benwenbushiyipianxueshulunwen
，ershiyipianyidongdegaishu。weiduzhetigongduibodaoshichangdejibenlejie，rangduzheganshoudaoguangxuelingyudejinbushiruhemanmangaibianzhinengyanjingshichanggejude。

 

近眼光學基礎知識

 

大多數熟悉智能眼鏡的人對GoogleGlass中使用的顯示器都會有一個大致的了解
，它的結構非常簡單：眼鏡側麵的電子設備上裝有一個微型顯示器（具體的是一款矽基液晶顯示器）
，該微型顯示器的出光指向一個90°dezhuanxianglengjing，jiecikeyijiangxianshiguangshutoushedaoyanjingpeidaizhedeyoushangfangshiye。zaizhezhongqingkuangxia，weixingxianshiqihelengjingyuanjiangouchengleyigeguangxuedanyuan，ruxiatusuoshi，gaiguangxuezuhedanyuanyouqijingguangdian（HiMax，來自台灣的一家光學部件OEM廠）供應。

 

 

現在，想象一下兩個這樣的90°轉向棱鏡並排放置
，如下圖所示。這樣的棱鏡設置可以將微型顯示器所顯示圖像旋轉180°，也ye可ke以yi轉zhuan動dong其qi中zhong一yi個ge實shi現xian顯xian示shi圖tu像xiang在zai同tong樣yang方fang向xiang上shang的de左zuo右you偏pian移yi。這zhe裏li，我wo們men以yi最zui簡jian單dan的de形xing式shi展zhan示shi，當dang我wo們men在zai光guang波bo導dao器qi件jian上shang考kao慮lv這zhe一yi效xiao果guo時shi，這zhe種zhong顯xian示shi轉zhuan向xiang會hui是shi一yi個ge重zhong要yao的de原yuan則ze。

 

 

光波導基礎知識

 

guangbodaobenshenbingbushiyixiangxinjishu，jiyuguangbodaojishudexianshiqishiyongxiangtongdejishuzhizao，tayunxudanxiangdeguangboyanguangxianchuanbo。dangnincongcemiankanguangxianshi，ninwufakandaoguangxian
，erzhinengkandaozuihouchuanchudeguangdian。guangbodaotoujingtongyangshiyongdanxiangguangbodezhezhongtexinglaiyindaoguangbocongyiduandaolingyiduanditongguotoujinghuopingmian（平麵波導）。

 

LumusOptics（來自以色列的軍事工業研究）最先商業化了一些最基本的光波導，它最近也成為Daqri和Atheer的OEM供應商。

 

 

穀歌和索尼都擁有與光波導設計類似的專利。奇景光電和Lumus以及法國的Optivent公司
、Lumus和法國的Essilor公司聯合完成了一係列光波導項目的研究。其中
，Essilor是世界上最大的鏡片製造商
，最近正與全球最大的眼鏡架公司意大利的Luxottica合並。

 

“表麵浮雕”光波導（Surface Relief Waveguides）

 

對(dui)於(yu)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)光(guang)波(bo)導(dao)設(she)計(ji)，想(xiang)象(xiang)一(yi)下(xia)上(shang)麵(mian)的(de)棱(leng)鏡(jing)縮(suo)小(xiao)到(dao)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun)
，然(ran)後(hou)再(zai)被(bei)拉(la)長(chang)。現(xian)在(zai)在(zai)鏡(jing)頭(tou)表(biao)麵(mian)雕(diao)刻(ke)一(yi)係(xi)列(lie)這(zhe)些(xie)的(de)棱(leng)鏡(jing)，這(zhe)些(xie)微(wei)脊(ji)被(bei)稱(cheng)為(wei)“表麵浮雕”光波導。使用這種光波導，微型顯示器所顯示的圖像會被分割成一係列垂直的條紋
，這些包含圖像信息的條紋會由鏡片另一端（位於眼睛前方）相應的一組微脊重新組裝並投向眼睛。

 

 

這種“表麵浮雕”光波導技術最早是諾基亞的專利，後來也由諾基亞商業化。微軟的HoloLens中使用的光波導就使用了這種設計

，不過微軟對其作了修改

，他們將外殼設計成直立狀態
，而微型顯示器則設計在眼睛上方。

 

諾基亞的專利很值得注意，因為它已經被證明是可以規模化生產的。不僅如此，除了HoloLens之外，諾基亞還將此設計授權給了Vuzix，後者在一家由英特爾投資資助的工廠生產相應的光波導
，並以和聯想合作的品牌銷售到中國企業市場。

 

