微訪談：DigiLens創始人、董事長兼首席技術官Jonathan Waldern博士

據麥姆斯咨詢介紹，隨著虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）以及擴展現實（XR）這些熱詞的流行，它們背后技術的春天也即將到來。這些技術可以令每個人的AR夢成為現實，取代智能手機成為下一次重大的人機交互革命，有望引爆消費類市場。為此，很多公司紛紛投入大量資金開發相關技術所需要的構建模塊。在這些模塊中，光學元件代表了AR頭戴設備中最具挑戰性的元件之一。Yole在幾個月前發布的《VR/AR/MR顯示及光學視覺系統-2018版》技術和市場分析報告中討論了這一主題，探討了VR/AR/MR設備的現狀和趨勢。該報告說明了要讓消費者認可并接受VR/AR/MR設備，還需要解決哪些挑戰。除了產品價格，時尚的外形至關重要。為了能夠提供造型優美的外形，波導透鏡似乎顯然是最優的選擇之一。在所有從事透鏡開發的公司中，目前主要有兩種競爭型技術：表面起伏光柵（Surface Relief Gratings，SRG）和全息元件。DigiLens是該行業的主要公司之一，該公司的AR透鏡采用了全息路線。Yole顯示技術和市場分析師Zine Bouhamri博士近期有幸采訪了DigiLens創始人、董事長兼首席技術官Jonathan Waldern博士，討論了該公司及整個行業的現狀和未來發展趨勢。Zine Bouhamri（以下簡稱ZB）：首先，請您介紹一下DigiLens及其業務。Jonathan Waldern（以下簡稱JW）：我在2003年基于我們的可切換布拉格光柵（Switchable Bragg Gratings）技術，以SBG Labs的名義創立了這家公司，后來在2015年更名為DigiLens。DigiLens的使命是成為下一代波導AR顯示器開發領導者。我們相信DigiLens專有的納米材料、全息制造工藝和顯示參考設計，在波導顯示行業是獨一無二的。DigiLens向領先的波導光學制造商授權光學納米材料和全息印刷設備，以加速它們在汽車、軍事、航空和消費電子領域的AR產品交付。DigiLens AR波導產品已經從世界上首款航空航天應用的商用波導HUD開始成功進入市場，這款產品被稱為AeroHUD，已經于2016年上市。DigiLens用于摩托車頭盔的MonoHUD單眼HUD將于2018年底投入生產。

DigiLens的MonoHUD充滿電可工作5小時，售價499美元，支持“智能頭盔”應用

ZB：您能詳細介紹一下貴司的技術嗎？JW：DigiLens的專長是全息波導技術，目前是波導顯示領域的主要技術之一。其他主要的競爭技術包括由微軟、Vuzix、Magic Leap和Wave Optics開發的表面浮雕光柵技術，以及由Lumus開發的Cascaded Mirrors技術。有別于微軟等形成復雜的表面浮雕結構，和Lumus在波導中嵌入多涂層反射，DigiLens采用布拉格光柵打印成一種單體液晶混合物，形成薄而高透明的光柵，省去了昂貴的蝕刻和納米光刻加工步驟。

DigiLens的有源全息波導技術，采用基于液晶的薄膜聚合物，DigiLens波導內的全息鏡光學器件能夠在電流激發時改變狀態

我們通過增加轉換和高折射率調制將全息波導提升到了全新的水平。經過反射全息的早期探索之后，DigiLens決定專注于薄傳輸布拉格光柵，當在波導中應用時，在實現AR所需的光束管理能力方面，它能夠提供比反射布拉格光柵更多的功能性。我們喜歡將我們的方案描述為進行“光學折紙”。使用基本光柵設置的綜合工具套件，我們可以設計AR顯示器所需要的任何波導架構，以及完全實現AR所需要的眼動追蹤及其他傳感器。獨一無二的是，我們的技術可以使用通用的設計方法、材料和工藝，來解決所有這些功能，并將它們縮小為堆棧中的附加層。

