首页>特约作者>被苹果“钦点”的光波导技术,背后有哪些原理?

被苹果“钦点”的光波导技术,背后有哪些原理?

2018-02-22 15:41:34 来源:87870作者:灵犀AR
阅读 36469 评论 1
在AR这条高速路上,巨头已开始加速。那么,2018年将成为AR行业超快速发展突破的一年吗?

编者按:本文作者为灵犀微光高级光学工程师小康,87870经授权发布。

苹果在AR领域深度布局已经不是什么新鲜事了,库克曾多次公开提到,AR是一项最为基础且具有变革意义的技术,并表示将建立全球最大的AR平台。

就在春节前不久,库克在接受英国媒体采访时再次为AR站台,他说“AR是一个非常伟大的想法,就好比iPhone,我们不用考虑它是否只能为特定的一群人所使用,或是只存在于某个地方、某个行业,它服务于每一个人。对于这项技术的出现和发展我感到非常兴奋,它将改变人们的生活并且非常有趣。”

一边是库克振振有词地描述苹果未来的AR世界,一边是业界在不断猜测其AR产品到底会以哪种形态出现。无论是像微软头盔式的HoloLens,还是最近被大鲨鱼奥尼尔戴在头上的Magic Leap One,从行业角度来看,作为世界上对自己产品的技术成熟度和颜值要求高到强迫症爆发的公司,苹果能出一款怎样的AR产品,在一定程度上意味着这个领域的走向,也将会深刻影响整个行业的发展趋势。

众所周知,苹果一向对自己的新技术、新产品守口如瓶,能够让外界了解到的公开消息甚少,这其中,与产品形态最为相关的光学技术自然备受关注。在大家不断的猜测中,苹果AR产品究竟采用哪种方案,似乎已经有了答案。

我们从苹果近期曝光的一篇名为Optical System for Displays的PCT发明专利中捕捉到了一些非常有价值的信息,加之2017年底由苹果主要供应商之一广达电脑透露,广达正在为重要客户开发基于光波导技术的AR设备,据此推测,苹果AR核心光学技术直指光波导方案。

苹果的AR版图

关于这份光学显示系统专利

专利摘要附图FIG.2B如上,摘要部分这样说:一个电子设备,包括一个把图像显示到用户眼前的显示系统。显示系统包括图像显示单元和把光线偏折射向人眼的光学系统。这个光学系统包括一片波导上的耦入部分和耦出部分。耦入部分从图像显示单元将光线打入波导传输,耦出部分偏转光线方向朝向用户的眼睛。另外还有光线偏折装置可以把超出用户视野范围的光线偏折朝向用户的眼睛。

专利所用的语言通常翻译出来都显得生硬,但其实是专利本身对语言描述无歧义的要求所致。而这些描述用人话来讲就是:我们做了一种波导方案的AR显示模组。

进而看后面的专利说明书,还是我们常见的波导方案的描述方式,区别于FIG.2B的表面工艺,FIG.2A展示的是内嵌工艺的耦入耦出分块。图形显示36的画面光线通过透镜(组)34变换后,输入到耦入部分30中,经过耦入部分的偏折,进而在波导片中折叠传播,最终经过耦出部分32的再次偏折进入人眼16。

从正面看,它是这样的一块镜片:

这些其实都是我们常见的波导方案描述,但只有这些的话,专利是不具有创造性的,接下来便是苹果在这篇专利中的创新点:在常见方案基础上添加一定结构的波导装置,让经过波导的光线能更多地进入人眼,提高光线的利用率:

考虑到耦出部分的光线范围通常都大于人眼16的区域,如图FIG.5(波导片耦出侧视图)的光线38和38’很明显都无法进入人眼16,造成了光线的效率损失,因此便添加了另一片波导片46(FIG.6所示),专门用于把即将射出人眼可视范围的光线44提前平移到38’的位置(FIG.6和FIG.7所示),经过平移的光线便能很容易地进入人眼16.

FIG.6 耦入部分侧视图

FIG.7 耦出部分侧视图

除了像FIG.6中所示,在耦入部分设计光线平移装置以外,也可以把光线平移的装置放在耦入和耦出之间的波导传输过程中或者耦出部分中。专利中更多等效方法的描述本文不再赘述,详情请翻阅这篇PCT专利原文。

在常见的光波导AR技术中,我们通常会把输出光线的范围扩大(用专业的话讲就是扩大出瞳范围),让用户能在较大范围内都很方便地观察到镜片所显示的内容,但在能量上便会有一定的损失。

而苹果的这种方法虽然可以提高显示光能利用效率,但是缩小的出瞳更需要其他方面更多技术的支持,就比如半年前收购的SensoMotoric的眼球追踪技术,到此我们更清楚了苹果下的这盘大棋的路数。

发明专利是方法的描述,具体的实现还需要工艺支持。对于光这种看得见摸不着的东西,越是轻而易举的方法,越需要更复杂的工艺去摆布这些每秒30万公里的不羁灵魂。

关于苹果AR产品的核心光学方案将采用光波导技术这件事,我们也是基于对苹果2015年来在AR领域各方面的布局来分析推测。但可以确定的是,技术的进步总是通过突然的重大飞跃而实现,2018年将成为AR行业超快速发展突破的一年,未来已来。

【文章为作者独立观点,不代表87870立场】

本文由 灵犀AR 授权 87870 发表。转载此文章须经作者同意,并须注明来源及链接,否则将追究其法律责任!


如果您也认同,打赏支持下作者吧
打赏
0人打赏
灵犀AR
灵犀AR
为消费级AR提供主流解决技术。
选择支付金额
1元 2元 5元
选择支付方式
金币 微信 支付宝
打赏成功
感谢您对87870的支持
87870微信公众号

我有话说:

最新评论

新闻排行