讀者能夠獲得什么？

本文并不是專家學(xué)者的專業(yè)著作，主要還是集中在對(duì)波導(dǎo)方案總攬性的講解方面，VR之家認(rèn)為文章可以讓讀者對(duì)波導(dǎo)市場(chǎng)有一個(gè)基礎(chǔ)性的了解，并了解此類光學(xué)器件的變革以及它們對(duì)智能眼鏡市場(chǎng)的重要性。

近眼光學(xué)器件基礎(chǔ)介紹

說(shuō)道智能眼鏡產(chǎn)品，谷歌在2012年發(fā)布的Google Glass可以說(shuō)是其中的典型代表，當(dāng)時(shí)它可以說(shuō)是非常先進(jìn)的產(chǎn)品，但現(xiàn)在來(lái)看其實(shí)是一款非?；镜脑O(shè)備：側(cè)面有一塊微型顯示器（硅基液晶（LCoS）），然后有一個(gè)棱鏡可以將顯示器光線彎曲90度到我們眼睛的右上方，這是一個(gè)二合一光學(xué)單元，同時(shí)包括了硅基液晶和棱鏡，由HiMax提供（一家臺(tái)灣光學(xué)器件OEM）。

現(xiàn)在我們來(lái)想像一下有兩塊這樣的棱鏡并列放置。根據(jù)棱鏡放置的方向，有兩種不同的組合：一種與入射光線方向相反，另一種則相同（位置發(fā)生改變）。我們可以從圖片中直觀地看到它們，然后，接下來(lái)就可以談?wù)劜▽?dǎo)了。

波導(dǎo)基礎(chǔ)介紹

首先，波導(dǎo)技術(shù)雖然聽起來(lái)高大上，但它并不是什么新興技術(shù)。波導(dǎo)顯示裝置的原理從本質(zhì)上跟光在光纖中傳播并沒有什么區(qū)別。我們知道光只會(huì)從光纖的一端傳導(dǎo)到另一端，不會(huì)從側(cè)面出來(lái)（全反射）。波導(dǎo)鏡片同樣使用了這樣的原理，只不過它的形狀和光纖不同。

源自以色列國(guó)防工業(yè)研究所的Lumus光學(xué)可以說(shuō)是第一家提供波導(dǎo)產(chǎn)品的公司（比較原始），這家公司現(xiàn)在還成為了Daqri和Atheer的OEM供應(yīng)商。

同時(shí)，谷歌和索尼也具備類似的波導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)專利，HiMax和法國(guó)的Optivent，HiMax和Lumus，Lumus和法國(guó)的Essilor公司都展開了相關(guān)的合作研究項(xiàng)目。目前，Essilor可以說(shuō)是世界最大的透鏡生產(chǎn)商，他們最近和意大利Luxottica進(jìn)行合并。

表面浮雕波導(dǎo)

下面介紹更為復(fù)雜的波導(dǎo)設(shè)計(jì)，想象一下將棱鏡壓縮到非常細(xì)小的尺度同時(shí)橫向拉長(zhǎng)?，F(xiàn)在將這些紋路雕刻到鏡片的表面。這些微型紋路也就是所謂的“表面浮雕波導(dǎo)”了。這里的關(guān)鍵就是“切割”出一系列垂直條紋，通過適當(dāng)?shù)呐帕袑⒐饩€引導(dǎo)至眼前的鏡片區(qū)域。

此類波導(dǎo)裝置最初是由諾基亞注冊(cè)申請(qǐng)專利并成功商業(yè)化的。

事實(shí)上，微軟HoloLens使用的波導(dǎo)裝置就由諾基亞設(shè)計(jì)，當(dāng)然進(jìn)行了一些改動(dòng)，例如顯示屏放置在眼睛上方。

諾基亞的專利顯得尤為重要，因?yàn)樗С执笠?guī)模生產(chǎn)。并且，除了HoloLens，諾基亞還還將這個(gè)設(shè)計(jì)授權(quán)給了Vuzix，這家公司量產(chǎn)波導(dǎo)元件的工廠獲得了Intel的投資，并和聯(lián)想一起在中國(guó)企業(yè)級(jí)市場(chǎng)進(jìn)行銷售。所以說(shuō)諾基亞的技術(shù)并不僅僅能夠進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)，同時(shí)還可以調(diào)整量產(chǎn)規(guī)模。

其他廠商也受到了這種表面浮雕波導(dǎo)設(shè)計(jì)的啟發(fā)。

芬蘭的Dispelix公司不僅生產(chǎn)這種表面波導(dǎo)設(shè)備，同時(shí)他們還對(duì)這一量產(chǎn)過程作出重要改進(jìn)。因?yàn)樗麄儾粌H可以將“微型凹槽”刻在鏡片上，還能通過“打印”的方法將它們制作到棱鏡上。