Digilens開發的設計工具

一個設計挑戰是當前的設計工具無法滿足我們如此復雜的波導光柵建模要求，更不用說處理液晶聚合物光柵的雙折射特性。為了解決這個問題，我們開發了在ZEMAX中運行的自己的定制化光線跟蹤工具。最終，這些設計工具將提供給我們的被授權許可商，以幫助他們根據我們的專利參考設計創作定制化的波導應用。

DigiLens EyeHUD：93%透明度，適用于全天時的可穿戴“企業級”應用

ZB：與其他技術相比，你們的全息光學元件有哪些優勢？JW：我們現在可提供寬視場（FOV）彩色顯示，且FOV的設計和工藝可以擴展從近眼顯示到零售顯示的任何AR FOV和外形尺寸。其他獨特的賣點包括高透明度、高效率，能夠降至單個RGB層（SRG波導不太可能在兩個波導以下實現全彩），制造成本估計比同等規格的SRG波導低2~3倍。我們還提供實施眼動追蹤和其他傳感器的通用技術。ZB：全息光學元件已經在較老的AR頭戴設備原型中應用。您認為它為什么沒有被采用，你們計劃如何推動這項技術的應用？JW：盡管它歷史悠久，但全息顯示制造已被視為一種藝術，涉及一種復雜、困難且耗時的材料，且容易出現像霧之類的圖像偽影。通過Luminit、Zebra Imaging（展示大規模生產能力）、Akonia（利用全息存儲技術的發展）的發展，現在，DigiLens以其先進的全息聚合物材料，將全息光柵提升為一種極具競爭力的工程解決方案，事實上已經超越了SRG的性能。得益于采用了為半導體產業開發的現有成熟蝕刻和光刻工藝，SRG波導贏得了先機。不過，其成本仍然是一個障礙，且良率持續較低。對于SRG波導開發商來說，提高良率是現在需要應對的一個關鍵目標。然而，更高的FOV需求，意味著更復雜的SRG設計，從而對良率帶來了進一步的壓力。相比之下，我們的印刷工藝對于更嚴格的規格要求更加穩健；與SRG不同，初始母版制作完成后，更高規格的全息光柵不會帶來任何額外的制造問題。

我們的材料被稱為活性單體液晶混合物（DigiLens RMLCM），結合了經過驗證的液晶和單體組分，類似于那些在液晶顯示行業使用的材料

在早期版本的液晶聚合物材料系統中，霧度是一個挑戰，但得益于材料的改進和更均勻的光柵形態，我們現在已經能夠將霧度降低到大多數AR應用完全可接受的水平。全息波導對已被考慮用于AR顯示器尤其是AutoHUD的激光器非常友好；而SRG需要更寬的帶寬光源來實現色彩平衡。

ZB：人們在談論AR時大多想到的是頭戴AR設備。你們是否針對其他應用？你們的技術對于其它應用有何優勢？JW：認為AR僅限于頭戴設備顯然是一種誤解。AR可以服務于任何人類活動，我們正在使用我們的MonoHUD（摩托車頭盔的MotoHUD）、EyeHUD和AR HUD產品來解決所有的AR顯示。我們與Rockwell Collins合作開發的AeroHUD已經生產了一段時間。與競爭型波導技術不同，我們在經濟性上可以擴展到大面積顯示應用，例如AutoHUD和零售顯示，如果使用其他波導技術制造這些應用會非常昂貴。

