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| 本文作者： 劉芳平 | 2017-03-10 21:10 | 專題：雷峰網(wǎng)公開課 |
雷鋒網(wǎng)注：靈犀 AR 眼鏡透鏡實(shí)拍效果
雷鋒網(wǎng)此前曾報(bào)道過，在百度首席科學(xué)家吳恩達(dá)看來，AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）的核心在于人工智能，這并沒有錯(cuò)，要增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)首先要看懂現(xiàn)實(shí)，并根據(jù)現(xiàn)實(shí)提供信息，這些過程都需要人工智能技術(shù)。
但 AR 之所以為 AR，也是因?yàn)樗男畔⒄宫F(xiàn)方式——在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上疊加虛擬信息，而這需要一種未來式的顯示技術(shù)，類似《少數(shù)派報(bào)告》阿湯哥凌空操作的那種。雖然在手機(jī)上也可以實(shí)現(xiàn) AR，但這種 2D 小屏幕顯然沒法真正說服許多用戶這就是所謂的 AR。
許多公司都曾嘗試打造這樣的顯示媒介，而迄今被嘗試最多的是名為光波導(dǎo)的顯示技術(shù)，可以說這是 AR 顯示領(lǐng)域最熱的技術(shù)之一。
但這些產(chǎn)品目前還沒有真正開拓出一個(gè)大市場，原因有很多，但顯示技術(shù)不夠成熟也是一方面。使用了這項(xiàng)技術(shù)的 HoloLens 可視角只有 40 度，但遠(yuǎn)沒到沉浸感的水平；而且畫面的質(zhì)量（亮度、顏色等）都離 IPS 或 AMOLED 還差很遠(yuǎn)。
到底什么是波導(dǎo)光學(xué)？它有什么優(yōu)劣？它處于怎樣的發(fā)展?fàn)顟B(tài)？雷鋒網(wǎng)邀請(qǐng)了國內(nèi)專業(yè)從事波導(dǎo)光學(xué)顯示技術(shù)研發(fā)的靈犀微光技術(shù)合伙人王耀彰來解答這些疑問。
王耀彰，北京靈犀微光技術(shù)合伙人；畢業(yè)于北京大學(xué)物理學(xué)院，曾在北京大學(xué)量子電子學(xué)研究所從事飛秒光梳光頻標(biāo)的項(xiàng)目工作，后參與組建靈犀 AR 技術(shù)團(tuán)隊(duì)，靈犀 AR 在其成立兩年多的時(shí)間里，在國內(nèi)首次完成陣列波導(dǎo) AR 光學(xué)模組并小批量投產(chǎn)，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)光學(xué)技術(shù)方面處于世界先進(jìn)水平。
以下內(nèi)容整理自公開課。
先放上公開課完整視頻：
大家好，這里是靈犀 AR 主題課堂《AR 顯示的未來：詳解波導(dǎo)技術(shù)》。我是來自靈犀 AR 的王耀彰，很榮幸有機(jī)會(huì)在這里和大家分享我對(duì)當(dāng)前 AR 領(lǐng)域技術(shù)層面的心得體會(huì)和現(xiàn)在炙手可熱的波導(dǎo)技術(shù)的理解。
接下來的內(nèi)容將從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)總體概念切入，從技術(shù)的視角介紹視覺 AR 設(shè)備的形成和發(fā)展，最終講述波導(dǎo)技術(shù)當(dāng)前的進(jìn)展和其所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我希望能夠從科普的角度來給大家講一些平時(shí)比較容易混淆的概念和技術(shù)門檻較高的內(nèi)容，有講得不對(duì)的地方還請(qǐng)各位同行指正!
