Die nächste Geschichte der chinesischen Optik beginnt auf den Schreibtischen der Kinder.

In der Welt der Technologie sind es nicht nur die bahnbrechenden Erfindungen, die unsere Vorstellungskraft übertreffen, sondern auch diejenigen Menschen, die bereit sind, die Technologie auf ihren ursprünglichen Zweck zurückzuführen.

James Dyson ist ein solcher ingenieurwissenschaftlicher Wissenschaftler. In den 1980er Jahren des letzten Jahrhunderts erfand er den ersten staubbeutelfreien Staubsauger der Welt. Dyson ließ diese Technologie nicht im industriellen Bereich verbleiben, sondern brachte sie in das alltägliche Familienleben. Die in den Laboren verborgenen Strömungsmechanikgleichungen wurden von ihm in Erfahrungen umgewandelt, die jeder Familie zugänglich sind – ein leiserer Luftstrom, ein stabilerer Luftdruck und ein saubereres Raumklima.

Wang Xuan, der als der "Moderne Bi Sheng" bezeichnet wird, hat auch eine ähnliche Geschichte. In den 1980er Jahren des letzten Jahrhunderts, als China noch keine reife Computerindustrie hatte, führte Wang Xuan ein Team an, das das chinesische Laserdrucksystem erfand. Dies brachte die Druckindustrie in die digitale Zeit und befreite die Informationsverbreitung erstmals von der Abhängigkeit von Blei und Feuer.

Sie alle repräsentieren eine wissenschaftliche Einstellung: Bei der Besteigung der technologischen Gipfel nicht vergessen, die Menschen zu begünstigen.

Diese Einstellung wird von Cheng Dewen geteilt.

Cheng Dewen steht seit langem an der Spitze der optischen Technologie. Er ist ein von der Peking University of Technology und der University of Arizona in den USA gemeinsam ausgebildeter Doktor, Doktorvater und nationaler führender Talent. Er ist auch einer der ersten chinesischen Experten, die systematisch freie optische Flächensysteme erforschen. Seit über zwanzig Jahren konzentriert er sich auf das Gebiet der AR/VR optischen Anzeige – ein Fachgebiet, das direkt mit der zukünftigen Bild- und Raumwahrnehmung zusammenhängt.

Im Jahr 2015 gründete Cheng Dewen NED Optics, ein Technologieunternehmen, das auf optischer Konstruktion basiert. Dank hoher Forschungsschranken und einer stabilen globalen Kundenbasis wird NED Optics allmählich als einer der Vertreter der "chinesischen harten optischen Technologie" angesehen. Er und sein Team bieten optische Modul-Lösungen für mehrere Weltkonzerne wie Lenovo, Xiaomi, Asus und Qualcomm an, so dass virtuelle Bilder in einem sehr kurzen Lichtweg mit hoher Präzision und geringer Verzerrung dargestellt werden können. Das Lenovo ThinkReality A3, ausgestattet mit NED Optics' optischen Modulen, wurde von der Zeitschrift "TIME" als eine der "Top 100 besten Erfindungen des Jahres" ausgezeichnet.

Cheng Dewen, Professor an der Peking University of Technology und CEO von NED Optics

Während sein Team die nächsten Generationen von AR/VR optischen Lösungen optimierte, bemerkte Cheng Dewen etwas, das nicht ignoriert werden konnte: Die technologisch ausgerüsteten virtuellen "Augen" werden immer stärker, während die echten menschlichen Augen immer schwächer werden.

"Wenn wir in Gymnasien Vorträge halten, ist es schwierig, ein Kind ohne Brille in einem Klassenzimmer zu finden." Cheng Dewen erkannte, dass dies eine ernste öffentliche Gesundheitskrise ist – laut dem "Weiße Buch zur Myopiekontrolle von chinesischen Kindern und Jugendlichen" der Nationalen Gesundheitskommission von China 2022 beträgt die Myopiequote unter chinesischen Kindern und Jugendlichen inzwischen 53,6 %. Die Tendenz zur frühen Entwicklung von Myopie wird immer stärker und entwickelt sich allmählich zu einem sozialen Problem, das die Gesundheit einer ganzen Generation betrifft.

