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全球光波导和全息波导技术大解析

MEMS  · 公众号  ·  · 2017-05-13 00:02

正文


纵观世界上的光学进化史,近眼光学在近几十年的进展是飞速的。



追溯HMD从1916年到2008年可查询到的国际专利,近代十几年的加速发展,市场上已经从国际上早期的自由曲面光学,进化到近期最引人关注的光波导和全息波导:光波导的领军代表是以色列的Lumus,全息波导和全息光场波导有微软HoloLens,Magic Leap,DigiLens等等。


光波导:


波导技术即传播光线的技术。从某种意义上讲,波导技术并非是什么最先进的技术,与让光线沿线传导的光纤技术原理一样。弱点就是FOV视场角有限,玻璃易碎,不能弯曲,且重量上不能做到最轻。


领军企业:Lumus


当你从一段观察光纤的时候,你看不到光,只是有一个小光点。波导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(光线从显示源射出,通过角度选择性偏振薄膜阵列反射入眼睛)。


Lumus的外国专利已经包含了所有的角度和可能性。国内的仿造者们也同时面临着侵权的可能性。

Lumus:



全息图像波导技术:


由于光学的不断进化,诞生出了功能更优的全息图像波导技术。


“全息图像波导技术”提到的“全息图像”并不是指用户在眼前看到的图像,而是元件中原本的光学组件,这些本身就是由微结构组成的。


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,将单向光波导到表面,然后另一组全息光学组件逆转这个过程,把复原的图像射入眼前。这一出色的工程设计所占空间只有原本棱镜的薄薄一层。


目前做的最前沿的电控全息波导是DigiLens,国内在做的有GodView。


微软HoloLens


这个比之前提到的波导结构更加复杂一些,想象棱镜缩减到非常微小的尺寸,然后延展开。现在将很多这样的小元件放到透镜表面。这些微小表面就形成了所谓“平面出射”的波导部分。图像会被分割为一系列的垂直区域,然后用另一端同样的波导部分出射并整合成原图像,展示在眼球前。而微软的HoloLens中所用到的波导技术,工艺制程十分复杂,包括曝光、蚀刻等流程。其视场角、厚度并不有优势,因此它也不是最佳的AR光学方案。



DigiLens


这一技术使用的是一片基于薄薄的双折射多分散液晶材料,DigiLens波导中类似全息镜面的光学元件,能够在被电流激活时转换状态。


Digilens属于主动式全息光波导技术,相比前者优势更加明显。目前已知,Digilens已经可以做到全彩FOV 60度以上。




Magic Leap


Magic Leap测试了多种多样的光学设计,期待能找到一个合适的光场显示,还要能大规模生产。光场能实现景深的效果,让焦点处的物体清晰可见,而其他的物体看起来更模糊。对于这种Magic Leap公司正在追求的娱乐应用来说,光场技术能够实现更加虚拟内容更加真实的渲染效果。




Magic Leap 使用的光学设备比 HoloLens 和 Google使用的传统投影系统小很多。如上图所示,光源是与头戴设备的主体分离的,光源在便携模块中。其次,该设备的镜片系统也非常小。


GodView


一批由国际光学大师领军的前沿光学团队,带着前沿光学技术回到国内。首先实现了量产。4月份发布了他们薄如蝉翼的全息光场波导光学系统。



经查询GodView拥有含金量极高的:全息光场处理芯片及光场图像显示装置和国际专利。


一般的显示芯片能量损耗大:



GodView的全息光场显示芯片处理后的图像清晰且没有任何能量损耗:



在新推出的MR量产模组还包含了基于WIN10的:定位识别,全手关节跟踪和手势识别控制,3D背景置换,面部分析,利用景深的的增强现实,语音控制,3D 脸部建模等一整套技术服务和支持。随Digilens后GodView又是一匹最具潜力的黑马。