AR 的概念現(xiàn)在被大眾炒得很廣泛，首先帶著大家理一下 AR 的概念和現(xiàn)在的技術(shù)劃分。AR 即 Augment Reality，也就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。所謂增強(qiáng)，就是在真實(shí)世界的信息上疊加虛擬的信息，然后通過人類能接受的方式傳遞給自身，包括視覺、聽覺、味覺、觸覺等感官，輔助人類的感官去接收本來無法輕易地從現(xiàn)實(shí)世界中獲取的信息，同時(shí)做到實(shí)時(shí)交互。通俗地講，就是通過計(jì)算機(jī)來武裝人自身，提供更多的信息和手段去處理周圍的事情，這是一個(gè)比較泛的概念。
AR 技術(shù)所強(qiáng)調(diào)的實(shí)時(shí)信息計(jì)算和交互的方式并不局限，但作為一項(xiàng)新技術(shù)的開創(chuàng)者和先驅(qū)，當(dāng)然要從最直觀最現(xiàn)實(shí)的角度切入，最直觀的角度是什么呢？其實(shí)就是我們看到的東西，視覺上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。也就是當(dāng)今炒得火熱的 AR 顯示設(shè)備和各種 AR 顯示軟件。
AR 顯示技術(shù)的最根本目的在于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的視覺體驗(yàn)，讓我們看到一個(gè)被處理過的世界。同事的腦袋上空漂浮著心情簽名、出租車開過來的時(shí)候看到上面寫著打車人的電話尾號(hào)......如何處理這些“疊加”成為 AR 顯示技術(shù)的關(guān)鍵所在。
疊加過程在整個(gè)信息處理過程中所在的位置又把當(dāng)前的 AR 顯示技術(shù)分為兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：
視頻疊加，即在計(jì)算機(jī)的預(yù)處理過程中將信息疊加在攝像頭的實(shí)時(shí)畫面中，展現(xiàn)給觀察者的是處理過的視頻流。
感官疊加，即設(shè)備投影的視頻是不包含現(xiàn)實(shí)世界的畫面的，需要觀察者在觀察的過程中直接在視覺層面將二者融合。
視頻疊加
視頻疊加并不是新的技術(shù)，而是在原有的傳統(tǒng)顯示設(shè)備上做了一些 AR 應(yīng)用，優(yōu)化算法以逼近實(shí)時(shí)顯示，但其實(shí)攝像頭采集的畫面和眼鏡直接看到的還是有很多區(qū)別的。現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的位置經(jīng)過 2D 采集后會(huì)有很大的畸變，畢竟這是對(duì)信息進(jìn)行了降維處理，如果可以把屏幕相同位置替換成透明玻璃，就會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕上顯示的茶杯的位置并不一定是茶杯的真實(shí)位置。這些可能會(huì)在交互方面產(chǎn)生影響，但卻并不影響單向的信息采集和處理，就像 Pokemon Go 和掃 AR 紅包之類的應(yīng)用，在這種方式下實(shí)現(xiàn)得就很好。
感官疊加
視頻疊加易于實(shí)現(xiàn)，但說到底它并不依賴眼睛真實(shí)地去看外界的事物，因此它只是一臺(tái)有著實(shí)時(shí)外部監(jiān)控畫面顯示的 VR 設(shè)備。有時(shí)候被引入新概念稱作 MR（Mixed Reality），形式大于意義罷了。
感官疊加在理想情形下可以解決視頻疊加的失真問題，這在交互方面的感覺會(huì)有很大的提升。這些優(yōu)點(diǎn)讓感官疊加的 AR 顯示技術(shù)得以應(yīng)用在頭戴式顯示設(shè)備上，真實(shí)而安全。從而這也是未來 AR 技術(shù)的最重要的走向。當(dāng)然這里的技術(shù)門檻也是我們需要去面對(duì)的。
