这篇文章介绍了近眼光学的相关知识,分析了波导技术的发展,同时聚焦于全息波导领域,和其中的佼佼者——DigiLens公司。
近眼光学(Near-eye Optics)的基础知识
大多数人在接触过如Google Glass等产品后,都会对智能眼镜有一个粗略的认识:一个微型显示屏(图示中为LCoS显示屏)被装载在附接到侧面的电子装置中,并且指向单个棱镜,棱镜将光90°折射进佩戴者的右上方的视场角中——图示中展示的是由HiMax(台湾奇景光电)生产的组合光学元件,可以容纳LCoS显示器和棱镜光学器件。
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现在想象一下,有两个这种90°的棱镜并排摆放着。这种配置可以将图像转动180°。 同时,两个90°棱镜也可以在相同方向上回转。 在波导中,显示器的这种转动是一个很重要的原理。
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波导基础知识
波导技术并不是一种全新的科技。波导显示屏使用了和能够实现单向光波沿光纤电缆流动的相同的技术。当你从侧面看光纤电缆时,是看不到的光的,只能在光纤的末端看到一个发光点。波导镜片使用了与单向光波相同的特性来引导光波在镜片或者平面中流动。
一些最基础的波导技术首先由以色列公司Lumus进行商用化。Lumus最近成为了AR眼镜企业Daqri和Atheer的OEM供货商。
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谷歌和索尼也都有类似的波导设计的IP。还有一些联合研究项目,如HiMax和Optivent、HiMax和Lumus、HiMax和Essilor之间都有类似的合作。法国的Essilor是世界上最大的镜片生产商,最近和意大利的Luxottica,世界上最大的镜框公司合并了。
表面浮雕波导(Surface relief waveguides)
在一个更为复杂的波导设计中,想象一块棱镜能够被压缩到非常小的体积,并且长度增加了。现在将一些纹路镌刻在镜片的表面。这些微型的纹路就是“表面浮雕”波导。图像被切割成一系列的垂直条纹,由镜片另一端的相应的纹路重新组装,呈现在眼前。
这种表面浮雕波导最先是由诺基亚取得专利并且商用的。
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微软HoloLens使用的波导就是诺基亚的设计,但进行了一些改动——微型显示屏被置于了眼镜之上。
诺基亚的这个专利非常重要,因为其能够被大规模生产。除了HoloLens之外,诺基亚还将这种设计授权给了Vuzix,这间公司由英特尔投资,并且和联想一起在中国企业级市场中销售波导产品。
芬兰的Dispelix不仅仅生产表面浮雕波导,还对生产过程进行了非常大的改进。除了在镜片表面镌刻纹路之外,Dispelix还能够将纹路直接打印在镜片上。
Magic Leap
对于这家神秘的公司,我们可以从公司申请的各种专利、做出的投资来更深入了解Magic Leap。
公司的创始人Rony Abovitz此前成功将生产手术用机械臂的MAKO Surgical做上市。MAKO在IPO之后被医疗设备巨头Stryker收购,金额高达16亿美元。鉴于这些成功的创业经历,Abovitz获得了投资人的信赖。再加上Magic Leap释放出的几段神奇的demo,公司得以获得巨额的投资。
Magic Leap试验过多款光学设计方案,试图找出能够被大规模生产的光场显示屏解决方案。光场技术可以制造景深效果,使得焦点内的物体清晰呈现、焦点外的物体变得模糊。对于Magic Leap所追求的娱乐应用领域来说,光场可以让虚拟的内容在渲染后更加真实。
在去年4月,Abovitz登上了《Wired》杂志的封面,手持由公司研发出的“光子晶片(photonic chip)”。所谓的晶片,指的是制造显示屏过程中用到了类似芯片生产的生产方式。
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公司在2013-2014年间提交了许多稀奇古怪的光学设计专利,这些设计理论上都行得通,但是现实中却要受限于现有的生产条件。公司提出,可以将用于制造CPU的生产手段用在制造光学显示屏上。就算大家对Magic Leap的这一理论能否成功不再怀疑,公司仍然面临着两大障碍:首先是生产成本。眼镜镜片的大小在制造成本上要比小小的CPU高得多,而且一副眼镜还有两块镜片。这表示,就算Magic Leap的技术成功了,制造镜片的成本将会高达每副眼镜上万美元。,同时也不会像英特尔那样做到CPU的大规模生产。