AR智能眼鏡繞不開的(de)核心技術-全息光(guāng)波導

公司全稱：三極光(guāng)電科技（蘇州）有限公司

聯合創始人(rén)：袁俊旗

公司規模：小于10人(rén)（十年以上全息制造經驗）

成立時(shí)間：2016年

業務&産品方向：全息光(guāng)波導（Holographic Waveguide）

          視網膜反射鏡（Retinal Reflective Mirror）

          全息光(guāng)學元件（Holographic Optical Elements）

          展示全息圖（Hologram）

1、問：據我們所知，目前光(guāng)波導技術已經在一些可(kě)穿戴AR設備應用(yòng)，例如HoloLens，Magic Leap One，那麽全息光(guāng)波導和(hé)光(guāng)波導是什(shén)麽關系？在技術上又有哪些優勢？

答(dá)：光(guāng)波導技術總體上可(kě)以分(fēn)爲幾何光(guāng)波導和(hé)衍射光(guāng)波導兩種，幾何光(guāng)波導主要是所謂的(de)陣列光(guāng)波導，其通(tōng)過陣列反射鏡堆疊實現圖像的(de)輸出，這(zhè)一技術的(de)代表公司是以色列的(de)Lumus公司，目前國内的(de)絕大(dà)多(duō)數光(guāng)波導模組公司也(yě)均采用(yòng)陣列波導的(de)技術，因爲這(zhè)種的(de)技術門檻相對(duì)來(lái)說比較低；衍射光(guāng)波導主要有基于光(guāng)刻技術的(de)表面浮雕光(guāng)栅波導和(hé)基于全息技術的(de)全息光(guāng)波導，您說的(de)HoloLens，Magic Leap One均屬于前者，也(yě)即是表面浮雕光(guāng)栅波導，其核心是一些亞波長(cháng)的(de)刻蝕光(guāng)栅組成，通(tōng)過高(gāo)效率衍射實現圖像的(de)引導。全息光(guāng)波導（Holographicwaveguide）則是使用(yòng)全息光(guāng)學元件（Holographic Optical Element，HOE）代替以上的(de)刻蝕光(guāng)栅，實現虛拟圖像的(de)引導，蘋果公司收購(gòu)的(de)Akonia公司采用(yòng)的(de)便是采用(yòng)的(de)全息光(guāng)學元件，相比較刻蝕光(guāng)栅，全息光(guāng)學元件是通(tōng)過雙光(guāng)束激光(guāng)全息曝光(guāng)的(de)方式，直接在微米級光(guāng)聚合物(wù)薄膜内幹涉形成納米級的(de)光(guāng)栅結構，因此在工藝上，全息光(guāng)波導更加高(gāo)效，成本較其他(tā)光(guāng)波導技術也(yě)具有明(míng)顯優勢。另外值得(de)一說的(de)是，AR顯示要盡可(kě)能的(de)保證外界真實場(chǎng)景的(de)特征，例如外景的(de)清晰度，畸變，以及亮度不受波導的(de)影(yǐng)響，在這(zhè)一點上，全息光(guāng)波導由于HOE的(de)高(gāo)透明(míng)，高(gāo)衍射效率特點，較陣列波導具有明(míng)顯優勢，且不易産生鬼像，目前很多(duō)AR領域的(de)從業者混淆了(le)光(guāng)波導和(hé)全息光(guāng)波導概念，本質上，前者屬于幾何光(guāng)學範疇，後者屬于衍射光(guāng)學範疇，是兩種不同的(de)技術方案。

 

傾斜表面浮雕光(guāng)栅

全息光(guāng)波導

2、問：全息光(guāng)波導作爲一種未來(lái)的(de)前沿技術，請您簡單介紹一下(xià)目前貴公司的(de)基本情況？在全息光(guāng)波導研發進展？研發的(de)難度如何？

答(dá)：三極光(guāng)電科技（蘇州）有限公司成立于2016年，在此之前，我從事全息技術十多(duō)年，公司裏的(de)其他(tā)搭檔有合作六七年的(de)，也(yě)有從事近三十年的(de)，因爲共同的(de)追求走到一起，合作至今，三極光(guāng)電在全息技術，尤其是HOE以及全息光(guāng)波導研發制造技術擁有數十年的(de)經驗，具有極雄厚的(de)研發工藝沉澱。成立至今，在沒有其他(tā)商業資本和(hé)機構加持的(de)情況下(xià)，我們不斷完善全息波導的(de)研發制造能力，目前，我們已經成功研制出單色一維波導、二維擴瞳全息波導，以及雙彩色全息波導，成像清晰，處于國内全息光(guāng)波導領先地位，綜合性能超過某些國際知名公司。