In diesem Moment richtete er seine Aufmerksamkeit von virtuellen Bildern auf die reale Welt. Für ihn war dies eher eine Rückkehr als ein "Jobwechsel" – eine Rückkehr zum Ursprung der Technologie und zur ursprünglichen Mission des Wissenschaftlers. Cheng Dewen weiß genau, dass er nicht nur die technologischen Grenzen zu erweitern sucht, sondern auch hofft, dass die Wissenschaft einen größeren gesellschaftlichen Nutzen schaffen kann. Er sagte: "Probleme, die durch Optik verursacht werden, sollten mit optischen Methoden gelöst werden."

Dieser Moment markierte den Wendepunkt in Cheng Dewens Forschungsleben. Er führte NED Optics aus dem AR/VR optischen Labor hinaus, überwindete die Beschränkungen von Produkttechnologiemodulen und startete eine neue Erkundung.

Das Optimum der Optik anstreben

Im Bereich der Optik gibt es kaum eine andere Technologie, die so komplex und zugleich so wertvoll ist wie die Freiformfläche. Die in herkömmlichen optischen Systemen üblichen sphärischen oder asphärischen Elemente haben eine rotationssymmetrische Struktur, während Freiformflächen keine feste geometrische Symmetrie aufweisen. Sie ermöglichen es Designern, die Krümmung in beliebigen Richtungen einzustellen, so dass Licht auf unsymmetrischen Pfaden reflektiert oder gebrochen werden kann, aber dennoch präzise fokussiert werden kann.

Das Aufbrechen der Symmetrie verleiht optischen Systemen eine bisher nie dagewesene Freiheit. Es ermöglicht es, in einem sehr kleinen Raum Fernanzeigen, Weitwinkelabbildungen und sehr geringe Verzerrungen zu realisieren. Daher wird es als eine der herausforderndsten Spitzentechnologien in der modernen optischen Konstruktion angesehen.

Cheng Dewen ist einer der ersten chinesischen Wissenschaftler, der diese Technologie beherrscht.

Von seinem Bachelor- bis zu seinem Doktoratsstudium hat Cheng Dewen stetig die Gipfel der optischen Technologie erklommen. Schon während seines Bachelorstudiums an der Peking University of Technology begann er mit der Forschung an Freiformflächen. Während seines Masterstudiums arbeitete er unter der Leitung des Optikingenieurs Prof. Wang Yongtian, der sich auf die Konstruktionsoptimierung, Simulation und Head-Mounted-Display-Technologie von Freiformflächenoptiksystemen spezialisiert hat. Anschließend absolvierte er seinen Doktorstudiengang an der University of Arizona in den USA und vertiefte seine Forschung im Bereich der Freiformflächenoptikanzeige.

Im Jahr 2011 kehrte er an seine Alma Mater, die Peking University of Technology, zurück, um als Professor zu lehren. Ein Gedanke wurde immer deutlicher in seinem Kopf: China fehlt nicht nur an Forschung in der optischen Technologie, sondern auch an der Umsetzung von Forschungsergebnissen. Er sagte: "Gute Forschungsergebnisse sollten nicht auf den akademischen Bereich beschränkt bleiben. Ich hoffe, dass die Forschungsergebnisse die gesellschaftliche Entwicklung tatsächlich vorantreiben und soziale und wirtschaftliche Nutzen generieren können, die wiederum die technologische Entwicklung vorantreiben können."