Magic Leap

Magic Leap是一家神秘的公司，我們到目前為止都沒有關(guān)于他們產(chǎn)品的具體消息，但可以從他們申請(qǐng)的專利和企業(yè)并購(gòu)了解一些消息。

其創(chuàng)始人Rony Abovitz此前曾開辦了MAKO Surgical，一家生產(chǎn)手術(shù)用機(jī)械臂的公司。MAKO之后則被醫(yī)療器械巨頭Stryker公司收購(gòu)。由于他的這些成功經(jīng)歷，Rony獲得了投資者的信賴。盡管公司只放出了一些效果驚艷的Demo，但他們?nèi)匀猾@得了大量投資。

據(jù)稱，Magic Leap試驗(yàn)了非常多種光學(xué)顯示方案，想要尋找到最適合大規(guī)模量產(chǎn)可靠的光場(chǎng)顯示的方法。光場(chǎng)顯示能夠最大限度模擬自然視覺，人們可以自行聚焦觀看遠(yuǎn)近不同物體，如果使用Magic Leap裝置觀看娛樂內(nèi)容，我們能夠看到最接近自然物品的虛擬影像。

去年四月Abovitz通過著名的《連線》雜志向外界展示他的所謂的“光子晶片”，它之所以號(hào)稱晶片是因?yàn)槠渲圃鞎r(shí)采用的方法類似芯片制造。

2013-2014年申請(qǐng)的專利顯示一系列特殊的光學(xué)鏡片設(shè)計(jì)，它們理論上行得通，但如果考慮量產(chǎn)就有很多問題了。理論上他們可以應(yīng)用制造CPU使用的技術(shù)來(lái)量產(chǎn)這個(gè)元件。當(dāng)然，即使我們不再懷疑這種裝置量產(chǎn)在技術(shù)上的可行性，他們?nèi)匀灰鎸?duì)其他問題，首先就是成本：假如量產(chǎn)“光子晶片”的成本類似CPU，由于晶片面積數(shù)倍于普通芯片，其價(jià)格也非常之高...更不用說(shuō)一副眼鏡需要搭載兩塊“光子晶片”。這意味著這種產(chǎn)品的成本超過數(shù)千美元，根本不是普通消費(fèi)者買得起的，也無(wú)法像Intel那樣獲得明顯的規(guī)模效應(yīng)（降低成本）。這樣一款產(chǎn)品定價(jià)將達(dá)到奢侈品的等級(jí)。

然后是專利書暗示這種鏡片厚度將會(huì)超過1cm，要知道Magic Leap的目標(biāo)是消費(fèi)市場(chǎng)，即使他們成功量產(chǎn)，即使他們成功降低成本，消費(fèi)者也不大可能會(huì)選這樣一種厚度的眼鏡，對(duì)于頭戴產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這種細(xì)節(jié)非常重要。

目前來(lái)看，Magic Leap似乎改變了他們的策略。他們的專利書還同時(shí)描述了其他類型的技術(shù)，例如表面波導(dǎo)，然后我們就重新回到之前Dispelix所開發(fā)的那種印刷式技術(shù)。

去年，Magic Leap悄悄收購(gòu)了一家叫做Molecular Imprints的公司，其專利技術(shù)就是用來(lái)打印微型凹槽的。

這種顯示屏技術(shù)的迭代很有可能會(huì)讓MagicLeap能自主生產(chǎn)輕薄的光場(chǎng)顯示屏，同時(shí)生產(chǎn)價(jià)格不會(huì)太高。然而在Dispelix已經(jīng)成功打印出表面浮雕波導(dǎo)、Avegant已經(jīng)展示了自己研發(fā)的光場(chǎng)顯示屏的情況下，MagicLeap的神奇之處已經(jīng)所剩無(wú)幾。

全息波導(dǎo)

這個(gè)名字帶有一定的誤導(dǎo)性。雖然這個(gè)名字里帶有全息二字，但其實(shí)全息波導(dǎo)并不會(huì)直接在用戶周圍產(chǎn)生全息影像，它指的是透鏡內(nèi)部的光學(xué)元件本身就能產(chǎn)生納米級(jí)全息圖。