從光學(xué)上分析頭戴式 AR 顯示技術(shù)的需求：疊加的信息，也就是畫面，畫面的每一束光線需要被射入眼睛，而這些光線的反向延長線在觀察者前方匯合成為我們看到的虛像的像點(diǎn)，像點(diǎn)的集合成為我們看到的畫面。在此同時(shí)，同樣的方向上，現(xiàn)實(shí)世界的光線也需要同時(shí)射入觀察者的眼鏡。
反射和穿透
再從顯示設(shè)備上進(jìn)行審視，我們把顯示設(shè)備罩在眼睛前面的部分稱作鏡片，在鏡片上顯示區(qū)域的每一個(gè)點(diǎn)，都同時(shí)有內(nèi)部的疊加信息的光線和外部的現(xiàn)實(shí)世界的光線經(jīng)過它，內(nèi)部疊加的信息在這個(gè)點(diǎn)上是被反射進(jìn)入人眼的，而外部現(xiàn)實(shí)世界的光線是經(jīng)過折射——通俗地，可以叫穿透——進(jìn)入人眼的。
選擇性過濾
有的光線需要反射回去，有的光線需要透射過去，看起來需要做一些特別的東西來應(yīng)對(duì)這種需求，用技術(shù)的語言描述，就是要求我們?cè)谑褂玫倪^程中對(duì)光線有一定的選擇性過濾。恰好在光學(xué)研究中有這樣一種手段，對(duì)某些表面做一些特殊的處理，就是我們經(jīng)常講的，鍍上一些特殊的膜層，然后應(yīng)用光的偏振屬性來把不同的光線區(qū)分開來。這里提到的光的偏振是物理學(xué)里的老生常談，對(duì)于領(lǐng)域外的朋友們，我這里簡單做一下科普。
光的偏振
光可以被認(rèn)為是特殊頻率段的一種電磁波，所謂波，是用來代指規(guī)律性的振動(dòng)的傳遞，就像海浪一樣一上一下慢慢遠(yuǎn)去，而一上一下的振動(dòng)就表示它其實(shí)是有方向性的。振動(dòng)的方向總是和波傳遞的方向垂直。形象地去想像向前傳遞的一列波，它的振動(dòng)方向既可以上下，又可以左右，或者左上右下，或者右上左下，也即是說在垂直于向前的平面上，隨便什么方向都可以。
而我們常見的太陽光，是所有方向的振動(dòng)分布均勻的一種光，我們把它叫做自然光。而各個(gè)方向分布不均勻的，我們把它叫做偏振光。偏振的屬性雖然看不見摸不著，但是它卻非常有用，因?yàn)椴煌駥傩缘墓庠谕环N介質(zhì)表面?zhèn)鬟f的效果是截然不同的。光學(xué)上經(jīng)常會(huì)用到一種叫偏振分光棱鏡的東西來把兩種光區(qū)分開來，
PBS (偏振分光器)
回到剛剛說的選擇性過濾中的特殊膜層，在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們通常會(huì)把這種膜層叫做偏振分光器，通常簡稱為 PBS (polarized beam splitter)，最常見的 PBS 是以立方體玻璃塊的形式出現(xiàn)的，所以也叫做偏振分光棱鏡。這也是現(xiàn)在可以聽到頻率比較高的一個(gè)光學(xué)術(shù)語。
Google Glass
基于 PBS 的 AR 設(shè)備以 Google Glass 為代表?？梢员徽J(rèn)為是推向市場的第一代 AR 眼鏡。
類似技術(shù)的共同點(diǎn)是：我們可以看到眼鏡的側(cè)面伸出一塊玻璃塊到眼睛前面的位置，用于把側(cè)面的微顯示器投影的信息通過偏振分光膜反射到人眼中，同時(shí)外界光線的一半 (分光棱鏡通常會(huì)把自然光對(duì)半分開，一半反射、一半透射) 也會(huì)以同樣的光路進(jìn)入人眼，這樣的話，只要顯示的信息內(nèi)容和位置恰當(dāng)，就會(huì)有和真實(shí)世界的東西處在同一個(gè)空間位置的感覺，也就是通常所說的疊加感。
棱鏡技術(shù)特點(diǎn)
根據(jù)我們剛才的分析，如果在 AR 眼鏡中使用偏振分光棱鏡的技術(shù)，則必然會(huì)有一個(gè)方方的玻璃塊擺在我們的眼前，這便是第一代 AR 眼鏡最明顯的一個(gè)缺點(diǎn): 外觀的不友好。然而更嚴(yán)重的問題是，對(duì)于立方體的 PBS 而言，如果我們想要更大的顯示區(qū)域，眼鏡片(說成眼鏡塊可能更好一些)的厚度是和它的高和寬幾乎一樣，也就是說，如果我們想要一個(gè) 2cm×2cm 的顯示區(qū)域，我們就不得不接受一塊厚度至少 2cm 的玻璃塊，顯然大家是不會(huì)真的這么做的。