其他公司也受到了這種“表麵浮雕”設計的啟發，芬蘭的Dispelix公司不僅生產了“表麵浮雕”光波導，而且還為製造工藝做出了重大貢獻。Dispelix表示


，除了類似於諾基亞（減法製造）的雕刻“表麵浮雕”波導之外，還可以通過添加工藝（加法製造）形成微脊
，比如通過“印刷”的方式將微脊做到鏡頭上。

 

Magic Leap

 

 

對於Magic Leap這樣一個秘密的公司，我們可以從他們的專利申請和收購中獲得一些信息，比如，他們之前推出產品時還沒有確定其實現願景的方法。

 

MagicLeapweilezhaodaoyizhongkeyidaguimoshengchanguangchangxianshiqidefangfa，yijingchangshilegezhongguangxuesheji。guangchangkeyichanshengjingshenxiaoguo
，shichuzaijiaodiandeduixiangkanqilaiqingxi，erfeijiaodianweizhideduixiangzehuimohu。duiyuMagic Leap所追求的娛樂應用來說，光場技術可以更真實地呈現虛擬內容。

 

去年4月，Abovitz憑借Magic Leap“光子芯片”登上了Wired雜誌的封麵。該雜誌引述的名稱中使用到“芯片”一詞，這也透露了他們用來製造這種理論性很強的顯示器的製造方法。

 

MagicLeap於2013 - 2014年期間提交的專利探討了各種奇特的光學設計，這些設計更多是一種“紙上談兵”

，其規格已經超出了現有的工藝製造能力。即使現在能夠製造出Magic Leap在其一係列專利中提出的顯示器
，他們仍麵臨兩大阻礙，第一是成本：眼鏡鏡片的麵積比現代的CPU 大好幾倍
，而一套完整的智能顯示眼鏡更是需要一對鏡片。這意味著，即使Magic Leap能夠製造出這樣的顯示器

，這種顯示器所用的鏡頭製造成本（每對也會達到數千美元）yehuirangrenwangerquebu，erqietamenyequefaxiangyingteerzheyangdaliangshengchanxinpiandegongsisuoxiangyoudeguimojingjixiaoying。qici
，zhexiezhuanlishenqingzhongsuoshejidexianshiqiyongjingpianhoududouzai1到1.5厘米之間。Magic Leap瞄準的是消費者市場，所以即使他們可以製造出這樣的產品（甚至即使忽視製造成本）
，這麼厚的近眼顯示產品也不能在消費市場擁有一席之地。

 

說到這裏，Magic Leap似乎又回到了最初的繪圖板階段。他們的專利還包括了一些“表麵浮雕”光波導的衍生方案，比如層疊式“表麵浮雕”光波導。這又讓我們想到前麵Dispelix采用的印刷微脊技術。

 

去年，Magic Leap悄然收購了一家名為MolecularImprints的公司。與Dispelix相同，該公司的專利技術也能夠實現微脊印刷。

 

這種基於印刷技術的層疊微脊可以很好地為MagicLeap提供一種能夠以薄型結構產生光場顯示的光波導，而且還能將製造成本降低到可承受的範圍。但是Dispelix已經開始生產印刷式“表麵浮雕”光波導
，而且Avegant更是在最近展示了一款光場顯示器（使用了傳統的分束器技術）
，因此。Magic Leap的這種產品設計可能已經失去了很多新穎性。

 

全息波導

 

“全息波導”中的“全息”不是指佩戴者在它們前麵看到的圖像，而是指鏡頭內的光學器件
，它們本身由納米級全息圖製成。

 

想想你在信用卡上看到的全息圖。信用卡的反射背襯上黏貼了一張薄膜，這張薄膜上有通過曝光方式形成的全息圖（信用卡全息圖後麵的反射背襯用於為全息圖提供反射式光源）。

 

對於全息光波導來說，它的製造方法和上麵的全息圖類似 – tongguojiguangpuguangzaibomoguangjuhewuneixingchengjingzhuangguangxueqijiandenamijiquanxitu，zhelidebomoguangjuhewuqianzaitoujingnei，keyiqudailengjingzaichuantongguangbodaozhongdezuoyong。yuzhiqianyiyang，weixingxianshiqitoushedaojingtoudeyiduan
，quanxiguangxuexitongzhuandongguangshufangxiang，yindaodanxiangguangshutongguobiaomian，lingyizujiegouzejinyibujiangzhexieguangshuzhuanxiangyanjing。zhezhongchuangzaoxingdegongchengjishusuoshixiandehouduzhiyouyuanlailengjingshiguangbodaofangandejifenzhiyi。

 

