去年12月，Meta收購了一家3D打印光學(xué)元件廠商Luxexcel，旨在提升AR/VR光學(xué)鏡片的視力矯正解決方案。3D打印對未來AR/VR光學(xué)來講是一項關(guān)鍵技術(shù)，可為不同的用戶定制處方鏡片，還可批量生產(chǎn)。

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(xué)解決方案。比如Addoptics，并非直接3D打印鏡片，而是3D打印出模型，然后注入熱固化樹脂來形成光學(xué)鏡片。

在CES 2023期間，AR/VR光學(xué)專家Karl Guttag了解到Addoptics技術(shù)，并指出自己對Luxexcel的方案持保留意見，相比之下Addoptics似乎可以更好的解決3D打印鏡片問題。那么相比于Luxexcel，Addoptics有哪些優(yōu)勢，又有哪些缺點呢？在近期的博文中，Guttag詳細(xì)解釋了對Addoptics的看法，并將它與其他光學(xué)工藝進(jìn)行對比。

Addoptics與Luxexcel關(guān)系

據(jù)了解，Luxexcel在被Meta收購之前，曾宣稱與20多家公司合作，但被收購后，這些合作可能會受到影響。因此，Addoptics的3D光學(xué)打印技術(shù)則更加重要。

除了公司業(yè)務(wù)相似外，Addoptics和Luxexcel之間還存在其他關(guān)聯(lián)，比如Addoptics創(chuàng)始人兼CEO Joris Biskop此前曾在Luxexcel就職8年。

另一方面，盡管Meta收購了Luxexcel，但Luxexcel更擅長生產(chǎn)基于光波導(dǎo)的AR光學(xué)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打印光學(xué)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(shù)很容易區(qū)別，Luxexcel直接用3D打印工藝制造鏡片，而Addoptics是3D打印光學(xué)模具，并使用熱硬化材料填充模具，來形成光學(xué)元件。據(jù)悉，3D打印的光學(xué)模具大約可使用100次。

相比于直接打印鏡片，Addoptics的工藝多了一個打印模具的步驟，雖然不如Luxexcel方案簡單，但在批量生產(chǎn)過程中，該工藝具有明顯優(yōu)勢。

首先，Luxexcel采用輕薄的光學(xué)透明樹脂材料，這種材料具有快速UV固化特性，可快速打印出光學(xué)鏡片。然而，現(xiàn)階段Luxexcel制造工藝會導(dǎo)致光學(xué)鏡片具有高雙折射率，并且在陽光下會變黃，無法在偏振光下使用。

相比之下，Addoptics采用固化更慢的樹脂材料，其制造的光學(xué)鏡片具有更好的機(jī)械和光學(xué)性能，不容易變黃，且雙折射率低。因此，該公司宣稱利用其制造工藝，可生產(chǎn)支持偏振光的Pancake透鏡。Addoptics將3D打印鏡片分為兩部分，可以分別提升3D打印模具的性能，以及光學(xué)元件的光學(xué)性能。此外，該工藝還可以在塑模光學(xué)元件時，加入Luxexcel 3D打印光學(xué)無法實現(xiàn)的功能。

不過Addoptics的缺點是，制造時間久，從打印模具到成品鏡片大約需要幾天時間。盡管如此，Guttag還是認(rèn)為Addoptics可以更好的解決AR光學(xué)量產(chǎn)的問題，因為Luxexcel的3D打印工藝基于大型、昂貴的打印機(jī)，相比之下Addoptics的光學(xué)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打印模具可同時制造鏡片，此外模具還留有一定空間，為塑模標(biāo)準(zhǔn)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，這似乎暗示其制造成本夠低。

3D打印鏡片優(yōu)缺點

Guttag猜測，Luxexcel受到Mea關(guān)注的原因，是因為其3D打印工藝可以將定制處方鏡片與光波導(dǎo)結(jié)合。Luxexcel的技術(shù)有兩大特點：一是在光波導(dǎo)鏡片中留下空隙，二是可以打印屈光鏡片。

Luxexcel的工藝可以在光波導(dǎo)前后留下空隙，目的是支持光波導(dǎo)運(yùn)行所需的全內(nèi)反射（TIR）。然而，用這種方式打印出的表面通常沒有抗反射膜，與空隙結(jié)合后，會因為折射率不匹配而導(dǎo)致光線反射/傳輸損失。不過，由于Guttag沒有實際體驗過其技術(shù)，目前無法確定Luxexcel存在這樣的問題。

Guttag指出，如果定制光學(xué)元件內(nèi)含空隙，則需要分成兩部分制造，并在每個部分的兩面都加上抗反射膜，之后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(dǎo)解決了空隙的問題，采用了一種直接鍵合的工藝。雖然Lumus不是3D打印工藝，但其光波導(dǎo)可以通過粘合的方式集成Rx處方鏡片，用戶無需定制視力矯正鏡片插件，而是可以讓AR眼鏡具有自定義的視力調(diào)節(jié)能力，外觀看起來依然像普通眼鏡。不過由于光波導(dǎo)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，比如采用折射率匹配的凝膠作為機(jī)械緩沖液。

視力調(diào)節(jié)的重要性

為什么說屈光鏡片對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么套在自己的鏡架上，要么就是要定制屈光鏡片插件，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(diào)節(jié)功能，但不支持散光校正。

因此，AR/VR需要一種低成本、為用戶視力量身定制的視力調(diào)節(jié)機(jī)制，而定制光學(xué)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(dǎo)也需要定制曲度。

Guttag指出，Addoptics并未正式探討用3D模型將光學(xué)元件和處方鏡片結(jié)合，不過據(jù)猜測，在制造屈光鏡片方面，Addoptics的工藝也許會比Luxexcel更有優(yōu)勢。

當(dāng)然，想要降低視力調(diào)節(jié)光學(xué)鏡片的制造成本，Addoptics可能要參考眼鏡店采用的傳統(tǒng)鏡片制造工藝，即在半成品鏡片基礎(chǔ)上，打磨鏡片的一面來改變鏡片焦距。因此，Addoptics制造的光學(xué)鏡片要么一面支持打磨，要么將需要定制的模具來制造不同焦距的鏡片。

然而，傳統(tǒng)眼鏡片通常有400種不同的度數(shù)（覆蓋了大部分屈光度和散光范圍），因此Addoptics可能需要制造大量的模具。好在成品樹脂鏡片成本較低，因此易于存貨。

結(jié)論

值得注意的是，Meta Materials也提供一種將屈光鏡片與光學(xué)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(yōu)勢是支持電控變色，可動態(tài)調(diào)光，更加省電，因此可能會成為Luxexcel的競爭對手。

盡管如此，Guttag更傾向于Addoptics的3D打印光學(xué)模具，該工藝采用更好的光學(xué)樹脂，而且生產(chǎn)成本更低，可以想象該工藝可以為AR/VR光學(xué)制造帶來各種可能。參考：KG