淺談 Magic Leap One

生活科學趣談

專利文件曝光,Magic Leap 最神秘光學顯示技術 – INSIDE 發布於2018年3月5日

全球最熱門的創業公司不在矽谷,它是位於佛羅里達州的 Magic Leap。它不是首創混合實境的公司,因為Canon 早在2012年已推出 MREAL。精選照片中該公司 CEO Rony Abovitz 手上拿著的那片可透光的”光子光場晶片(photonic lightfield chip)”是 Magic Leap 的核心競爭力,其具有非常細微的結構,是管理3D光場訊號的關鍵組件。透過將虛擬影像的光線導進這片玻璃中,即可模擬出具有景深的光場,讓使用者能自然的聚焦在近處或遠處的虛擬影像上,就像下列影片中這支Avegant的光場顯示器

也就是說,只有使用者眼睛有對焦到的距離上,影像才是清晰的,其他距離的影像則是模糊的。下列這則類似 Microsoft HoloLens 所顯示的虛擬影像,使用者所看到的就全部都是清晰的

接著來看看 Magic Leap One 的專利文件:Virtual, augmented, and mixed reality systems and methods

出現在FIG-2B中的編號3340是 LCoSSLM (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator),這種液晶覆矽是結合液晶顯示器(LCD)與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程的技術,可將GPU輸出的影像光線分離成RGB三原色,並且可以使用光的相位來達成全像投影顯示

編號3390就是最神秘的光子光場晶片,它是結合波導、繞射光柵與全像顯示的 Waveguide combiners(Waveguide holograms)。藉由內全反射來傳導光線,並由波導外層的光柵來定向出射光,這個繞射光柵的作用就像是一個透鏡,其精細的結構可以精確到可見光波長的尺度。至於光線在通過波導內全反射的彎曲長路徑時,途徑中因繞射而射出的光線可以擴增其視野FOV(Field of view),Magic Leap專利說明其技術可以接近50~55度視野,這顯然比 Google Glass 的13度寬廣多了。而且這個光子光場晶片也能同時讓外界的光線穿透進來,因此就能將虛擬影像與外界的真實世界組合在一起

至於虛擬影像的景深,由於編號3390畫成6片,這些面射型的繞射光學元件(Diffractive Optical Element,DOE)的每一片都能生成特定焦距之光束。亦即它能把入射光導入眼中,並讓這些光看起來就好像是從某一個特定的焦平面發射出來的一樣

但它們會有色散的問題,也就是只能工作於單一的波長。爲了解決這個問題,Magic Leap 堆疊了針對RGB不同波長的 DOEs,當作一個鏡片組來用。因為 DOEs 都非常薄,疊加之後也不會太厚,這也是這個光學系統被稱爲晶片的原因。比如光射進第一片DOE的時候,對於觀察者而言,可以投射出光學觀察距離1公尺(前景)的紅光影像。6片DOE或許就是3片的RGB前景和3片的RGB後景,這樣就能模擬出一個具有景深的3D全像光場了。但若仔細觀察下列這張官網上的照片時,因為鏡面看起來呈現洋紅色(紅+藍),所以很有可能是採用上圖的每組2片× 3組的型式,這樣就能同時投射出具有前景、中景與後景的3D影像

Magic Leap One 還具有理解周圍世界的能力,亦即它能識別物體,解決方案倒是簡單。前NBA球員 Shaquille O’Neal 是迄今為止唯一戴著Magic Leap One公開亮相的名人,從這張照片中可以判斷眼鏡兩側有4個廣角環境感知相機,中央則是2個不同焦距的深度相機(3D深度攝像頭);另外,眼鏡內側也得設置2個追蹤視線和眼動以便獲取焦點與視線方向的相機

由於波導的製作需要很高的精度,而且供應鏈並不是很容易建立,所以大規模生產是困難且昂貴的。也或許就是這個 AR 波導的 moonshot 非常接近黑魔法,才能讓 Magic Leap 至今共募集了23億美元,使其成為該領域資金最充足的創業公司,緊追在後的則是Pokémon Go 母公司 Niantic 的 2.3億美元。

OS:Magic Leap One 尚未上市,本文僅是按照設計圖與照片來推測^^

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