在制造全息波導前，我們需要經過精确的(de)模拟計算(suàn)，得(de)到特定規格的(de)光(guāng)束來(lái)做(zuò)曝光(guāng)，過程中所使用(yòng)的(de)激光(guāng)光(guāng)強、主頻(pín)率、帶寬、相幹性，以及材料的(de)配方、曝光(guāng)環境這(zhè)些都是經過無數次光(guāng)學實驗獲得(de)的(de)最優方案。很多(duō)參數都無法通(tōng)過簡單的(de)光(guāng)學分(fēn)析來(lái)反推出來(lái)，需要根據材料的(de)特點通(tōng)過真實的(de)全息實驗尋找最佳參數，因此這(zhè)也(yě)提升了(le)技術的(de)研發難度和(hé)市場(chǎng)壟斷性。因爲任何環節出了(le)問題上述的(de)每個(gè)制程也(yě)得(de)排查，有時(shí)候正确的(de)參數也(yě)會因爲制程中太多(duō)的(de)影(yǐng)響因素而誤判。我們團隊在全息技術領域擁有的(de)豐富經驗和(hé)多(duō)項核心技術，使得(de)我們在很有限的(de)條件下(xià)完成全息波導現在的(de)一定成果。

三極光(guāng)電科技全息光(guāng)波導測試裝置（二維）

3、問：您說到核心技術，目前全息光(guāng)波導的(de)技術瓶頸都有哪些？貴公司在核心技術的(de)布局方面如何？

答(dá)：全息光(guāng)波導和(hé)陣列光(guāng)波導以及其他(tā)技術方案的(de)光(guāng)學模組比較，優勢很明(míng)顯，但是技術瓶頸也(yě)更多(duō)，主要有模拟設計，材料，以及工藝制備這(zhè)三個(gè)方面。市面上的(de)現有的(de)光(guāng)學軟件，例如Zemax，Code V以及一些非序列的(de)設計軟件LightTools，Optisworks對(duì)于幾何光(guāng)學都能很好的(de)勝任，但是其無法很好的(de)對(duì)全息衍射波導進行有效的(de)模拟，因爲裏面有很多(duō)次的(de)光(guāng)線折轉，因此我們公司編寫了(le)相應的(de)光(guāng)學追迹程序，适合于波導的(de)特點，用(yòng)于二維全息光(guāng)波導的(de)光(guāng)線模拟和(hé)效率優化(huà)，國際上的(de)全息光(guāng)波導大(dà)公司也(yě)都是如此，例如英國BAE，美(měi)國DigiLens。材料主要是指HOE中的(de)感光(guāng)材料，對(duì)于全息光(guāng)波導，需要其制造前後的(de)低收縮比，高(gāo)效率以及高(gāo)均勻性，目前我們使用(yòng)的(de)材料已經相當穩定，已經大(dà)量用(yòng)于全息波導的(de)加工。工藝方面，如前所述，更多(duō)的(de)是需要全息技術的(de)制造光(guāng)路以及曝光(guāng)經驗，它和(hé)使用(yòng)的(de)材料非常相關，而且它絕對(duì)是核心技術之一，我們能夠制造出二維全息光(guāng)波導，已經在這(zhè)方面領先其他(tā)研究單位。目前我們還(hái)沒有在專利中透露詳細的(de)技術細節。

三極光(guāng)電全息光(guāng)波導光(guāng)線追迹

4、問：從技術工藝上看，全息光(guāng)波導綜合性是否還(hái)有更大(dà)的(de)提升空間？

答(dá)：全息技術由丹尼斯·蓋博于1947年發明(míng)，并于1971年獲得(de)諾貝爾物(wù)理(lǐ)學獎，它本身就是一種很靈活的(de)技術，很多(duō)幾何光(guāng)學完成不了(le)的(de)工作，或者需要很多(duō)元件才能完成的(de)功能，通(tōng)過全息記錄技術，都可(kě)以在很緊湊的(de)空間内以最少的(de)元件完成。全息光(guāng)波導正是采用(yòng)全息技術，因而其綜合性能還(hái)有很大(dà)的(de)提升空間，如視場(chǎng)角、色彩、運動盒、适眼距等關鍵指數，可(kě)以随著(zhe)材料的(de)特性、制造光(guāng)路的(de)升級、工藝技術制備等大(dà)幅度改進而得(de)以提升，在不增加系統複雜(zá)度的(de)條件下(xià)，這(zhè)點和(hé)其他(tā)顯示方案例如自由曲面，棱鏡以及陣列波導有著(zhe)無與倫比的(de)優勢。DigiLens正在研發的(de)波導模組，表明(míng)其可(kě)提供雙眼150度的(de)視場(chǎng)角，事實上利用(yòng)全息技術的(de)優勢，目前我們也(yě)在彩色和(hé)視場(chǎng)角領域發力，且已經研發出雙色的(de)全息波導，顯示的(de)虛拟圖像更加真實。此外，全息光(guāng)波導作爲核心元件，除了(le)頭戴顯示，飛(fēi)機以及汽車的(de)平顯也(yě)是一個(gè)重要的(de)應用(yòng)領域，我們當前也(yě)正在與國内一些單位合作開展了(le)全息波導擡頭顯示器的(de)預研工作（Holographic Head-up Display，HHUD）。