Für Cheng Dewen ist es zwar wichtig, technologisch führend zu sein, aber es ist ebenso wichtig, wer diese Technologie nutzen kann. Optik sollte nicht nur den Wissenschaftlern gehören, und sie sollte nicht auf das Labor beschränkt bleiben. Aufgrund dieser Überzeugung gründete er im Jahr 2015 NED Optics. Innerhalb weniger Jahre entwickelte sich NED Optics zu einem führenden Unternehmen im Bereich der optischen Module in China.

Im Bereich der Freiformflächenoptiktechnologie hat NED Optics eine umfassende Strategie für Schlüsseltechnologien wie Freiformflächen, Birdbath und Lichtwellenleiter entwickelt. Es hat enge Partnerschaften mit Branchenriesen wie Qualcomm, Lenovo und Xiaomi aufgebaut und die Gunst mehrerer bekannter Investmentgesellschaften gewonnen. NED Optics verfügt über die Fähigkeit, den gesamten Prozess von der optischen Konstruktion über die Werkzeugfertigung bis zur Prüfung und Montage zu beherrschen. Dies bedeutet, dass China erstmals im Bereich der AR-Anzeigeoptik über eine grundlegende Technologie verfügt, die mit den internationalen Konzernen wie Hoya, Zeiss und Epson konkurrieren kann.

Das Labor von NED Optics

Wenn die Technologie auf den Menschen schaut, bekommt die Wissenschaft eine menschliche Seite

Nach über zwanzig Jahren der Akkumulation hat Cheng Dewens Team in der Optikbranche eine führende Position erreicht – es verfügt über über 300 Patente in der optischen Technologie (darunter über 10 amerikanische Patente), hat an der Erstellung von drei nationalen Standards für Head-Mounted-Displays teilgenommen und ist für die Umsetzung von Forschungsergebnissen mehrerer nationaler Schlüsselprojekte verantwortlich.

Während seiner langjährigen Forschung und Zusammenarbeit bemerkte er, dass die Fortschritte in der chinesischen Anzeigeoptik hauptsächlich für die Industrie und die virtuelle Realität dienen, während das Gebiet der "Sehgesundheit", das direkt mit dem Alltag der Menschen zusammenhängt, an wissenschaftlich validierten Technologielösungen mangelt. "Eine große Anzahl von Menschen mit Sehstörungen, Schwachsichtigkeit und Myopie braucht dringend bessere Sehfähigkeitslösungen." sagte er.

Eltern wählen Lampen, Brillen und Therapieprogramme für ihre Kinder, aber sie können sich nicht erklären, warum ihre Kinder Myopie entwickeln. Kann man Myopie optisch vorbeugen?

Während die Branche immer noch danach strebt, "leichtere, hellere und immersivere" AR/VR-Erlebnisse zu schaffen, hat Cheng Dewen seine Forschungsrichtung von der virtuellen Anzeige auf die reale Sehschutztechnologie, von der industriellen Konstruktion auf die Sehwissenschaft und von der Herausforderung der technologischen Grenzen auf die Beachtung des menschlichen Empfindens und der Gesundheit verlagert.

Diese Wende erschien für die Außenwelt als riskant. Bis heute ist AR/VR immer noch ein beliebter Bereich für Kapitalanleger, während Sehschutzequipment für Kapitalanleger immer noch eher unattraktiv ist. Es erfordert auch hohe Kosten für die Schulung der Verbraucher und kann daher nicht als reifer Markt angesehen werden.

Aber Cheng Dewens Logik ist einfach: "Einerseits sollten wir die optische Technologie nutzen, um die Branchenentwicklung voranzutreiben und die Branchenengpässe in wissenschaftliche Probleme umzuwandeln, um sie zu untersuchen. Andererseits sollte die optische Technologie die Arbeit und das Leben der Menschen durch die Umsetzung von Forschungsergebnissen verbessern, so dass die Technologie Nutzen bringt und der Gesellschaft zurückgeben kann."

Bevor er sich entschied, in das unbekannte Gebiet der Sehgesundheit einzusteigen, sah er auch die chaotische Situation in diesem Bereich.