因此，棱鏡技術(shù)通常會(huì)把顯示區(qū)域的尺寸限制在大約 1cm×1cm 的范圍內(nèi)。另一方面，偏振分光膜對(duì)所選擇的光線角度的要求很高，范圍外的光線是不具有好的分光效果的，所以系統(tǒng)中的光線的角度不能有太大的范圍，一般會(huì)把最終的視角控制在 15°上下的范圍。
視野范圍和視場角的大小是棱鏡技術(shù)對(duì) AR 顯示效果最大的限制。因此我們會(huì)覺得 Google Glass 只能在眼鏡的角落位置顯示一小塊屏幕，看久了還會(huì)斜眼。
自由曲面技術(shù)
為了削減偏振分光棱鏡技術(shù)的局限性帶來的影響。光學(xué)設(shè)計(jì)師們?cè)谛碌脑O(shè)計(jì)中使用了傳說中的自由曲面技術(shù)。
剛剛提到偏振分光膜對(duì)較大角度方位的光線的選擇效果的一致性較差，是因?yàn)?PBS 在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用只是為了應(yīng)對(duì)頻率單一的激光的，而對(duì)于畫面的傳輸則是十分粗獷的一個(gè)器具，因?yàn)槲覀兛吹降漠嬅嬷辽俑鞣N顏色都是齊全的，畫面每個(gè)位置都要求是清晰的，從光學(xué)上講，也就是說既要適應(yīng)寬的頻率譜，又要有較大的近軸范圍，而立方體的偏振分光棱鏡的這兩個(gè)參數(shù)都比較差。
可能 Google Glass 真的很著急第一個(gè)推出自己的眼鏡，所以才急急忙忙出了這么一款在技術(shù)上看還并非最成熟的產(chǎn)品。那么如果在設(shè)計(jì)的過程中通過精密的計(jì)算，把原本的立方體表面做成彎曲的表面，甚至膜層也做成彎曲的，最大程度地利用每一個(gè)位置的分光效果，就可以更大程度地利用分光膜層，既能擴(kuò)大顯示的范圍，而不產(chǎn)生體積上夸張的擴(kuò)大，同時(shí)也能增大視場角的范圍。
以 EPSON 的眼鏡為代表，自由曲面技術(shù)把視場角的范圍提升到了 25°左右的范圍，但厚度依舊無法太小，這就意味著體積和重量對(duì)產(chǎn)品體驗(yàn)的制約，和接下來要隆重推出的波導(dǎo)技術(shù)相比，只能說是瘦死的駱駝比馬大，可能這句也不太合適，因?yàn)樵谶@里我想表揚(yáng)的是馬。
離軸光學(xué)
這里需要插入一個(gè) AR 界的古董技術(shù)，所謂離軸光學(xué)的頭盔顯示技術(shù)，至于什么是離軸光學(xué)，一下也說不明白，大家姑且理解成“光路走得很開，離開軸都不知道跑到哪里去了，因?yàn)槲覀儾⒉粨?dān)心它占地方”的光學(xué)技術(shù)。
這個(gè)技術(shù)事實(shí)上是以自由曲面的設(shè)計(jì)，再加上對(duì)偏振分光器的簡單化——就是把原先的玻璃塊，縮減成一層半透明的罩子。優(yōu)勢(shì)在于的確能很大程度上地?cái)U(kuò)大視場角，以 Meta2 為例，它的效果簡直相當(dāng)于一塊 10cm 厚的 Google Glass 鏡片，說出來嚇?biāo)廊?。雖然已經(jīng)極大地簡化了偏振分光棱鏡技術(shù)，視場角做得那么大也不容易，但還是不能逃脫被人嫌棄太大的命運(yùn)，都快成了一個(gè)透明蓋子的 VR 頭盔了。
剛才我還提到了古董二字，這是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)早在好多年前就用在軍方的飛行員頭盔上了。好在飛行員并不在意頭上有個(gè)大玻璃罩，因?yàn)楸旧硭麄兙偷么黝^盔，也不在乎上面再搞點(diǎn)別的幺蛾子。
??！終于輪到波導(dǎo)技術(shù)了，并不是我的講稿拖沓，只是波導(dǎo)技術(shù)是以所有的這些技術(shù)作為鋪墊而在關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)上做出創(chuàng)新而產(chǎn)生的新的技術(shù)，在實(shí)際發(fā)展過程中也是以這樣的技術(shù)邏輯產(chǎn)生的。
