光波导和激光全息显示技术，谁将主宰AR眼镜的未来

Esther｜ 撰文

从今年CES上Nreal、Rokid等多家厂商展示的小型AR眼镜来看，2019年似乎将是AR眼镜技术急速发展的一年。而对于AR眼镜来说，近眼光学和显示技术是非常重要的部分，它们主要有两大类：激光全息显示和光波导技术，下面来看一看二者的区别和各自的优势。

 采用光波导技术、持有相关专利的公司列表

光波导技术

光波导原理图

光波导需要与光学引擎（向光学元件投射内容的微型显示器）配合使用，光学引擎在光波导一面输入光栅，光线通过镜片传播并通过输出光栅到达用户眼前。这项技术还分为两类：表面浮雕和全息光波导，前者是将光学元件雕刻在透镜中（去除式），或者添加到透镜上（添加式），而后者是将光学元件作为全息反射镜曝光在透镜内部。

目前市面上，Magic Leap、歌尔、WaveOptics等厂家在产品中采用添加式表面浮雕制造工艺，而Vuzix、微软等厂商采用去除式表面浮雕制造工艺，此外BAE、dispelix、灵犀微光、Lumus等厂商也采用了表面浮雕技术。

激光全息显示

先来解释一下激光全息显示所需的基础技术：合成器装置（combiner），它可将数字内容与用户眼前的真实环境结合。最简单的合成器形态为双向镜，魔术师常用双向镜来制造佩珀尔幻象。而Birdbath光学采用了曲面合成器，目的是扩大视场角。

Meta 2

ODG早期的AR眼镜：R-7采用了简单的分光镜显示技术，而其R-9型号采用了迷你Birdbath显示屏，另外Meta 2也采用了Birdbath显示。而两家公司均面临了相似的命运，前者在今年1月开始拍卖资产，而后者近期宣布破产。

全息分光镜图解

MicroVision等厂商研发的视网膜激光是近眼光学显示系统领域的领先技术，它的合成器为基础的分光镜。而全息分光镜采用与全息光波导相似的技术：将一系列微型反射镜通过全息技术曝光在透镜上，通过微机电（MEM）芯片和装在双轴平衡器的纳米级反射镜，激光将经过反射形成用户眼前的图像。

激光全息合成器的应用

North Focals

据悉，North公司的C端AR眼镜Focals就采用了激光全息合成显示屏，并且在前不久已开始发售。

在MicroVision进行的早期研究后，激光显示屏最近在瑞士再一次取得技术突破。一家名为Lemoptix的光学公司研发了一款先进的微光学机电系统（MEOM），即激光和纳米反射镜组成的投影系统。智能眼镜公司Composyt Light Labs，曾将Lemoptix激光投影仪应用在一款合成了RGB模型的近眼光学显示模组中。据悉，这两家公司均已被Intel收购。

Composyt早期设备的缺陷体现在色彩合成上，因此Intel基于其技术制作的Vaunt眼镜仅可显示单一的红色。在Intel展示Vaunt几周后，这项技术的研发部门就被取消了。

另一方面，前身为Thalmic Labs的加拿大公司North，从Intel资本和亚马逊Alexa基金获得了1.2亿美元融资，这笔资金被用来研发基于激光全息合成技术的智能眼镜。在Focals问世后，这款眼镜的彩色显示屏证实，该公司解决了困扰Composyt的颜色合成及对准问题。

后来，North获得了加拿大政府的补助，Focals成功打入市场，而该公司还收购了Intel Vaunt眼镜的专利。自此，大多数激光全息显示合成技术的专利都归到了North门下。

激光显示屏PK光波导

激光显示技术与光波导相比，有一项明显的优势：其光学元件可集成在近视镜片中，并且支持量产。

除此之外，激光显示与光波导有着相同的缺陷：无法兼顾小体积和大视场角。比如，微软HoloLens的视场角约达35°，而Meta 2的视场角虽然达90°，但其图像不够清晰，边缘存在可见的锯齿，而且其体积与适合C端大小的Focals相比要大得多。然而，Focals的视场角仅为15°左右。

对于信息提示等应用场景来说，15°视场角问题不大，但它无法支持沉浸式的AR体验。Focals的另一个缺点是，它仅支持平面显示，不显示深度和维度。

Focals位于镜腿内部的投影仪

与光波导相比，激光显示还有一大缺陷：其光线是穿过空气投射的，也就是说如果镜腿上的投影仪被挡住（比如被头发挡住），用户眼前的投射图也会受到影响。

光波导好在哪

光波导方面，它的设备是集成一体的，因此不会受到投影仪被遮挡的问题困扰。近几个月来，光波导的视场角也在不断突破：在今年CES上，DigiLens曾展示视场角30°的小型分体式AR眼镜参考设计，随着佩戴时间增加，该眼镜的观感也会越来越沉浸。该公司称，他们的目标是研发出120°视场角的产品。

DigiLens分体式AR眼镜参考设计

去年11月青亭网曾报道，AR初创公司Kura Technologies展示了一款视场角达135°，亮度超2000尼特的AR光波导模组，该模组在强光下的色彩效果要比HoloLens还略胜一筹。

此外，有传言在2020年将推出AR眼镜的苹果公司，也看好光波导技术，据知情人士称，在今年CES上苹果曾派出几十名代表，与DigiLens、Lumus、Vuzix和WaveOptics的多家光波导厂商密谈。而该公司在去年收购的Akonia公司，也是一家专注全息光波导技术的公司。

在未来，光波导视场角的技术局限不再来自于其本身，而是需要分辨率足够高的光学引擎来驱动大视场角。

如此看来，光波导将会是激光全息和成显示技术的强劲对手，不过在那之前还有一个问题未解决：光波导显示元件与近视镜片的集成。Magic Leap One支持可插入的近视镜片，不过它并不能像Focals一样，将显示原件集成在小巧的眼镜片本身。

光波导嵌入近视镜片图解

使用基于树脂的制造工艺，将光波导嵌入近视镜片的方法，很可能是消费级立体3D AR智能眼镜显示系统的未来。在去年10月，North（当时名为Thalmic Labs）曾获得与这项工艺相关的专利。

光学厂商Interglass也曾研发光波导技术，其技术是通过机械生产方式，将用于激光显示屏的全息合成器（与Focals的相似）嵌入到树脂镜片中。该公司发言人称，将光波导内嵌于近视镜片的技术是他们当下的研发重点，一些无法公开姓名的公司也在与其合作。

该公司还称，他们即将申请一项新专利，该专利将涉及一项与North的光波导内嵌近视镜片不同的设计。他们还表示，在约12个月后，他们将到达新的研发里程碑，到时候他们能更可靠地预测这种透镜能否适合量产，合理的预计是，最早在CES 2020上我们能看到他们的原型产品。

此外，DigiLens也曾表示，其已获得一项相关专利：将曲面的衍射光波导叠加在近视镜片中的技术工艺。DigiLens称，他们的设计与光波导内嵌树脂镜片相比，可在大幅降低的成本下实现量产。

比赛开始

考虑到多家光学厂商、AR眼镜厂商开始将目光瞄准光波导与近视镜片的集成，我们很有希望在未来几年见到体积小巧、大视场角的便携式AR眼镜。对于现在的AR眼镜市场来讲，ODG、Meta的消失预示着市场正在成熟，而各大厂商之间的竞争才刚刚开始。随着技术提高，相信用于C端的AR眼镜不会再是长远的梦。

（END）