三極光(guāng)電光(guāng)瞳擴展全息光(guāng)波導

5、問：三極光(guāng)電全息波導未來(lái)發展會受國際上專利的(de)影(yǐng)響嗎？在具體的(de)量産及成本有優勢嗎？

答(dá)：三極光(guāng)電全息波導是屬于自主研發，制造工藝完全掌握在我們自己手裏，這(zhè)一點較其他(tā)AR模組相比，我們不受其他(tā)公司專利，或者材料供應商的(de)牽制，在國内外展會，銷售都不會存在侵權行爲，未來(lái)，我們基于我們現有的(de)技術基礎，将會在核心技術群上形成我們自己的(de)獨有技術。再說起量産，AR全息光(guāng)波導光(guāng)栅組，确實制備起來(lái)比普通(tōng)光(guāng)栅難度要大(dà)，但我們的(de)全息曝光(guāng)工藝在幾秒内便可(kě)以完成一片光(guāng)栅的(de)形成，實驗室兩人(rén)一組制備一天也(yě)能六七十片，添加自動化(huà)輔助設備加上相應的(de)模具工裝，完善各生産環節，實現标準化(huà)，全自動化(huà)，批量化(huà)生産産量是相當可(kě)靠的(de)。

再說成本，全息曝光(guāng)制造是公認的(de)低成本微納制造技術，這(zhè)來(lái)源于其加工的(de)流程和(hé)加工方式，這(zhè)是全息曝光(guāng)式波導的(de)一大(dà)優勢，此外，體全息光(guāng)栅波導良品率較其他(tā)波導技術高(gāo)很多(duō)，量産難度小，大(dà)面積制備時(shí)各處的(de)均勻性會非常好，我們在實際的(de)生産中已經證實了(le)這(zhè)一點，這(zhè)有利于其他(tā)的(de)顯示應用(yòng)方案，例如大(dà)面積的(de)HUD平闆設備制備。除了(le)成本和(hé)量産的(de)優勢，還(hái)有上面提到的(de)高(gāo)透明(míng)，高(gāo)效率優勢，全息波導在保持輕薄平闆結構的(de)同時(shí)，可(kě)以輕松實現光(guāng)瞳的(de)擴展，視場(chǎng)角的(de)擴展，可(kě)以在一些特定場(chǎng)景下(xià)與其他(tā)設備集成，這(zhè)是幾何光(guāng)波導技術很難實現的(de)。

6、問：目前貴公司在全息波導領域已經取得(de)了(le)如此快(kuài)的(de)進步，處于國内領先水(shuǐ)平，下(xià)一步你們有什(shén)麽具體的(de)研發計劃值得(de)期待？在研發資金方面有沒有資金注入需求？

答(dá)：我們在全息技術以及全息波導領域，默默耕耘了(le)數十年，全息光(guāng)波導作爲新一代的(de)AR光(guāng)學硬件，較棱鏡，自由曲面，陣列波導等技術，更加符合使用(yòng)者對(duì)增強現實眼鏡的(de)終極追求，輕薄，便宜，美(měi)觀等，結合5G技術，全息光(guāng)波導将爲可(kě)穿戴AR設備注入新的(de)活力，作爲見證者和(hé)參與者，我們感到十分(fēn)激動，目前，一維波導的(de)成像質量非常好，我們已經開始小批量銷售，希望以此能夠快(kuài)速促進全息波導技術的(de)發展和(hé)拓寬其應用(yòng)領域。下(xià)一步，立足于用(yòng)戶需求的(de)同時(shí)，我們将進一步完善目前的(de)波導産品，包括二維，以及三色彩色波導的(de)研發工作，進一步降低制造成本，提高(gāo)各參數指标，完善各生産環節，實現标準化(huà)，全自動化(huà)，此外，我們還(hái)将開展新技術的(de)研發，包括視網膜投影(yǐng)技術等。對(duì)于資金方面，當然我們希望我們的(de)工作能夠得(de)到更多(duō)資本市場(chǎng)的(de)注入，全息波導在研發時(shí)期的(de)設施和(hé)實驗投入，人(rén)才管理(lǐ)等方面，需要一定的(de)研發費用(yòng)，我們願意和(hé)資本市場(chǎng)結合，互利共赢，以支持我們的(de)研發，人(rén)才儲備等工作，共同推進AR核心技術的(de)自主化(huà)。