去年12月，Meta收購了一家3D列印光學元件廠商Luxexcel，旨在提升AR/VR光學鏡片的視力矯正解決方案。3D列印對未來AR/VR光學來講是一項關鍵技術，可為不同的用戶定製處方鏡片，還可批量生產。
與此同時，市面上也有其他公司提供類似的AR/VR視力矯正光學解決方案。比如Addoptics，並非直接3D列印鏡片，而是3D列印出模型，然後注入熱固化樹脂來形成光學鏡片。
在CES 2023期間，AR/VR光學專家Karl Guttag了解到Addoptics技術，並指出自己對Luxexcel的方案持保留意見，相比之下Addoptics似乎可以更好的解決3D列印鏡片問題。那麼相比於Luxexcel，Addoptics有哪些優勢，又有哪些缺點呢？在近期的博文中，Guttag詳細解釋了對Addoptics的看法，並將它與其他光學工藝進行對比。
Addoptics與Luxexcel關係
據了解，Luxexcel在被Meta收購之前，曾宣稱與20多家公司合作，但被收購後，這些合作可能會受到影響。因此，Addoptics的3D光學列印技術則更加重要。
除了公司業務相似外，Addoptics和Luxexcel之間還存在其他關聯，比如Addoptics創始人兼CEO Joris Biskop此前曾在Luxexcel就職8年。
另一方面，儘管Meta收購了Luxexcel，但Luxexcel更擅長生產基於光波導的AR光學方案，卻無法提供有效的Pancake透鏡視力矯正方案，原因是其透鏡具有高雙折射率，難以在偏振光下使用。不過，Addoptics的3D列印光學工藝不存在這樣的問題。
基本原理
從原理來看，Addoptics和Luxexcel的技術很容易區別，Luxexcel直接用3D列印工藝製造鏡片，而Addoptics是3D列印光學模具，並使用熱硬化材料填充模具，來形成光學元件。據悉，3D列印的光學模具大約可使用100次。
相比於直接列印鏡片，Addoptics的工藝多了一個列印模具的步驟，雖然不如Luxexcel方案簡單，但在批量生產過程中，該工藝具有明顯優勢。
首先，Luxexcel採用輕薄的光學透明樹脂材料，這種材料具有快速UV固化特性，可快速列印出光學鏡片。然而，現階段Luxexcel製造工藝會導致光學鏡片具有高雙折射率，並且在陽光下會變黃，無法在偏振光下使用。
相比之下，Addoptics採用固化更慢的樹脂材料，其製造的光學鏡片具有更好的機械和光學性能，不容易變黃，且雙折射率低。因此，該公司宣稱利用其製造工藝，可生產支持偏振光的Pancake透鏡。Addoptics將3D列印鏡片分為兩部分，可以分別提升3D列印模具的性能，以及光學元件的光學性能。此外，該工藝還可以在塑模光學元件時，加入Luxexcel 3D列印光學無法實現的功能。
不過Addoptics的缺點是，製造時間久，從列印模具到成品鏡片大約需要幾天時間。儘管如此，Guttag還是認為Addoptics可以更好的解決AR光學量產的問題，因為Luxexcel的3D列印工藝基於大型、昂貴的印表機，相比之下Addoptics的光學模具成本更低（幾乎降低10倍以上），且無需昂貴的金屬注塑模具，使用多個低成本3D列印模具可同時製造鏡片，此外模具還留有一定空間，為塑模標準處方鏡片帶來可能。
值得注意的是，Addoptics曾在CES展廳免費贈送鏡片樣品，這似乎暗示其製造成本夠低。
3D列印鏡片優缺點
Guttag猜測，Luxexcel受到Mea關注的原因，是因為其3D列印工藝可以將定製處方鏡片與光波導結合。Luxexcel的技術有兩大特點：一是在光波導鏡片中留下空隙，二是可以列印屈光鏡片。
Luxexcel的工藝可以在光波導前後留下空隙，目的是支持光波導運行所需的全內反射（TIR）。然而，用這種方式列印出的表面通常沒有抗反射膜，與空隙結合後，會因為折射率不匹配而導致光線反射/傳輸損失。不過，由於Guttag沒有實際體驗過其技術，目前無法確定Luxexcel存在這樣的問題。
Guttag指出，如果定製光學元件內含空隙，則需要分成兩部分製造，並在每個部分的兩面都加上抗反射膜，之後再使用折射率相同的膠來粘合這兩部分。
值得注意的是，Lumus在CES 2023上展示的Z-Lens光波導解決了空隙的問題，採用了一種直接鍵合的工藝。雖然Lumus不是3D列印工藝，但其光波導可以通過粘合的方式集成Rx處方鏡片，用戶無需定製視力矯正鏡片插件，而是可以讓AR眼鏡具有自定義的視力調節能力，外觀看起來依然像普通眼鏡。不過由於光波導和塑脂/玻璃的熱膨脹特性不同，直接粘屈光鏡片依然存在問題。不過也有一些潛在的解決方案，比如採用折射率匹配的凝膠作為機械緩衝液。
視力調節的重要性
為什麼說屈光鏡片對AR/VR很重要呢？比如市面上的一些AR眼鏡，近視眼用戶在使用時要麼套在自己的鏡架上，要麼就是要定製屈光鏡片插件，這兩種方案犧牲了舒適性、美觀和成本。而一些VR頭顯雖然具備屈光調節功能，但不支持散光校正。
因此，AR/VR需要一種低成本、為用戶視力量身定製的視力調節機制，而定製光學鏡片就是一種很好的解決方案。
通常，處方鏡片兩面具有固定的曲度，因此具有視力矯正的光波導也需要定製曲度。
Guttag指出，Addoptics並未正式探討用3D模型將光學元件和處方鏡片結合，不過據猜測，在製造屈光鏡片方面，Addoptics的工藝也許會比Luxexcel更有優勢。
當然，想要降低視力調節光學鏡片的製造成本，Addoptics可能要參考眼鏡店採用的傳統鏡片製造工藝，即在半成品鏡片基礎上，打磨鏡片的一面來改變鏡片焦距。因此，Addoptics製造的光學鏡片要麼一面支持打磨，要麼將需要定製的模具來製造不同焦距的鏡片。
然而，傳統眼鏡片通常有400種不同的度數（覆蓋了大部分屈光度和散光範圍），因此Addoptics可能需要製造大量的模具。好在成品樹脂鏡片成本較低，因此易於存貨。
結論
值得注意的是，Meta Materials也提供一種將屈光鏡片與光學模組集成的工藝：AR Fusion，這是一種自動化工藝，其原理是向玻璃模具中澆鑄UV固化的樹脂材料，可嵌入超材料薄膜、濾光器，以及電子元件，比如在透鏡中嵌入眼球追蹤模組。該方案的另一個優勢是支持電控變色，可動態調光，更加省電，因此可能會成為Luxexcel的競爭對手。
儘管如此，Guttag更傾向於Addoptics的3D列印光學模具，該工藝採用更好的光學樹脂，而且生產成本更低，可以想像該工藝可以為AR/VR光學製造帶來各種可能。參考：KG