先來看一下我們經(jīng)?？吹降牟▽?dǎo)鏡片的諜照，仔細(xì)看的話能夠發(fā)現(xiàn)，波導(dǎo)鏡片中間的位置有一排柵格狀的條條，陣列排布，因此，我們通常管這種波導(dǎo)技術(shù)叫陣列波導(dǎo)技術(shù)。至于為什么有波導(dǎo)兩個(gè)字，一會(huì)兒再講。
陣列波導(dǎo)技術(shù)也是靈犀 AR 當(dāng)前主要推動(dòng)的技術(shù)。載有圖像信息的光線，經(jīng)過波導(dǎo)片的傳送，再從陣列區(qū)域前幾代光學(xué)方案所面臨的共同問題有兩個(gè)：鏡片的顯示區(qū)域大小和視場角大小。
靈犀 AR 產(chǎn)品介紹
波導(dǎo)技術(shù)在鏡片顯示區(qū)域上已經(jīng)做到了極致，因?yàn)?AR 眼鏡的終極目標(biāo)不就是做成普通眼鏡的樣子么! 靈犀 AR 的陣列波導(dǎo)鏡片做到了 1.7mm 的厚度，透光效果看上去幾乎和普通眼鏡無差異。顯示區(qū)域不再受限于鏡片厚度，這樣便可以讓觀察者的眼睛有一個(gè)比較大的活動(dòng)空間。
在視場角方面，靈犀 AR 的陣列波導(dǎo)鏡片已經(jīng)做到了 36° 視場角，而波導(dǎo)技術(shù)本身的理論視場角范圍在 30°到 60°的區(qū)間內(nèi)。
到底是如何做到這些呢？陣列的膜層其實(shí)也是從橫向上擴(kuò)張了顯示區(qū)域，改變了原來的單一的偏振分光膜的模式。而同時(shí)每一層膜又經(jīng)過了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模擬，最終的效果并不是簡單的偏振分光，而是針對(duì)每一束(位置和方向)不同的光線都有唯一的選擇性，最終經(jīng)過反射進(jìn)入觀察者的眼睛里，精密的計(jì)算和精確的制造高效地利用了鏡片的每一塊位置，并且精密地還原顯示器顯示的圖像，在畫面的均勻性和畫面整體質(zhì)量上有著強(qiáng)有力的保證。
另一方面，先前的偏振分光棱鏡技術(shù)的厚度受到限制，也是因?yàn)楣饩€平行于鏡片傳輸過程中需要一定的鏡片厚度作為光線寬度的保證，允許所有的光線能順利通過。而在波導(dǎo)技術(shù)中，卻不用擔(dān)心這個(gè)問題，因?yàn)椴▽?dǎo)技術(shù)利用了鏡片的兩個(gè)表面，鏡片的內(nèi)壁是可以讓光線進(jìn)行反射的，這樣光線在鏡片內(nèi)壁中來回反射，跌跌撞撞最終打到相應(yīng)的膜層上，反射到觀察者的眼睛里。這樣就減少了對(duì)鏡片厚度的要求。
可能有人會(huì)想，光線在打到鏡片內(nèi)壁的時(shí)候不會(huì)沖出來么?這是個(gè)好問題，不過幸好，光在介質(zhì)中傳播還有一種特殊情形，就是傳說中的全反射。簡單地說，就是從玻璃或者塑料這些比空氣折射率大的介質(zhì)(我們叫光密介質(zhì))中以一個(gè)比較大的角度(接近平行于表面)打到內(nèi)壁上的光線，全部會(huì)經(jīng)過反射繼續(xù)傳播。就像是我們?cè)跐摰剿碌臅r(shí)候，從某些角度去看水面是看不到水面以上的東西的。這種全反射的方式在平板內(nèi)部“碰壁”式傳播的過程就叫波導(dǎo)傳輸，平板介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)傳導(dǎo)波的工具，故名“波導(dǎo)”(waveguide)。
靈犀 AR 二代原型機(jī) Sapphire PT2
波導(dǎo)因其可以幾乎無損耗地傳播光線，因此在生活中的應(yīng)用還有很多，比如說我們用在寬帶網(wǎng)傳輸?shù)墓饫w，和許多用作裝飾的星星點(diǎn)點(diǎn)的燈具。說到這里，再次給大家介紹一下靈犀 AR 的第二代原型機(jī) Sapphire PT2，搭載著靈犀 AR 自 主研發(fā)的光學(xué)引擎，36°視場角，分辨率 1280×720，在交互方面，使用了基于深度攝像頭的手勢(shì)識(shí)別和語音識(shí)別，以及基于攝像頭和姿態(tài)傳感器的頭部跟蹤。
