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一文看懂 HoloLensMagic Leap…详解AR光学技术产业链

发布时间:2018-01-22 22:19

     

  各个VR(虚拟现实)眼镜利用的成像道理大同小异,而AR(加强现实)眼镜其实八门五花:微软HoloLens、谷歌眼镜、腾讯投资的Meta、阿里投资的以色列巨头Lumus、Magic Leap,美国军方的合作企业Vuzix,还有富士康和索尼的骄子DigiLens…每家都有本人的绝活儿。

  本文将引见一种近目光学手艺,阐发波导手艺的革命,然后将要讲的范畴具体放在全息波导上。

  我们会细心审视波导OEM市场中的各大组织,包罗HoloLens、谷歌眼镜、Magic Leap、DigiLens等等。

  这篇文章并非以纯学术形式展示,而是愈加和蔼可掬,让读者对波导市场有个基准判断息争读,以及领会光学手艺的尖端范畴若何重塑智能眼镜市场。

  这个实现道理比力根本,也简单粗暴:一个微型显示器(这里用的是LCoS)边上是各类电子器械,正对着一个棱镜,把光学设备转过90度,将显示器发出的光反射到用户右上方视角场,从而实现虚拟图像的迭加。这就是所谓的棱镜处理方案——在本例中,这个包罗了LCoS显示器和棱镜光学系统的整个光学部件是由HiMax(奇景光电)出产的(台湾的一家光学OEM)。

  此刻想象一下:两个这种90度反射棱镜对齐放置。在这种设置下就能把图像发射光线度,感受就像潜望镜一样。当然也能够用两块棱镜让图像光线以原标的目的继续出射。下列图片是最简单的形式。而想要继续深切领会波导手艺,就必需清晰这种显示标的目的扭转的道理。

  波导手艺即传布光线的手艺。从某种意义上讲,波导手艺并非是什么新颖玩意,与让光线沿线传导的光纤手艺道理一样。

  当你从一段察看光纤的时候,你看不到光,只是有一个小光点。波导管用了同样的定向光波导元件,把光线导入一根管或者一个平面(平面波导),从一端导到另一端(看不懂不妨,看下图。光线从显示源射出,通过波导元件射入眼镜)。

  这一范畴最根基的波导最后是由以色列军方身世的光学公司Lumus(阿里巴巴、HTC等投资)进行贸易化的。比来,这家公司也成为出名工业AR头盔厂商Daqri和Atheer的供货方。

  谷歌和索尼公司都有道理上雷同的波导手艺学问产权。而奇景光电和法国Optivent合作成功做出了一串互相链接的波导管;并且奇景光电和Lumus,Lumus和Essilor也合作成功做出了这个项目。Essilor是全球最大的导管出产商,比来与全球最大的眼画面厂商,意大利公司Luxottica归并。

  这个比之前提到的波导布局愈加复杂一些,想象棱镜缩减到很是细小的尺寸,然后延展开。此刻将良多如许的小元件放到透镜概况。这些细小概况就构成了所谓“平面出射”的波导部门。图像会被朋分为一系列的垂直区域,然后用另一端同样的波导部门出射并整合成原图像,展现在眼球前。(下图)

  而微软的HoloLens中所用到的波导手艺,现实上是诺基亚公司的设想方案,想不到吧?微软不外是把设置改为光线扭转到右上方,在眼球上方安装微显示器。

  诺基亚公司的专利惹起了普遍的关心,由于它有潜力进行大规模出产。不只如斯,除了HoloLens之外,诺基亚还将这一设想方案授权给了和美国军方有颇深关系的Vuzix公司。

  这家公司在英特尔投资的一家工场中进行了这款波导元件的出产,然后以与联想合作品牌的表面在中国B端市场进行发卖。能够看出诺基亚公司的设想方案不只能大规模出产,还能扩展出产合作关系。

  芬兰公司Dispelix不只出产概况出射的波导,还为出产过程的改良做出了精采的贡献。Dispelix公司不只制造了雷同于诺基亚公司的概况出射元件,还为出产过程添加了新手艺:在元件概况“打印”微型波导管。

  Magic Leap从来都是闷声发大财的,故而我们想要领会他们的工作就得去查看他们的专利申请和收购记实,也就是说他们从不会讲清他们实现打算的具体方案。

  创立者罗尼阿伯维茨(Rony Abovitz)此前曾公开了MAKO Surgical,一款外科机械手臂平台。MAKO平台后来被Stryker以16.5亿美元收购,这是一家医疗设备巨头(市场价值500亿美元)。

  现在投资集体们都对Abovitz很是信赖。我们猜再加上阿谁超卓的尝试室演示项目(在恰当的情况下),他能筹集到相当巨额的资金。

  Magic Leap测试了多种多样的光学设想,等候能找到一个合适的光场显示,还要能大规模出产。光场能实现景深的结果,让核心处的物体清晰可见,而其他的物体看起来更恍惚。对于这种Magic Leap公司正在追求的文娱使用来说,光场手艺可以或许实现虚拟内容愈加实在的衬着结果。

  在客岁四月份,Abovitz空降《连线》杂志封面,文章报道了一种“光子光场芯片”。“芯片”这种称呼也暗指了他们的一种理论显示手艺。

  2013年到2014年间申请的专利摸索了各类各样的外接光学设想,但都是夸夸其谈,在现实出产中收到了各类各样的限制。

  理论大将CPU的出产手艺使用到这些显示设备上来就有可能完成出产了。要说对Magic Leap的研发结果还有什么思疑的处所的话,仍是有两大妨碍等着这家公司的——

  第一,成本:一款眼镜波导管比现代CPU大好几倍…并且一台设备需要两个。这意味着就算Magic Leap公司研发成功,最初一台设备两个镜片造价都要好几千美元,他们还没有像英特尔那样大规模出产这么高贵设备的能力。眼睛的造价可能会很高。