ZB：近來對AR的炒作似乎有所降溫，預期的大規模應用也并未到來。您如何看待這一現狀？您認為未來幾年這種趨勢將如何變化？

JW：對AR頭戴設備的早期應用者來說很明顯，它們笨重的外形、較差的FOV以及圖像質量普遍不夠，都達不到開發商和顯示媒體所宣稱的性能。真正的AR還有一段路要走，需要超過80°的FOV以及眼動追蹤和動態透鏡的無縫集成，以實現終極的圖像渲染和焦深。這些一部分需要通過持續的技術創新，還需要更加以消費者為導向的產品設計來解決。如果蘋果公司這樣的巨頭進入該市場，肯定能推動市場的繁榮發展。現在最大的挑戰是將滿足功能要求的波導顯示器的成本降低到高端智能手機的水平。雖然我們將不得不等待消費型AR的完全實現，但我們的摩托車HUD產品已經證明AR功能的一個子集就已經可以提供巨大的優勢。同樣，我們在企業級細分領域也看到了直接的市場機遇，在這個細分市場外形和款式并沒有那么重要。ZB：DigiLens的商業模式是什么？您是制造商，服務公司，還是僅僅是技術授權商？JW：我們將DigiLens的波導技術（包括材料、復印設備、參考設計和工具）授權給汽車企業和消費應用領域經驗豐富的顯示器OEM廠商，加速其光波導產品推向市場。

DigiLens M1000 制造設備

我們的支持產品組合包括光學設計工具、制造工具以及零件和材料供應。由于我們的支持能力有限，以B2B為基礎，嚴格限制了應用的定制。ZB：目前公司的商業化現狀如何？你們是否已經從主要客戶那里獲得了一些推動？JW：我們的第一款個人波導顯示產品——MotoHUD，是與寶馬（BMW）合作開發的一款摩托車頭盔應用。這款雙波導單目設計可永久安裝在頭盔中，可提供全彩色、nHD分辨率、25°FOV（105°透視FOV）和最大5000尼特的亮度。它將由世界領先的顯示器制造商***揚明光學（Young Optics）批量供應。這款摩托車應用使我們可以基于相同的單目HUD設計，為其他應用的開發提供跳板。汽車產業可能是我們第一個大規模應用領域之一。

根據IHS汽車顯示器市場跟蹤及組件預測和分析，僅汽車HUD的全球銷售收入將達到每年186億美元。這意味著我們在不久的未來就將看到新車型配備HUD安全功能。DigiLens與大陸集團（Continental）合作開發了一款具有20°FOV的AutoHUD（在2018年CES進行了展示），基本上達到了當前折射解決方案的兩倍，而組件體積僅為之前解決方案的六分之一。通過與Rockwell Collins合作，DigiLens開發了一款用于商用飛機的HGS 3500抬頭制導系統波導顯示器。這款視場寬廣的HUD比競爭系統更小、更輕、更經濟。第一個安裝并驗證該設備的客戶是巴西航空工業公司（Embraer），這是一家商用和國防飛機及技術領先制造商。ZB：就產品制造而言DigiLens現狀如何？

JW：我們最好的全息光敏聚合物（通過折射率調制測量）和接觸式復制（contact-copy）波導制造工藝，是我們歷經十四年的研發成果，將經典的全息術簡化為類似復印的工藝。我們的工藝最初是為試驗工廠運營而設計的，現在已經與Young Optics等合作伙伴合作擴大到全消費規模制造。除了取代原有三層設計的新型雙層顯示器之外，DigiLens最近還宣布已開始使用新的噴墨涂層制造工藝，顯著提高了產量。MonoHUD和Eye HUD計劃在2018年底進入低速生產階段。我們的AR頭戴設備（ArHUD）將在2019年中期進入低速生產階段。

AeroHUD目前正在許可制造生產，而AutoHUD將在2020年進入許可制造生產。我們相信，我們較低的工廠成本、易于配置、可擴展性、高產量和高良率，以及全部工藝的集中整合能力，將使波導制造變得更加經濟，幫助制造商比以往任何時候都更快、更經濟地生產薄而高品質的智能眼鏡DigiLens光學器件。ZB：未來一年，你們的發展重點是什么？JW：我們的主要目標是通過低速生產階段獲得MonoHUD、EyeHUD、ArHUD，以為許可制造商生產做好準備。這包括改進我們的圖像質量測量系統和質量控制。我們也正在考量單層全彩架構。