回來再講講我們的未來。從這樣一個(gè)角度來看波導(dǎo)方案，就會(huì)覺得其實(shí)波導(dǎo)片本身是作為一種光線的橫向傳輸方式存在的，也就是從電子顯示屏上透射出來的光線，讓其神不知鬼不覺地被轉(zhuǎn)運(yùn)，然后從鏡片中間帶區(qū)域展現(xiàn)出來。這樣我們其實(shí)可以把波導(dǎo)方案從流程上拆分成 三個(gè)部分：耦入部分、傳輸部分、耦出部分。即：電子顯示屏的光線通過某種方式進(jìn)入到波導(dǎo)，經(jīng)過傳輸，再以某種方式導(dǎo)出波導(dǎo)，進(jìn)入觀察者的眼睛。
這樣的話我們把波導(dǎo)技術(shù)作為一種橫向傳輸手段，如果我們能找到其他的方式來做這里講的耦入和耦出，不就有新的方案了么! 光學(xué)上經(jīng)常用到的光線選擇處理手段除了廣為流傳的偏振分光膜以外，還有一種實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，那就是光柵。
光柵是在波導(dǎo)的表面而非內(nèi)部做一些處理，是另外一種膜層，它用光的干涉來處理光線的偏折問題，對(duì)光線的頻率上的純度要求很高，光學(xué)實(shí)驗(yàn)室本身是用單色的激光來制作和使用光柵的，目前得以實(shí)現(xiàn)的基本上都是只對(duì)單色光有特別響應(yīng)的光柵，也就是說，真的用光柵做顯示的話，要不就一種顏色，要不就用三片鏡片摞在一起，和 Hololens 一 樣，其實(shí)厚度也不小。
經(jīng)過光柵處理的光線，我們能看到的視場角還是比較受限制的，目前所實(shí)現(xiàn)的全息光柵波導(dǎo)的視場角都沒有超過 30°的。光柵技術(shù)雖然還不很成熟，但其發(fā)展的前景未來不可小覷。 不過即便是單色的光柵，造價(jià)也同樣不菲，制造工藝上也有很多麻煩的環(huán)節(jié)需要一步步去克 服，別問我為什么知道，透露太多會(huì)被老板拔網(wǎng)線的。
好的，今天就講到這里，從 AR 概念的產(chǎn)生到業(yè)界一步步鋪開技術(shù)的道路，最終到高大上的波導(dǎo)技術(shù)，我只是給大家做了一個(gè)簡單地介紹，其實(shí)每一個(gè)環(huán)節(jié)再拿出來，都還有許多可以講好多個(gè)晚上的東西。希望以后再有機(jī)會(huì)可以和大家分享。
1、光學(xué)在 VR 或者 AR 中是否屬于核心技術(shù)和難題？
王耀彰：（搬運(yùn)自本人在知乎的回答）對(duì)于顯示而言，光學(xué)當(dāng)然是核心技術(shù)，但是是否是難題，則需要發(fā)展地去看問題。從當(dāng)前的技術(shù)的階段性來看，VR和AR是存在于不同層面上的：
展示畫片用的西洋鏡作為簡單粗暴的近眼顯示設(shè)備，在上個(gè)世紀(jì)初就開始盛行了，這和當(dāng)前市面上的VR盒子從光學(xué)上而言沒有本質(zhì)上的區(qū)別，而這種光學(xué)技術(shù)從伽利略造望遠(yuǎn)鏡的時(shí)候也就產(chǎn)生了。直到現(xiàn)在智能平臺(tái)的出現(xiàn)能讓畫片大小的區(qū)域顯示所有自己想要的內(nèi)容，便有了如今的VR設(shè)備的體驗(yàn)。而智能平臺(tái)的加入除了能夠在顯示內(nèi)容上隨心所欲意外，還為我們展示了不同的交互方式，讓我們可以全身心融入虛擬的場景。
AR設(shè)備的近眼顯示真正做到便攜級(jí)別也只有等到Google Glass面世了（飛行員頭盔那種離眼睛太遠(yuǎn)的不算……）在Google Glass同類產(chǎn)品進(jìn)而試圖瓜分市場的過程中，大家發(fā)現(xiàn)AR光學(xué)技術(shù)真的處在一個(gè)幾乎很原始的階段，視覺效果和VR設(shè)備的體驗(yàn)不可同日而語，而像科幻劇里面人們所展望的那種設(shè)備，則距離遙遠(yuǎn)。隨后就出現(xiàn)了新的方案，在我認(rèn)為是劃時(shí)代的新的方案：Lumus為首的陣列波導(dǎo)、微軟HoloLens牽頭的全息波導(dǎo)。新技術(shù)的初始階段，都會(huì)為工藝而煩惱，為什么Lumus遲遲不出量產(chǎn)機(jī)型，HoloLens的低出貨量都快把產(chǎn)品推成了收藏品？就是因?yàn)楣鈱W(xué)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中還是需要做很多考證和試驗(yàn)的。
