相比於市面上的各類AR光學方案，現階段光波導技術更受行業關注。
近期，Karl Guttag在接受VR博主SadlyItsBradley采訪時就表示：我習慣將顯示技術分為兩種級別，一種是適合光波導，另外一種不適合光波導。
他繼續解釋道，光波導會將光線高度集中並對準一個很小的孔，這種光學設計不適合OLED。
如果將OLED作為光波導的光源，可能亮度都不到1 nit，在昏暗的環境才能看到圖像。
在今年AWE 2022展區，Guttag體驗到了一些有趣的光波導和光學引擎方案，在這次采訪中他也一一表達了自己的觀點。
LCoS/DLP+光波導方案
WaveOptics被Snap收購之前，推出的光學方案主要由光波導和DLP光源組成。
而目前，WaveOptics、Dispelix等AR光波導廠商，開始研發光波導和LCoS的組合方案。
據悉，Snap除了收購WaveOptics外，還收購了Compound Photonics，這家公司曾開發LCoS顯示技術，號稱可實現更高的配置，不過成本高，一直未正式發售產品。
Guttag指出，Compound Photonics采用的矽基背板制造復雜，也許不適合制造LCoS，如果生產MicroLED也許更有優勢。
Guttag表示：不過，很多人不看好LCoS。
但相比於DLP，LCoS的優勢是分辨率可以更高、成本更低、更容易制造，而且貨源更廣，供應商包括德州儀器等公司。
相比於MicroLED，LCoS可以在小體積光學引擎中實現更大視場角《50°-70°》、更高的分辨率。
目前，一些創新的LCoS引擎方案包括：Avegant、Lumus Maximus、DigiLens、Magic Leap 2等等。
其中，Lumus在今年推出的Maximus二維擴瞳光波導在此前的一維擴瞳方案上進行升級，在垂直和水平兩個方向投射光線，好處是光學引擎可做到更小。
DigiLens采用了比較傳統的方案，包含了傳統的合色棱鏡方案，其中包含了光路和分束器路徑，光線通過分束器進入、離開LCoS後，會進入投影模組。
相比於傳統LCoS，MicroLED、OLED的光路更短，硬件結構更簡單。
為了進一步縮小LCoS體積，Avegant等廠家想出了一些創新的方案，比如將LED組合並排成一排，將光路折疊，並射入投影模組，好處是光學引擎的結構更緊湊。
而Magic Leap 2則是取消了分束器，采用圓偏振器《加入四分之一波片薄膜的線性偏光片》，將LCoS面板放在偏振器之間，直接將光路通過RGB光波導。
此外，Magic Leap 2的投影模組可二次利用，一次是發光，另一次是投影。
Lumus采用了一種叫光導管積分器的技術，可實現每瓦4000 nit亮度，光學效率足夠高。
相比之下，Nreal AR眼鏡的亮度僅120流明/瓦。
Guttag表示：LCoS最大的特點就是入瞳區域足夠小，光線足夠集中。
如果你想開發一款20°-30°視場角的AR眼鏡，可以直接使用LCoS光源，無需MicroLED。
長期來看，即使MicroLED等AR顯示技術進一步發展，LCoS也依然有合適的應用場景。
比如，傳聞Meta就在研發一種顯示數字信息的AR眼鏡。
DigiLens此前推出了多款可靠的DLP方案，而現在也開始設計LCoS方案。
Avegant在光學方面有長期探索，此前曾開發VR頭顯，以及光場相關的技術，而近年來則開始探索LCoS技術，認為LCoS方案可以做到像MicroLED、LBS光學引擎那樣小的體積，同時性價比更高。
Avegant研發了多款LCoS引擎，搭配光波導後可分別實現30°、50°視場角，視場角更大的引擎尺寸更大，但結合廣角透鏡可縮短光路，整體更緊湊。
實際上，Avegant的LCoS尺寸比North Focals的LBS引擎小很多，但視場角卻是Focals的兩倍，眼動范圍也更大。
目前，Avegant與Dispelix合作研發了一款分體式AR眼鏡原型，采用了向前下方投影的方式。
此外在AWE 2022期間，DigiLens展示了一款2000 nit亮度、30° FOV的LCoS引擎，目前該產品還沒有可運行的原型設備，接下來可能會設計成套的方案。
光波導向前投影的優缺點
我們知道，HoloLens 1/2在運行時，周圍的人可以看到其遮光罩下面明顯的彩虹效應，這是由於光學系統向前投影時產生漏光而造成的結果，由被稱為『發光眼效應』。
解決方法之一，是在鏡片上加入圖層，缺點是成本高、制造復雜。
拿HoloLens的衍射光波導為例，這種光學系統通常有將50%光射入人眼，另外50%則是向前投影。
Guttag表示：采用效應在衍射光波導中比較常見，Spectacles、Vuzix、HoloLens都有這個問題。
Avegant將彩虹效應控制的足夠好，漏光率隻有1%，外觀看起來沒有明顯的色彩。
這是因為，Avegant的LCoS技術一方面限制了射出的光線，另一方面將向前投影改為向下。
為解決漏光問題，Dispelix和DigiLens重新設計了光學系統，比如通過改變投影模組和光波導的角度，或是優化光柵。
