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AR崛起的幕后英雄：光波导显示技术
在人眼之前加入一层透明的、薄的、可以显示所需的图像和符号的光学波导设备，是一项备受业界青睐的创建增强现实图像的解决方案。
来自Vuzix和Microsoft的增强现实头戴设备（后者即所谓的HoloLens）似乎都是采用表面浮雕光栅（SRG）从波导设备中提取图像。相比之下，DigiLens Inc则采用了比SRG更具技术优势的、可切换的布拉格光栅（SBG），去年，他们完善了航空电子头戴显示器（HUDs）的量产技术，目前他们正在演示他们的民用产品。
目前常用的的波导设备是的LCD的背景光源生成部分，在这里，原始的LED的光源被注入到波导设备中，通过全内反射（TIR）在波导设备中来回传输并输出，以产生均匀的照明光源。其中的提取器件是一系列均匀分布的蚀刻衍射点，当光传输到这些蚀刻点时，全内反射的条件被破环，光得以垂直的从光波导输出。
但是在增强现实眼镜中，你需要注入和输出的，不是LED光源，而是一个RGB图像。这将是一个更棘手的问题。
采用SRG技术的波导光学设备研究大约起源于10年前的诺基亚研究实验室。随着诺基亚的溃败，这项技术的关键开发者Tapani Levola和Pasi Saarikko加入了微软。他们最近为微软提交的专利（＃8885997，使用了多种色彩的的波导（多彩优化），这项专利极有可能是微软两周前推出的“HoloLens”大获好评的原因。而在2014年诺基亚被微软收购之前，VUZIX也注册了一种SRG技术方案，该方案使用基于微显示器的引擎，向渐变折射率波导传输图像。在去年年底，英特尔向VUZIX提供的2500万的投资以及VUZIX上周（译者注：16个月之前）在纳斯达克的上市，说明了在消费者的可穿戴式眼镜技术中，业界对波导光学技术的想象空间的肯定。 貌似VUZIX似乎是除微软唯一掌控了SRG技术的公司。
渐变的表面起伏光栅实际上是比它听起来更复杂。它是一系列被特别设计的纳米尺度结构组成的器件，其目的是：
从波导中提取全彩图像提供一些透镜效应来创建一个虚拟形象（光瞳扩展）
基于波导技术的增强现实显示的基础框架
这些光栅的模式必须被全息地定义，然后蚀刻到玻璃波导中。此技术比较成熟，比如在VUZIX的M100智能眼镜中，能够产生的一个视角为15度，相当于位于眼前14英寸处的一个4英寸的虚拟显示屏幕。而目前，Microsoft Hololens的规格尚未公开，不过有些记者的爆料说其视野较小（译者注：实际上的视角真的很小） 。
诺基亚的出瞳扩展技术是Vuzix下一代AR显示的核心技术
DigiLens已经开发出另一种基于组合的液晶光聚合物光栅的技术，这些光栅分别对应到不同的光学波长且可被开启和关闭。该公司称他们可切换布拉格光栅（SBG）。
Digilens为输出波导设备定义的 IP光芯
“在FPGA中的世界里，设计师通过添加IP核芯（知识产权核，即intellectual property core，是指经过完全测试的硬件电路模块，可以作为基础的构建单位来构建所需的系统解决方案）来实现他们所需要的功能”，DigiLens公司的创始人及CTO Jonathan Waldern先生说道。 “在光学的世界里，可以做出相同的类比，IP光芯（在这里他们可以是透镜，分光镜，出瞳扩展器及斑点缓减元件）可以按照设计者需要进行组合。由于它们都是全息定义的，而且都是基于衍射而不是折射机制实现的，所以他们也非常扁平化可扩展的”
在波导设备技术领域，DigiLens作为诺基亚的竞争对手，已经有10来年了，与后者不同的是，DigiLens技术源自于液晶材料科学，在这种情况下，得益于他们已经开发出了具有非常高折射率的材料，相比基于SRG的波导设备，基于薄SBG波导设备能够传输并向用户输出更宽的视角的图像 。与SRG技术相比，SBG技术有存在如下优势：
更轻薄波导设备更宽的视野更高效单层设备集成了复合的光学功能可切换所有这些属性都是AR眼镜设计师们所热望的。例如，一个SBG元件的多彩视角为40度，在夜景模式下，可以提高到60度的单色视角，这在SRG技术的实现方案中，是双倍的工作量。此外，SBG的有近98％的效率，这意味着更明亮的显示效果和更低的功耗。
光芯的可开关性是具有深远影响的。比如，这可以用来改变虚拟显示设备的焦距，把需要呈现的图像移近或拉远，以实现“光场显示”的全息呈现。还可以 将一个微小的激光器（人眼安全）和传感器层叠集成到波导设备上，实现眼球追踪功能。
使用Digilens的SBG和康宁Willow 玻璃的曲面波导设备实现的个人头戴眼睛概念图
“由于SBG是如此的独特，我们还为常用的光学设计工具（比如Zemax），创建专用的的插件，使他们能够模拟SBG器件”，评价Waldern补充道。“这样一来，在我们的客户们设计方案时，可以为提供极大的便利，同时也能让我们能够更快的为他们提供设计模型”。
这些IP光核采用了特殊的全息曝光技术来制作。一旦做好之后，产品便可以以非常高的良率量产，而且性能上的损耗仅0.1％ “在过去一年中，我们一直很努力实现生产线上量产，我们为此感到非常自豪”，Waldern继续补充道。
而在被 微软和VUZIX和采用的SRG技术路线上，随着产品尺寸的缩小带来的表面浮雕纳米特性的减弱和产品复杂性的增加，在量产阶段会导致对比度降低的，这会极大的降低量产的能力。 “对SRG开发商来说，唯一的替代方案是对每个部分使用硅晶工具单独蚀刻。由于SRG工艺生产更宽视角的波导设备的的质量尚未得到验证，现在他们只能当前的业界的标准来完成”，Waldern总结道
市场分析师Chris Chinnock表示：随着基于表面浮雕光栅和可切换布拉格光栅波导设备的成像系统技术的成熟，这很可能昭示着，一种全新的显示标准，在未来几年，注定要在商业，专业和消费级市场推出 。而令人期待的是，对这些技术的发掘才刚刚开始
翻译 ：叶俊荣
经验分享丨项目实践项目孵化丨渠道发行做有梦想的游戏人-GAME AND DREAM-