讀者能夠獲得什么？

本文并不是專家學者的專業(yè)著作，主要還是集中在對波導方案總攬性的講解方面，VR之家認為文章可以讓讀者對波導市場有一個基礎性的了解，并了解此類光學器件的變革以及它們對智能眼鏡市場的重要性。

近眼光學器件基礎介紹

說道智能眼鏡產品，谷歌在2012年發(fā)布的Google Glass可以說是其中的典型代表，當時它可以說是非常先進的產品，但現(xiàn)在來看其實是一款非常基本的設備：側面有一塊微型顯示器（硅基液晶（LCoS）），然后有一個棱鏡可以將顯示器光線彎曲90度到我們眼睛的右上方，這是一個二合一光學單元，同時包括了硅基液晶和棱鏡，由HiMax提供（一家臺灣光學器件OEM）。

現(xiàn)在我們來想像一下有兩塊這樣的棱鏡并列放置。根據棱鏡放置的方向，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，接下來就可以談談波導了。

波導基礎介紹

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

源自以色列國防工業(yè)研究所的Lumus光學可以說是第一家提供波導產品的公司（比較原始），這家公司現(xiàn)在還成為了Daqri和Atheer的OEM供應商。

同時，谷歌和索尼也具備類似的波導產品設計專利，HiMax和法國的Optivent，HiMax和Lumus，Lumus和法國的Essilor公司都展開了相關的合作研究項目。目前，Essilor可以說是世界最大的透鏡生產商，他們最近和意大利Luxottica進行合并。

表面浮雕波導

下面介紹更為復雜的波導設計，想象一下將棱鏡壓縮到非常細小的尺度同時橫向拉長?，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”了。這里的關鍵就是“切割”出一系列垂直條紋，通過適當的排列將光線引導至眼前的鏡片區(qū)域。

此類波導裝置最初是由諾基亞注冊申請專利并成功商業(yè)化的。

事實上，微軟HoloLens使用的波導裝置就由諾基亞設計，當然進行了一些改動，例如顯示屏放置在眼睛上方。

諾基亞的專利顯得尤為重要，因為它支持大規(guī)模生產。并且，除了HoloLens，諾基亞還還將這個設計授權給了Vuzix，這家公司量產波導元件的工廠獲得了Intel的投資，并和聯(lián)想一起在中國企業(yè)級市場進行銷售。所以說諾基亞的技術并不僅僅能夠進行大規(guī)模量產，同時還可以調整量產規(guī)模。

其他廠商也受到了這種表面浮雕波導設計的啟發(fā)。

芬蘭的Dispelix公司不僅生產這種表面波導設備，同時他們還對這一量產過程作出重要改進。因為他們不僅可以將“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于他們產品的具體消息，但可以從他們申請的專利和企業(yè)并購了解一些消息。

其創(chuàng)始人Rony Abovitz此前曾開辦了MAKO Surgical，一家生產手術用機械臂的公司。MAKO之后則被醫(yī)療器械巨頭Stryker公司收購。由于他的這些成功經歷，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，但他們仍然獲得了大量投資。

據稱，Magic Leap試驗了非常多種光學顯示方案，想要尋找到最適合大規(guī)模量產可靠的光場顯示的方法。光場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近不同物體，如果使用Magic Leap裝置觀看娛樂內容，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”，它之所以號稱晶片是因為其制造時采用的方法類似芯片制造。

2013-2014年申請的專利顯示一系列特殊的光學鏡片設計，它們理論上行得通，但如果考慮量產就有很多問題了。理論上他們可以應用制造CPU使用的技術來量產這個元件。當然，即使我們不再懷疑這種裝置量產在技術上的可行性，他們仍然要面對其他問題，首先就是成本：假如量產“光子晶片”的成本類似CPU，由于晶片面積數倍于普通芯片，其價格也非常之高...更不用說一副眼鏡需要搭載兩塊“光子晶片”。這意味著這種產品的成本超過數千美元，根本不是普通消費者買得起的，也無法像Intel那樣獲得明顯的規(guī)模效應（降低成本）。這樣一款產品定價將達到奢侈品的等級。

然后是專利書暗示這種鏡片厚度將會超過1cm，要知道Magic Leap的目標是消費市場，即使他們成功量產，即使他們成功降低成本，消費者也不大可能會選這樣一種厚度的眼鏡，對于頭戴產品來說，這種細節(jié)非常重要。

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

去年，Magic Leap悄悄收購了一家叫做Molecular Imprints的公司，其專利技術就是用來打印微型凹槽的。

這種顯示屏技術的迭代很有可能會讓MagicLeap能自主生產輕薄的光場顯示屏，同時生產價格不會太高。然而在Dispelix已經成功打印出表面浮雕波導、Avegant已經展示了自己研發(fā)的光場顯示屏的情況下，MagicLeap的神奇之處已經所剩無幾。

全息波導

這個名字帶有一定的誤導性。雖然這個名字里帶有全息二字，但其實全息波導并不會直接在用戶周圍產生全息影像，它指的是透鏡內部的光學元件本身就能產生納米級全息圖。

類似我們在信用卡上看見的全息防偽圖，這種全息圖投射到一個超薄的薄膜上，背面則是反光片。

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

位于美國加州的光學技術公司DigiLens十年前就已經完善了這一技術，他們?yōu)槊绹姺酱蛟斐隽撕娇针娮犹ь^顯示屏。

全息波導領域現(xiàn)在也有不少代表公司：來自英國的TruLife Optics和WaveOptics；來自美國科羅拉多州的AkoniaHolographics。Akonia此前花費了十年時間和超過1億美金來研究全息存儲技術，但是并未成功。這三家公司看起來都在實驗室環(huán)境下成功做到了全息波導，設計上和DigiLens在2010年生產出的產品很相似。

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

主動式全息波導

DigiLens公司已經開發(fā)了“主動式”全息波導技術。

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，然后進入航空電子領域，最后開發(fā)了用于戰(zhàn)斗機飛行員的波導頭戴顯示器，并配合羅克韋爾柯林斯航電系統(tǒng)使用。他們的首款消費級產品將會在今年晚些時候出貨，是為寶馬設計的智能頭盔。

更進一步，上面提及的波導裝置都采用了平面設計，而今年早些時候DigiLens宣布他們成功將自家的主動式波導技術應用到了曲面鏡片上，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技術的逆向應用，采用攝像頭代替微型顯示器，實現(xiàn)超薄眼鏡的眼球追蹤功能。

在目前DigiLens已經能夠提供的產品中，也只缺乏光場顯示了，而即使Magic Leap現(xiàn)在通過多層波導技術實現(xiàn)了光場顯示，DigiLens實際上已經開始在現(xiàn)有產品中實驗多層波導——將紅光波譜獨立于現(xiàn)有的波導，在藍綠波導上另外添加了獨立的一層。DigiLens通過層疊波導進一步擴展了設備的視場角。這意味著他們不使用這種技術實現(xiàn)光場顯示僅僅是因為他們的客戶并沒有這樣的需求——因為目前的目標客戶主要用來進行信息顯示，而不是娛樂。如果有客戶對光場顯示感興趣，相信他們也不是無法提供相應的產品。

所以說，DigiLens是一個潛在的獨角獸公司。消費者可接受的智能眼鏡設備將始于近眼光學器件也終止于近眼光學器件，而在這方面DigiLens預計比他們的競爭對手領先七年時間。雖然我們不可能知道DigiLens和美國軍方的合作細節(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，那肯定使用的是來自DigiLens的波導光學元件。