也就是一定程度上改變光路，將光線輸出角度從向前變成向下或兩側。
LBS掃描
原理：用微鏡快速掃描一系列激光，來形成圖像，頻率至少60次/秒，否則容易產生畫面閃爍。
由於掃描速度在不斷變化，AR的亮度也會隨之變化，因此需要調節光線來實現統一性。
盡管一些廠商利用LBS引擎開發輕量化AR眼鏡，但實際上LBS存在許多問題，比如不夠實用，缺少眼動范圍和擴瞳，因此激光顯示的容錯率低，很可能沒有進入人眼而是反射到鼻子等位置。
也就是說，假如AR眼鏡的位置抖動或偏移，就比較難定位你的眼球，那麼你就看不到AR圖像。
這也是什麼North Focals需要為用戶量身定制。
此前，一家叫EyeWay的公司則是通過眼球追蹤來實時調節激光攝入瞳孔的位置，但這又帶來新的問題，比如：眼球跳動時，AR圖像是否該跟隨眼球移動，還是固定位置。
實際上，Mojo Vision也存在類似的問題。
Guttag認為，即使解決這些問題，也可能還需要10-20年相關產品才會問世。
相比之下，光波導具備擴瞳和眼動范圍，即使眼球沒有與AR眼鏡對準，也能看到AR圖像。
另外，LBS為非線性掃描，它的根本問題是掃描速度不夠快，而且存在圖像扭曲。
Guttag表示：我還從來沒見到過任何LBS系統的實際分辨率超過宣稱的四分之一。
LCoS和光波導廠商VitreaLab
在采訪中，Guttag提到了一家在AWE2022展臺發現的一家AR光學公司VitreaLab，這家公司展示了一套比較特別的LCoS方案，即將激光作為光源，而不是漫射器。
Guttag表示：理想的LCoS方案應該通過激光來點亮，好處是光學效率高、光線高度準直，缺點是可能出現色斑等問題。
LaSAR聯盟
微鏡、傳感器制造商STMicroelectronics《意法半導體》牽頭成立了AR激光掃描聯盟《LaSAR》。
Guttag認為，企業以同樣的目的建立聯盟，這種形式在行業中並不少見。
LaSAR的矛盾是，盡管LaSAR有不少關鍵的AR光學廠商，但他們缺少制造AR眼鏡終端的公司。
但另一方面，如果有公司利用LBS技術來開發AR眼鏡，那麼這些公司可能也不需要建立聯盟。
Guttag表示：我並不十分看好LBS光學技術，因為通常LBS產品的實際效果常常達不到宣稱的水平，不管是耗電量、分辨率還是圖像質量都不如預期。
比如，HoloLens 2就是采用LBS顯示模組，為了開發該技術微軟投入了數億美元，但實際的顯示效果並不理想。
Oqmented
這是一家LBS顯示方案商，也是LaSAR聯盟成員。
Oqmented的顯示方案特點是僅采用一個自由移動的反射鏡，以2D正弦波的規律移動。
這種方案的缺點是圖像亮度不統一，Guttag認為自由移動的微鏡似乎更適合LiDAR傳感方案，而不適合顯示方案。
在AWE展區，Oqmented展示了與Dispelix合作開發的AR眼鏡原型，Guttag在體驗後發現分辨率、色彩質量並不高。
Luminit
這家公司將LBS技術與全息光波導結合，其原理是將全息圖像作為某種傾斜的反射鏡，將激光反射至人眼中。
如果做成RGB顯示系統，將需要三層全息圖，效果有點像是衍射光波導，缺點是顯示圖像不夠純粹。
Luminit還展示了一個全息透鏡原型方案，該方案將全息與曲面鏡結合，采用LCoS光學引擎，原理是將光線通過漫射器放大，投射到更遠的屏幕上。
此外，還有一個定影膜方案，特點是可與平面透鏡集成，將光線反射入人眼。
TruLife Optics
這家公司研發了一個曲面的全息光波導，以及一個適合激光掃描引擎的反射全息方案。
該公司與Luxexcel合作，將塑料鏡片與光波導進行封裝。
全息光學的一大問題是，現階段圖像質量不如傳統光學方案，色彩和亮度不均勻。
Luxexcel
未來，AR眼鏡需要支持屈光調節才能滿足近視眼等人群的需求。
理想的情況，是在AR透鏡集成屈光調節鏡片，這將考驗到AR光學的制造工藝。
智能眼鏡廠商tooz通過註射成型來制造AR透鏡，這種方式成本很高，制作一個模型可能需要花費數萬美元。
而Luxexcel則是用3D打印塑料鏡片，號稱合作夥伴約20家，比如Lumus、WaveOptics等等。
Guttag認為，3D打印鏡片工藝適合用來開發AR眼鏡原型，可以更快速的為各種視力的用戶制作AR眼鏡。
成本方面，短期來看比註射成型方案更有優勢，但長期來看，產量增加後註射成型的單位成本會更低，3D打印需要的時間更久。
META Materials
為了構建AR/VR屈光鏡片垂直解決方案，這家公司在2021年曾收購瑞士鏡片廠商Interglass的資產和IP。
Interglass使用玻璃來制造模型，好處是成本低，而且一些模型還可以重復利用，制造不同度數的鏡片。
鏡片部分，則是采用支持紫外線固化的塑料，好處是更容易嵌入攝像頭、傳感器等微型裝置。
不過，Interglass采用的塑料不夠耐用，更像是亞克力質感。
圖註：在鏡片中內嵌眼球追蹤模組、LED光源
參考：KG