑混合非球面多镜片组（ASPH）”。

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与其他 VR/AR 光学解决方案相比，纳德光学自研的玻塑混合非球面多镜片组在图像质量、光效率、屈光度精准调节等核心性能方面优势明显。

图源：GOOVIS

“这项光学设计和制造能力具备较高门槛，因为它需要单反相机镜头的设计技术。多片镜片组成玻塑混合，这样才能够控制各种各样的像差，才能够实现高的 MTF（光学传递函数），才能够实现更大范围的屈光调节。”彭博说道。

其中，MTF 是衡量一个光学镜头的核心参数，它是对镜头的解像力的一个定量描述，确切地说是对镜头成像的清晰程度（包含分辨率和锐度两个因素）的一个定量描述。

“ MTF 越高，那么头显的画面成像效果就会越好。MTF 需要考虑中心区域和边缘区域，对于头显而言，因为其透镜光学系统设计，所以一般中心区域 MTF 较高，而边缘较低。”彭博解释道。

据悉，目前市面上的各类光学方案厂商中鲜有厂商会提及该项参数，而 GOOVIS 的 MTF 参数，仅边缘就已经大于 40%@30 lp/m，远高于一般 VR 一体机。

屈光调节方面，GOOVIS Pro 支持远视 300 度-近视 800 度的多档位调节，是目前头戴显示器产品中，可调范围最大的产品，而且调节到近视 800 度时，图像质量都不会发生畸变，对高度近视人群极为友好。

目前市面上也有不少具备屈光度调节功能的头显，基于其光学方案和调节方式的不同，调整屈光度后，某些 VR/AR 产品会感觉到图像质量缩水，甚至画面也会变小，而 GOOVIS 在这方面拥有更为明显的优势。

整体来看，纳德光学在高像质近眼显示光学系统设计、大范围高精准屈光度调节光机一体化设计方面有深入的积累，掌握批量高良率精密装配 Know-how、在防灰尘、防杂光、光机一致性、双目合像等关键工艺掌握核心技能，光机量产良品率非常高。

图源：GOOVIS

以消费娱乐为主

辐射医疗、视觉健康等B端场景

与众多 XR 产品相比，在硅基 OLED 的基础上，GOOVIS 独有的玻塑混合非球面多镜片组光学设计，让其在“显示质量与近眼显示功能设计”独树一帜。

围绕 GOOVIS 系列头显的“高清晰度”，分体式产品设计结构等产品特性，在具体的场景应有方面，彭博主要提到了以下几个核心场景。

C 端应用方面，GOOVIS 系列头显除了主要依托自有蓝光播放器（主机），可以进行在线/离线观影和轻度游戏娱乐之外，GOOVIS 还能通过连接手机、平板、PC、PS 游戏机、Switch 游戏机、Xbox 游戏机等产品作为“第二块隐私大屏”的扩展延伸。

针对专业航拍摄影人群，2022 年 5 月纳德光学还发布了 GOOVIS 系列首款专业级航拍头戴显示器，并正式命名为 GOOVIS 航拍千里眼，该产品可连接无人机，让用户以“第一人称视角”与大自然亲密接触。

该产品还得到了中国著名航拍摄影家刘宽新的力赞，称之为“令人惊艳的第一视角航拍头显”。

图源：网络

在 B 端应用方面，据了解 GOOVIS 正在深入多个领域。由于 GOOVIS 具有低蓝光、无眩光、模拟远眺成像（放松眼球睫状肌）、高清晰、3D 成像好等特点，产品已用于近视防控、弱视训练、微创手术等场景。

在近视防控方面，GOOVIS 采用先进硅基 OLED 的微显示护眼屏，结合自主研发的超高精密玻塑混合非球面镜片组，在模拟望远的基础上，同时做到了虚拟高清大屏显示的效果。区别于日常使用的手机、平板等近距离小显示屏，GOOVIS 确保画面在放大的同时足够清晰，让眼睛长时间观看也能放松睫状肌，缓解视力疲劳，从而避免近距离用眼导致近视发病率的风险。目前 GOOVIS 已获得 SGS 元宇宙系列低疲劳认证及低蓝光认证、德国莱茵 TUV 全模式低蓝光认证、中山眼科视觉健康低风险评定、国内首份虚拟现实(VR)视觉健康评价 A 级证书等多项权威护眼认证。

“在医疗方面，现在许多的微创手术需要将内窥镜放入到人体内，医生会通过内窥镜传输出的影像进行实时手术，这个影像往往是 3D 的，而头显是天然的双目分视，是呈现 3D 显示的最好方式。在这个场景下，医生最需要的是高清晰、几乎无畸变的大画面以提高手术精准度和成功率。”

独特的产品定位、光学技术，孕育出了独特的应用场景，GOOVIS 系列头显以观影、游戏、航拍等消费娱乐为核心玩法，同时正在辐射医疗、视觉健康等更多 B 端应用场景。

GOOVIS 的下一步

要打造标杆性高清头显

在原有技术积累、资本持续加码、市场不断扩大的背景下，纳德光学在“高清头显”这条道路上越走越远，道路也越来越宽。