有知乎網(wǎng)友提到反向工程，光學(xué)結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)不一樣，并非所有的產(chǎn)品都能從最終形態(tài)反推出工藝過程的：Google Glass的方案中所使用的偏振分光棱鏡，但凡是個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，都會(huì)用得到，其原理也比較簡單，所以一時(shí)間雨后春筍一般出來各種仿制產(chǎn)品。但對(duì)于HoloLens的全息波導(dǎo)，三種顏色每一層都要經(jīng)過特殊方向的激光來做曝光，在涂有特殊材料的鏡片表面進(jìn)行光學(xué)處理，最終形成所需要的全息光柵，過程中所使用的激光光強(qiáng)、中心頻率、帶寬、相干性，以及材料的配方、曝光時(shí)間、曝光溫度這些都是經(jīng)過許多次光學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的最優(yōu)方案。這些參數(shù)都無法通過簡單的光學(xué)分析來反推出來，通過成千上萬次的實(shí)驗(yàn)尋找最佳參數(shù)的過程中的隨機(jī)性也提升了技術(shù)研發(fā)的難度。
總之，因?yàn)楣鈱W(xué)技術(shù)的門檻高低不同，VR已經(jīng)早早地進(jìn)入內(nèi)容比拼的階段，而AR則依舊在解決光學(xué)技術(shù)難題的道路上摸索前進(jìn)。也許在不遠(yuǎn)的未來，AR光學(xué)技術(shù)被熟練地運(yùn)用到近眼顯示模塊中，不管這些技術(shù)是否被大眾所熟知，它都會(huì)成為我們生活的一部分：像可口可樂一樣，雖然百年以后我們還是不知道配方，但是我們?nèi)匀豢梢匀耸忠黄縊pen Happiness。
2、全息光波導(dǎo)和半透膜光波導(dǎo)的差別是什么？靈犀的產(chǎn)品如何解決色差的問題？
王耀彰：全息光波導(dǎo)和半透膜光波導(dǎo)（也就是我們剛才說的陣列光波導(dǎo)），差別是耦出的方式不一樣。
色差（或者說色散），首先顯示器顏色要比較正，然后剛才也提到，不同的光線進(jìn)行處理時(shí)對(duì)膜層的設(shè)計(jì)和仿真過程中，要盡量將色差（色散）降低到最小，到人眼不能分辨的地步，因?yàn)樗械墓鈱W(xué)系統(tǒng)都會(huì)有色差（色散）的問題。
3、最關(guān)心的問題：可量產(chǎn)性以及量產(chǎn)技術(shù)？
王耀彰：肯定比傳統(tǒng)光學(xué)的一些加工技術(shù)會(huì)難很多，所以是一個(gè)需要克服的問題。我們目前已經(jīng)有了一些量產(chǎn)的方案，預(yù)計(jì)年底之前會(huì)落地。
4、對(duì)于AR技術(shù)來說，視場角是一個(gè)比較明顯的缺陷，視場角偏小也是困擾用戶的主要問題之一。請(qǐng)問這主要是哪些方面的原因所致？目前業(yè)內(nèi)有沒有一些有效的解決方案？
王耀彰：前幾代技術(shù)視場角偏小的原因還是因?yàn)楣鈱W(xué)設(shè)計(jì)本身是考慮近軸近似的，也就是說，離光軸近的光線還原度高，離光軸遠(yuǎn)的光線，就有可能出現(xiàn)質(zhì)量上的差異。波導(dǎo)技術(shù)在設(shè)計(jì)計(jì)算方面繞過了近軸近似的問題，我們看到的陣列事實(shí)上就是為了保持不同方向的光線（大角度光線）的性狀的一致性。
5、不同的波長在波導(dǎo)內(nèi)傳播的全反射角不同，那么不同波長光程差不同，這個(gè)是波導(dǎo)固有的吧。而且想問下，為了做到不同的反射面不會(huì)因?yàn)椴粔蚱叫卸a(chǎn)生重影，平行度要達(dá)到秒級(jí)，分辨率越高越是如此，在這種情況下如何解決量產(chǎn)問題呢？
王耀彰：全反射角是一個(gè)臨界值，只要超出這個(gè)角度，就能全反射，所以是有區(qū)間上的很大交集的。
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