從軍事研究到幼兒園 AR核心技術公司Lumus的歷史故事

像VR這樣的頭戴顯示設備在技術界已經不是新鮮事物了，但是在下沉到消費級市場之前，該類設備最早來自於軍工產業——飛行員在駕駛飛機時如何方便地進行導彈的操作？解放雙手成了軍方數十年的研究課題。

在軍事及航空領域，最早可以找到的關於頭戴式顯示設備的提及來自於 Albert Bacon Pratt，他在 1916 年申請了一個類似概念的專利，但從沒有一款設備製作出來，而這個專利也或多或少被遺忘在角落裡。近六十年之後，對北京人來說熟悉的「Honeywell」公司開發了名為「Visual Target Acquisition System」（可視化目標獲取系統，簡稱 VTAS）的頭顯設備，1973 年美國海軍為五百架 F-4N、F-4J 轟炸機配備了 VTAS。然而效果並不理想，在測試中 VTAS 甚至會跟蹤僚機（編隊飛行中跟隨長機執行任務的飛機）而不是目標導彈，這樣的錯誤顯然是不符合軍方要求的，VTAS 的使用止於此。

VTAS

但八十年代美軍仍在定翼機和攻擊型直升機中進行了頭戴顯示設備的測試。與此同時，蘇聯和以色列也在自行開發類似的項目。以色列光學設備製造商 EL-OP 是該國的先行者，EL-OP 後來成為 Elbit 國防公司的一部分。VTAS 之後頭戴顯示設備在國防領域的發展處於艱難時期。後來在 F-35 型戰鬥機里，裝載了由 Vision Systems International 研發的新型頭戴顯示設備，該公司正是 Elbit 在美國的姊妹公司。

F-35 戰機中的頭顯設備

對於個人顯示設備來說，體積一直是困擾該行業的難題之一。一方面，大的體積能帶來更大的顯示面積，另一方面大體積卻是設備實現便攜的矛盾對立面。

然後出現了以色列的 Lumus。在軍方從事了多年頭顯設備研究之後，Yaakov Amitai 博士創辦了這家公司，為的是把這項軍隊享有的尖端技術帶到消費市場，而首先他要解決的就是體積難題。

如何解決這個問題自然是一個極其複雜的過程。Amitai 博士回憶，在七十年代的時候他就開始接觸到關於頭戴顯示設備的討論，而身處軍中的他被授予了相關研發的課題。那之後他輾轉於魏茨曼科學研究所、斯坦福大學和 EL-OP，彼時他的研究是基於全息影像的頭顯。儘管花了許多年在這項研究上，但他後來卻認為這是一條死胡同：根據物理學的定律，更大的圖像面積、更高的圖像質量和更小的元器件體積這三者是不可能在頭顯上同時實現的。

他選擇離開 EL-OP，放棄所有頭顯設備的研究。而在離職前，Amitai 博士還有一份關於通信領域的專利研究，這為後來他的突破奠定了基礎。

2007 年的一次採訪中 Amitai 博士回憶說：「我在送我兒子去幼兒園的路上腦中有一個想法開始發酵，當我返回到家裡的時候我立刻拿出筆記下了後來成為專利的這個靈感。那個時候我就知道我發現了個人顯示技術的聖杯。不久之後我就成立了 Lumus。」

這份奠定 Lumus 公司基石的專利技術是 Light-guide Optical Element（光導光學原理，簡稱 LOE）。用 Amitai 博士自己的話解釋為：LOE 是一種獨特超薄的透鏡，其中嵌入了小型的透視稜鏡，處於太陽穴位置的投影裝置通過移動設備（例如智能手機）將內容通過一系列反射傳輸到人眼前方，這樣就能創造一種虛擬大屏幕的效果。

LOE 簡易原理圖

反射、傳輸，這樣你或許就明白了，LOE 與光纖技術有著類似的原理：光線的全反射。所以進行過通信研究的 Amitai 博士從另一個領域得到的經驗幫助了他的靈感一刻。

在創辦的前八年里沒有公開記錄顯示 Lumus 接受過風投，2008 年他們的第一款成品 PD-18 上市。單眼、垂直放置、全彩、解析度 800 x 600、FOV 32°，這是該款專業面向設備的基本參數。Lumus 從始至今都沒有推出過直接面向消費者的產品，他們選擇將核心設計交給 OEM。2010 年，美國空軍將採用 Gentex 蠍子頭盔提示系統的雷神戰鬥頭盔採用到了 A-10 及 F-16 戰機之中，而該系統正是採用了 Lumus PD-18 的衍生產品 PD-14。該設備和以前所有的軍用頭顯的最大不同有兩點：彩色顯示和集成方式，軍方曾經使用的同類設備都是要專門定製頭盔的，而蠍子系統是為已有型號的頭盔打造，符合美國空軍戰鬥裝備的標準，可以在多種標準頭盔上安裝部署。

配備了 PD-18 的原型眼鏡

Lumus 的成功或許激勵了這個行業，和 Lumus 原理類似的 Google Glass 在不久之後掀起了一番風波。雖然 Lumus 和 Google Glass 類似的設備並不算嚴格意義上的 AR，因為 AR 還要求和真實世界的互動，但他們為 AR 的發展做出了重要的技術鋪墊：高透光率、高亮度的顯示、體積的縮小和透鏡的輕薄……

Amitai 博士常年的研究和靈感一刻的出現與我們小時候讀過的科學家故事有著異曲同工之妙，牛頓、愛迪生等等。就像馬克·吐溫所言：history doesn t repeat itself, but it does rhyme（歷史不會重演，但總會驚人地相似）。

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