近十年前，DigiLens對這種技術進行了改進
，並為美國軍方（與羅克韋爾柯林斯公司合作）構建了航空HUD係統，這些係統目前仍然屬於機密。

 

最近有幾個基於全息光波導技術的產品：英國的TruLifeOptics和WaveOptics
，以及科羅拉多州的Akonia Holographics。Akonia之前已經在這種技術上花了十年時間
，並且在投資全息存儲時還損失了1億多美元。這三家公司現在似乎都已經在實驗室條件下展示過類似於DigiLens 2010年的設計。

 

 

所有前麵提到的光波導設計仍然屬於“無源”透(tou)鏡(jing)。被(bei)動(dong)的(de)鏡(jing)頭(tou)本(ben)身(shen)沒(mei)有(you)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)，它(ta)們(men)隻(zhi)是(shi)接(jie)收(shou)微(wei)型(xing)顯(xian)示(shi)器(qi)投(tou)射(she)的(de)光(guang)，並(bing)被(bei)動(dong)地(di)引(yin)導(dao)光(guang)線(xian)穿(chuan)過(guo)鏡(jing)頭(tou)，轉(zhuan)向(xiang)後(hou)最(zui)終(zhong)投(tou)射(she)到(dao)用(yong)戶(hu)的(de)眼(yan)睛(jing)裏(li)。

 

有源全息波導

 

DigiLens設計出“主動式”全息光波導。

 

通過使用基於液晶的薄膜聚合物，DigiLens光波導內的全息鏡狀光學器件能夠在用電流激活時改變狀態。

 

 

從最早用於軍用顯示器開始，DigiLens一(yi)直(zhi)紮(zha)根(gen)在(zai)航(hang)空(kong)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)。他(ta)們(men)再(zai)次(ci)與(yu)羅(luo)克(ke)韋(wei)爾(er)柯(ke)林(lin)斯(si)公(gong)司(si)合(he)作(zuo)

，開(kai)始(shi)在(zai)巴(ba)西(xi)航(hang)空(kong)工(gong)業(ye)公(gong)司(si)的(de)噴(pen)氣(qi)機(ji)上(shang)創(chuang)建(jian)基(ji)於(yu)光(guang)波(bo)導(dao)技(ji)術(shu)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)
，這(zhe)種(zhong)顯(xian)示(shi)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)儀(yi)表(biao)板(ban)上(shang)。他(ta)們(men)的(de)第(di)一(yi)款(kuan)消(xiao)費(fei)產(chan)品(pin)
，即(ji)寶(bao)馬(ma)智(zhi)能(neng)頭(tou)盔(kui)顯(xian)示(shi)器(qi)，將(jiang)於(yu)今(jin)年(nian)晚(wan)些(xie)時(shi)候(hou)發(fa)售(shou)。

 

此外，前麵提到的光波導技術都被約束在平坦的平麵上。今年早些時候，DigiLenshaixuanbutamenyijingwanshanleyouyuanquanxibodaozaiqumianjingpianbiaomiandeyingyong
，zheyiweizhetamenkeyijiangzhexiejishuyingyongdaoputongdeyanjingshang。tamenzuijingangjieshuyousuonihefushikanggongtonglingdaodeyilun2200萬美元的融資。

 

在最近對DigiLens創始人，董事長，首席執行官兼首席技術官Jonathan Waldern博士的采訪中，他還透露公司正在研究使用和光波導顯示器類似的技術，將層壓板應用於鏡頭內部（這裏取消的是相機而不是微顯示器），以類似的薄形實現眼睛跟蹤。

 

相對於DigiLens現有的產品設計，這種新的設計帶來的新穎性可能就隻剩下光場技術了。如果說Magic Leap正在通過使用多層光波導結構實現光場技術的話，DigiLens則已經在他們現有的設計中采用了這種多層光波導技術：將紅色光譜分離並引導進入相應的光波導，這個相應地光波導在藍綠色光波導的頂部。此外
，DigiLens還采用光波導交疊方案來擴展視場。如果他們還沒有使用這種分層光波導技術來實現光場顯示，那是因為他們的客戶還未提出這種需求 - 他們迄今為止一直專注的是文本導航數據，而不是娛樂。如果付費客戶提出光場顯示的需求
，我們可以確定DigiLens一定會采用現有的分層光波導技術。

 

DigiLens是一隻沉睡的獨角獸
，它在這個領域比其他任何光波導OEM先進至少七年。雖然DigiLens同美國軍隊方麵的合作可能仍然屬於機密，但要知道美國軍方正在建造什麼樣的HUD都還不會違反安全規定，他們一直是使用DigiLens的顯示器技術來製造這種HUD的。

 

 

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