Von Massagiern und Augenpflastern bis hin zu verschiedenen Therapiegeräten und sogar Geräten, die behaupten, Myopie zu heilen, ist der Markt für Myopiekontrolle voller Produkte mit kurzfristigen Effekten. Die meisten von ihnen bieten nur psychologische Trost oder Marketing-Slogans.

Nach seiner Meinung muss man, um das Problem der Sehgesundheit, insbesondere Myopie, wirklich zu lösen, von den Lichtausbreitungsgesetzen ausgehen. Das Wesen von Myopie liegt in der langfristigen Nahsichtarbeit – die Augen sind lange Zeit auf die Nähe fokussiert, der Ziliarmuskel bleibt dauerhaft übermäßig gespannt, die Akkommodation kann sich nicht entspannen, die Augenhülle wird passiv verlängert und schließlich kommt es zu strukturellen Veränderungen.

"Wenn die Ursache des Problems auf optischer Ebene liegt, kann keine Lösung, die von der Optik abweicht, wirklich funktionieren." Genau aus diesem Grund hat NED Optics die DOT-Schreibpult Pro und die DOT-Schreibpult Max entwickelt.

Cheng Dewens Überlegungen stammen aus seinem am besten vertrauten Bereich. In der Zeit der AR-Anzeige streben sie danach, die Bilder "näher" zu bringen, d. h., in einer Entfernung von wenigen Zentimetern eine reale Ferne zu simulieren, um ein immersives Erlebnis zu schaffen. Bei der Myopiekontrolle tun sie das Gegenteil – sie helfen den Augen, "weiter zu sehen", und bringen die Optik in einen physiologisch angenehmen Zustand für das menschliche Auge zurück.

Also begann das Team mit der Entwicklung eines neuen Systems: Durch eine spezielle optische Struktur wird das Bild in einer Entfernung von 20 bis 33 Zentimetern auf eine Entfernung von 3 bis 8 Metern projiziert, so dass Kinder beim Lernen am Schreibtisch ein ähnliches Seherlebnis wie beim Ausblicken in die Ferne im Freien haben können.

Dieser Mechanismus wird später als "Fernbild" bezeichnet. Es ist nicht einfach eine Vergrößerung durch Spiegelung, sondern eine Kombination aus verschiedenen optischen Entwurfsmethoden wie Freiformflächen, Strahlteilung, Brechung und Reflexion. Einfach ausgedrückt, "macht es aus Nah Fern". "Man kann es sich als eine umgekehrte Lupe vorstellen", sagte er als Beispiel. "Eine Lupe kann das Licht aus der Ferne auf einen Punkt bündeln, während die Fernbildtechnologie umgekehrt das Buch in einer Entfernung von 20 bis 30 Zentimetern vor den Augen 'auf' eine Entfernung von 3 bis 8 Metern 'wirft', so dass die Augen in einem entspannten Zustand wie beim Ausblicken in die Ferne sind."

Anfangs kam ihre Inspiration von AR/VR-Headern. Da NED Optics über eine vollständige industrielle Fähigkeit verfügt, war das erste Sehschutzequipment, das sie testeten, auch in Kopfhörerform. Doch nach mehreren Runden von Tests stellte das Team fest, dass das Problem real war – das Prototypengewicht übertraf 100 Gramm, und Kinder konnten es überhaupt nicht tragen. Noch wichtiger war, dass das Tragen eines solchen Geräts die Verhaltensweise der Benutzer verändert und für Kinder ohne Brille nicht freundlich ist.

Also richteten sie ihren Blick auf Tischgeräte. Im Jahr 2017 begann das Team mit der Entwicklung einer Tischlösung – die optischen Systeme, die ursprünglich in Headern verpackt waren, wurden "flach" gemacht, und die Lichtmaschinenmodule und das Beleuchtungssystem wurden in ein Schreibpult integriert.

Die echten Schwierigkeiten liegen in der "Klarheit" und