  第二,厚度:专利文件中能够发觉波导片的厚度在1厘米到1.5厘米之间。Magic Leap正在针对消费者市场进行开辟——就算他们能做出产物,就算他们还能绕开出产高成本——就算最好的显示设备,厚达1厘米的外观要素也不会让消费者买账。细节之处定成败。

  现在看来,Magic Leap公司从头回炉制造了。这家公司的专利还包罗了各类层迭的概况出射波导元件。这让我们回忆起Dispelix公司之前提到的微布局打印手艺。

  客岁Magic Leap公司悄然收购了一家叫分子印刷的公司(Molecular Imprints),其手艺就是可以或许打印微型布局,与Dispelix公司的元件出产手艺很雷同。

  这种显示手艺的开辟周期有可能让Magic Leap开辟出了波导手艺,能在轻薄设想下缔造光场显示,并且出产成本合适。可是Dispelix公司曾经动手打印概况出射波导元件了,而Avegant比来也演示了光场显示(用更精细的激光朋分手艺),Magic Leap生怕机遇不多了。

  这个名字有可能发生曲解。“全息图像波导手艺”提到的“全息图像”并不是指用户在面前看到的图像,而是元件华夏本的光学组件,这些本身就是由纳米级全息图形成的。

  考虑一下你在信用卡上看过的全息图像。这种全息图像放在薄板上,通过反射进行查看(信用卡卡背后的反射面是为了背鲜明示的,而全息图本身其其实反面)。

  对于全息图像波导手艺而言,采用了雷同的一项手艺——一个多面光学薄板用激光曝光处置,从而印上显微镜级别纳米尺寸的全息图像,也就是元件中躲藏的镜子一样的光学元件,借此替代掉了愈加保守的波导手艺中棱镜的地位。

  就跟以往一样,微型显示器投射到波导的一段,然后全息光学器件扭转光的位置,将单向光波导到概况,然后另一组全息光学组件逆转这个过程,把回复复兴的图像射入面前。这一超卓的工程设想所占空间只要本来棱镜的薄薄一层。

  比来获得索尼、富士康等投资的DigiLens在近十年前就改良了这一手艺,为美国军方设想了空军HUD系统(与Rockwell Collins合作),目前该手艺仍属秘密。

  全息波导光学元件行业现在又迎来了诸多新成员:英国的TruLife光学和Wave光学公司,以及比来的科罗纳多州的Akonia全息图像公司。

  Akonia公司之前花了十年时间,耗资1亿美元研发全息图像存储手艺,并未成功。这三家公司目前都在尝试室情况下进行演示,设想方案与2010年的DigiLens的工作颇为类似。

  之前提到的所有波导设想都还属于“被动式”波导。元件中都是被动触发机制,也没有电子组件,他们只是接管了微显示器投射出来的光,被动地把光纤移过元件,然后扭转标的目的,投射到用户的眼镜里面去。

  这一手艺利用的是一片基于薄薄的聚合物的液体水晶,DigiLens波导中雷同全息镜面的光学元件,可以或许在被电流激活时转换形态。

  如下图,光线从源显示屏上射出,别离走红色和蓝绿色波导。最初颠末多层电流转换全息光学元件(厚度仅1微米),再射出到眼睛里。

  DigiLens此前是靠军方显示手艺发家,此刻航空电子设备行业站稳了脚跟,然后转移阵地到了巴西航空公司的喷气式飞机采用的头戴波导显示设备,然后因为Rockwell Collins合作。他们第一款消费者级别产物是一个为宝马制造的显示器,将于本年晚些时候发售。

  除此之外,前述的波导手艺都是平面设想,概况出射的。在本年早些时候DigiLens同样颁布发表了他们完美了他们的自动式全息波导手艺的使用,使用于曲面元件的表白,这意味着他们可以或许顺应眼球佩带。他们比来刚接管了一轮由索尼和富士康供给的2200万美元的投资。

  在比来一次对DigiLens创始人、主席、CEO/CTO,Jonathan Waldern的采访中,他暗示他们正在研发为元件内置层迭式手艺,采用波导显示中雷同的手艺,不外是通过摄像头而不是微显示器来完成眼球追踪功能,同时大小也差不多。

  DigiLens如许留下来的光学手艺空间只要光场还能够再研究研究了。可是若是说,Magic Leap公司正在操纵多层波导手艺实现光场结果的话,DigiLens早就把多层波导手艺投入此刻的产物设想里了——将红色光谱放到本人的波导元件里,上面加上蓝色和绿色的波导。

  除此之外,DigiLens采用了层迭式波导元件来扩大视场角。若是他们还没有用到他们的层迭式波导元件来实现光场显示手艺,是由于他们的客户要求并没有要求这一点——他们因而在导航数据方面很是专业,而不是文娱范畴。若是有客户情愿出钱搞光场,估量他们也能用现有的波导层迭手艺搞得来。

  DigiLens可谓是一头沉睡的雄狮。在消费者可接管的外型要素下成功研发智能眼镜,接近目光学起步发家,现在的DigiLens公司可能要比起其他波导范畴的OEM方法先个最少七年。

  虽然DigiLens为美国军方开辟的项目还列属秘密,可是并不需要黑客手艺就能晓得美国军方想造的就是像钢铁侠那样的HUD系统了,而他们靠的就是DigiLens公司的显示手艺。





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