類似我們?cè)谛庞每ㄉ峡匆姷娜⒎纻螆D，這種全息圖投射到一個(gè)超薄的薄膜上，背面則是反光片。

全息波導(dǎo)使用超薄的感光聚合物薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的波導(dǎo)鏡片中的棱鏡，在激光的照射下，納米級(jí)全息圖就顯示在鏡片中。和此前的波導(dǎo)裝置類似，我們?cè)阽R片的一端放置微型顯示器，全息鏡片將影像傳導(dǎo)到鏡片的另一端，然后進(jìn)入用戶的眼睛。這種裝置的厚度明顯比采用棱鏡的波導(dǎo)鏡片要薄很多。

位于美國(guó)加州的光學(xué)技術(shù)公司DigiLens十年前就已經(jīng)完善了這一技術(shù)，他們?yōu)槊绹?guó)軍方打造出了航空電子抬頭顯示屏。

全息波導(dǎo)領(lǐng)域現(xiàn)在也有不少代表公司：來(lái)自英國(guó)的TruLife Optics和WaveOptics；來(lái)自美國(guó)科羅拉多州的AkoniaHolographics。Akonia此前花費(fèi)了十年時(shí)間和超過1億美金來(lái)研究全息存儲(chǔ)技術(shù)，但是并未成功。這三家公司看起來(lái)都在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下成功做到了全息波導(dǎo)，設(shè)計(jì)上和DigiLens在2010年生產(chǎn)出的產(chǎn)品很相似。

上面提及的所有波導(dǎo)鏡片都屬于“被動(dòng)式”鏡片。被動(dòng)式指的是所有這些鏡片都不包含電子元件，它們只是接收來(lái)自微型顯示器的圖像然后被動(dòng)地將它們轉(zhuǎn)移并投射到用戶眼睛里。

主動(dòng)式全息波導(dǎo)

DigiLens公司已經(jīng)開發(fā)了“主動(dòng)式”全息波導(dǎo)技術(shù)。

通過使用一種基于液晶材料的薄膜聚合物，他們的全息波導(dǎo)鏡片可以通過電流改變狀態(tài)。

DigiLens從軍用顯示器起家，然后進(jìn)入航空電子領(lǐng)域，最后開發(fā)了用于戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的波導(dǎo)頭戴顯示器，并配合羅克韋爾柯林斯航電系統(tǒng)使用。他們的首款消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品將會(huì)在今年晚些時(shí)候出貨，是為寶馬設(shè)計(jì)的智能頭盔。

更進(jìn)一步，上面提及的波導(dǎo)裝置都采用了平面設(shè)計(jì)，而今年早些時(shí)候DigiLens宣布他們成功將自家的主動(dòng)式波導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到了曲面鏡片上，這意味著理論上他們可以直接使用普通鏡片作為波導(dǎo)裝置。

在最近的一次采訪中，公司創(chuàng)始人、主席、CEO/CTO Jonathan Waldern博士表示他們正在嘗試這項(xiàng)技術(shù)的逆向應(yīng)用，采用攝像頭代替微型顯示器，實(shí)現(xiàn)超薄眼鏡的眼球追蹤功能。

在目前DigiLens已經(jīng)能夠提供的產(chǎn)品中，也只缺乏光場(chǎng)顯示了，而即使Magic Leap現(xiàn)在通過多層波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)顯示，DigiLens實(shí)際上已經(jīng)開始在現(xiàn)有產(chǎn)品中實(shí)驗(yàn)多層波導(dǎo)——將紅光波譜獨(dú)立于現(xiàn)有的波導(dǎo)，在藍(lán)綠波導(dǎo)上另外添加了獨(dú)立的一層。DigiLens通過層疊波導(dǎo)進(jìn)一步擴(kuò)展了設(shè)備的視場(chǎng)角。這意味著他們不使用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)顯示僅僅是因?yàn)樗麄兊目蛻舨]有這樣的需求——因?yàn)槟壳暗哪繕?biāo)客戶主要用來(lái)進(jìn)行信息顯示，而不是娛樂。如果有客戶對(duì)光場(chǎng)顯示感興趣，相信他們也不是無(wú)法提供相應(yīng)的產(chǎn)品。

所以說(shuō)，DigiLens是一個(gè)潛在的獨(dú)角獸公司。消費(fèi)者可接受的智能眼鏡設(shè)備將始于近眼光學(xué)器件也終止于近眼光學(xué)器件，而在這方面DigiLens預(yù)計(jì)比他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手領(lǐng)先七年時(shí)間。雖然我們不可能知道DigiLens和美國(guó)軍方的合作細(xì)節(jié)，但我們知道如果美軍正在開發(fā)類似鋼鐵俠那種頭顯裝置，那肯定使用的是來(lái)自DigiLens的波導(dǎo)光學(xué)元件。