AR/VR光学视力矫正方案哪家强?Luxexcel、Addoptics全面对比

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去年12月,Meta收购了一家3D打印光学元件厂商Luxexcel,旨在提升AR/VR光学镜片的视力矫正解决方案。3D打印对未来AR/VR光学来讲是一项关键技术,可为不同的用户定制处方镜片,还可批量生产。

与此同时,市面上也有其他公司提供类似的AR/VR视力矫正光学解决方案。比如Addoptics,并非直接3D打印镜片,而是3D打印出模型,然后注入热固化树脂来形成光学镜片。

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在CES 2023期间,AR/VR光学专家Karl Guttag了解到Addoptics技术,并指出自己对Luxexcel的方案持保留意见,相比之下Addoptics似乎可以更好的解决3D打印镜片问题。那么相比于Luxexcel,Addoptics有哪些优势,又有哪些缺点呢?在近期的博文中,Guttag详细解释了对Addoptics的看法,并将它与其他光学工艺进行对比。

Addoptics与Luxexcel关系

据了解,Luxexcel在被Meta收购之前,曾宣称与20多家公司合作,但被收购后,这些合作可能会受到影响。因此,Addoptics的3D光学打印技术则更加重要。

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除了公司业务相似外,Addoptics和Luxexcel之间还存在其他关联,比如Addoptics创始人兼CEO Joris Biskop此前曾在Luxexcel就职8年。

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​另一方面,尽管Meta收购了Luxexcel,但Luxexcel更擅长生产基于光波导的AR光学方案,却无法提供有效的Pancake透镜视力矫正方案,原因是其透镜具有高双折射率,难以在偏振光下使用。不过,Addoptics的3D打印光学工艺不存在这样的问题。

基本原理

从原理来看,Addoptics和Luxexcel的技术很容易区别,Luxexcel直接用3D打印工艺制造镜片,而Addoptics是3D打印光学模具,并使用热硬化材料填充模具,来形成光学元件。据悉,3D打印的光学模具大约可使用100次。

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相比于直接打印镜片,Addoptics的工艺多了一个打印模具的步骤,虽然不如Luxexcel方案简单,但在批量生产过程中,该工艺具有明显优势。

首先,Luxexcel采用轻薄的光学透明树脂材料,这种材料具有快速UV固化特性,可快速打印出光学镜片。然而,现阶段Luxexcel制造工艺会导致光学镜片具有高双折射率,并且在阳光下会变黄,无法在偏振光下使用。

相比之下,Addoptics采用固化更慢的树脂材料,其制造的光学镜片具有更好的机械和光学性能,不容易变黄,且双折射率低。因此,该公司宣称利用其制造工艺,可生产支持偏振光的Pancake透镜。Addoptics将3D打印镜片分为两部分,可以分别提升3D打印模具的性能,以及光学元件的光学性能。此外,该工艺还可以在塑模光学元件时,加入Luxexcel 3D打印光学无法实现的功能。

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不过Addoptics的缺点是,制造时间久,从打印模具到成品镜片大约需要几天时间。尽管如此,Guttag还是认为Addoptics可以更好的解决AR光学量产的问题,因为Luxexcel的3D打印工艺基于大型、昂贵的打印机,相比之下Addoptics的光学模具成本更低(几乎降低10倍以上),且无需昂贵的金属注塑模具,使用多个低成本3D打印模具可同时制造镜片,此外模具还留有一定空间,为塑模标准处方镜片带来可能。

值得注意的是,Addoptics曾在CES展厅免费赠送镜片样品,这似乎暗示其制造成本够低。

3D打印镜片优缺点

Guttag猜测,Luxexcel受到Mea关注的原因,是因为其3D打印工艺可以将定制处方镜片与光波导结合。Luxexcel的技术有两大特点:一是在光波导镜片中留下空隙,二是可以打印屈光镜片。

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Luxexcel的工艺可以在光波导前后留下空隙,目的是支持光波导运行所需的全内反射(TIR)。然而,用这种方式打印出的表面通常没有抗反射膜,与空隙结合后,会因为折射率不匹配而导致光线反射/传输损失。不过,由于Guttag没有实际体验过其技术,目前无法确定Luxexcel存在这样的问题。

Guttag指出,如果定制光学元件内含空隙,则需要分成两部分制造,并在每个部分的两面都加上抗反射膜,之后再使用折射率相同的胶来粘合这两部分。

值得注意的是,Lumus在CES 2023上展示的Z-Lens光波导解决了空隙的问题,采用了一种直接键合的工艺。虽然Lumus不是3D打印工艺,但其光波导可以通过粘合的方式集成Rx处方镜片,用户无需定制视力矫正镜片插件,而是可以让AR眼镜具有自定义的视力调节能力,外观看起来依然像普通眼镜。不过由于光波导和塑脂/玻璃的热膨胀特性不同,直接粘屈光镜片依然存在问题。不过也有一些潜在的解决方案,比如采用折射率匹配的凝胶作为机械缓冲液。

视力调节的重要性

为什么说屈光镜片对AR/VR很重要呢?比如市面上的一些AR眼镜,近视眼用户在使用时要么套在自己的镜架上,要么就是要定制屈光镜片插件,这两种方案牺牲了舒适性、美观和成本。而一些VR头显虽然具备屈光调节功能,但不支持散光校正。

因此,AR/VR需要一种低成本、为用户视力量身定制的视力调节机制,而定制光学镜片就是一种很好的解决方案。

通常,处方镜片两面具有固定的曲度,因此具有视力矫正的光波导也需要定制曲度。

Guttag指出,Addoptics并未正式探讨用3D模型将光学元件和处方镜片结合,不过据猜测,在制造屈光镜片方面,Addoptics的工艺也许会比Luxexcel更有优势。

当然,想要降低视力调节光学镜片的制造成本,Addoptics可能要参考眼镜店采用的传统镜片制造工艺,即在半成品镜片基础上,打磨镜片的一面来改变镜片焦距。因此,Addoptics制造的光学镜片要么一面支持打磨,要么将需要定制的模具来制造不同焦距的镜片。

然而,传统眼镜片通常有400种不同的度数(覆盖了大部分屈光度和散光范围),因此Addoptics可能需要制造大量的模具。好在成品树脂镜片成本较低,因此易于存货。

结论

值得注意的是,Meta Materials也提供一种将屈光镜片与光学模组集成的工艺:AR Fusion,这是一种自动化工艺,其原理是向玻璃模具中浇铸UV固化的树脂材料,可嵌入超材料薄膜、滤光器,以及电子元件,比如在透镜中嵌入眼球追踪模组。该方案的另一个优势是支持电控变色,可动态调光,更加省电,因此可能会成为Luxexcel的竞争对手。

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尽管如此,Guttag更倾向于Addoptics的3D打印光学模具,该工艺采用更好的光学树脂,而且生产成本更低,可以想象该工艺可以为AR/VR光学制造带来各种可能。参考:

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