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    從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    來源:投影時代 更新日期:2021-11-16 作者:至格

        近日,元宇宙話題仍然霸屏朋友圈,熱度絲毫未減。雖然元宇宙無限美好,但我們深知,到達元宇宙還有很長一段路要走。小編認為,相比于元宇宙的遙遙無期,空間互聯網或許更加值得期待。

        從信息顯示角度來講,無論是PC互聯網還是移動互聯網,都屬于平面互聯網,即在二維平面(顯示屏)瀏覽信息。隨著時代發展,我們終將打破平面限制,進入到虛實結合的三維數字世界,即空間互聯網。不同于元宇宙的包羅萬象,空間互聯網帶來的更像是一次信息交互上的技術革新。

        如同臺式機之于PC互聯網,智能手機之于移動互聯網,AR眼鏡將成為空間互聯網的新一代智能終端。在空間互聯網時代,AR眼鏡將在解放雙手的同時為消費者帶來可觸碰、可交互的升維交互體驗。當然,這也在不同維度上對AR顯示及相關技術提出了更多要求。

        下面就帶大家了解一下從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題。

    01  體積

        AR眼鏡作為新一代智能終端,佩戴的舒適性自然必不可少。畢竟作為消費者,誰也不會選擇一個龐然大物作為自己的通訊設備。這就要求AR眼鏡必須擁有輕薄的體積和時尚的外觀,才能讓消費者愿意長時間佩戴。因此,重量和體積是AR眼鏡能否在消費者市場得到普及的前提條件。

    從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    ▲ TDDW40Plus

        目前,至格科技推出的新品TDDW40Plus采用先進的衍射光波導技術,全彩方案厚度僅為2.1mm,重量12g,十分輕薄?雌饋砼c普通鏡片幾乎一樣。

    02  視場角(FOV)

        對消費者而言,除了輕薄舒適以外,另一個核心需求就是極致的沉浸體驗。而FOV則是關乎沉浸感的一個重要技術指標。

        所謂FOV,就是AR眼鏡所成的像的邊緣與人眼連線的夾角,通常分為水平視場角、垂直視場角以及對角線視場角。FOV的大小決定了人眼的視野范圍,因此FOV越大視野就越大,給用戶帶來的沉浸感也就越強。

    從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    ▲ ∠BOD為對角線視場角(圖源:網絡)

        為了能給用戶帶來極致的沉浸體驗,FOV自然成為了光學廠商需要解決的核心難題。其實如果只是單純解決FOV問題還不是最難的,最難的是要解決它與另一個關乎沉浸感的重要指標——眼動范圍之間的矛盾。

    03  眼動范圍(Eye-Box)

        Eye-Box是位于AR眼鏡鏡片前方的一個區域,在這個區域內可以很好的觀察到眼鏡中的內容。在Eye-Box之外觀察內容則會發生扭曲、失真等現象,或者根本看不到內容。就像我們在使用望遠鏡時,眼睛必須緊貼目鏡才能看到清晰的畫面。

    從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    ▲ 綠色部分為Eye-Box(圖源:網絡)

        顯然,消費者在使用AR眼鏡時,眼睛很難保持一直不動,而是會隨著關注點不同而移動。所以為了支持這種眼動需求,必須適當增大Eye-Box。而在幾何光學中,Eye-Box與FOV存在天然矛盾,FOV增大則會導致Eye-Box減小,Eye-Box增大則會導致FOV減小。

        為了解決這一問題,至格科技采用了設計難度更高的二維光柵,即光柵在至少兩個方向上都有周期,形象比喻就是由單向溝槽變為柱狀陣列。雖然其設計和加工工藝非常復雜,但其二維擴瞳和耦出都是在同一塊二維光柵區域實現的,這樣不僅增加了FOV與橫縱雙向的Eye-Box,而且使整個鏡片的布置更加緊湊、更加節省空間。

        至格科技推出的新品TDDW40Plus的FOV(對角線視場角)為40°,Eye-Box可達23mm×20mm,均為行業一流水平,沉浸感得到大幅提升。

    04  彩色均勻性

        通俗講,彩色均勻性就是在描述一個白屏的白色有多均勻,理論上任何一種顏色都包含RGB三色,每一個顯示相同顏色的像素看起來應該都一樣。但在現實中,亮度、對比度、顏色等屬性會根據像素在顯示器上的位置和觀察像素的角度的不同而改變。

        通常陣列光波導的彩色均勻性較好。而由于光柵對于不同的波長和角度具有不同的衍射效率,致使衍射光波導有明顯的彩色均勻性問題。所以對于衍射光波導來說,這是需要解決的一大難題,理論上衍射光波導也能夠實現比較好的彩色均勻性。

    05  量產能力

        俗話說物以稀為貴,量產能力直接決定價格高低。一件性能優秀的商品,如果不能量產則必將導致價格高昂,所以能否具備量產能力是將AR眼鏡成功推向消費市場的關鍵所在。

        目前主流顯示解決方案主要有陣列光波導和衍射光波導兩種。其中,陣列光波導運用的是傳統幾何光學的設計方法和生產工藝,所以其量產性始終較難取得突破。

        衍射光波導則采用半導體加工工藝,能夠進行規;慨a。作為國內屈指可數的自有完整產線且能夠進行規;慨a的衍射光波導廠商,至格科技通過自動化產線能夠實現大產能、高良率和低成本的規;慨a,進而滿足消費級市場需求。

    從平面互聯網到空間互聯網,AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    ▲ 納米壓印潔凈間

    06  私密性

        如同我們在地鐵上看手機,旁人也會看到手機里的內容一樣,AR眼鏡也存在同樣問題。由于AR眼鏡的外側漏光問題會導致個人隱私泄露,所以如何能夠做好隱私保護也將會是消費者所看重的問題。

        目前頭戴式AR設備通過加裝墨鏡片,能夠讓顯示內容只顯示在穿戴者面前,外界無法看到。這樣似乎有效保護了個人隱私,但毫無疑問這并不是最優解。

    07  視力矯正

        據世界衛生組織研究報告稱,全球約有14億人存在近視問題。由此看來AR眼鏡若要普及全球,則必須考慮近視人群的用戶訴求。

        蘋果在新AR眼鏡專利中為近視用戶提出了“磁吸夾卡式醫學鏡片”解決方案,專利文件中指出,“另外或可選地,一個顯示元件可提供光學校正,而另一個顯示元件可提供不同的光學校正或無光學校正!

        通俗講,就是近視用戶可以選擇能夠適配各種度數的磁吸鏡片融合到AR眼鏡的鏡片中,進而可以不帶眼鏡就能使用AR眼鏡。

    08  易碎性

        易碎性往往是很容易被忽略的問題,AR眼鏡通常采用玻璃元件作為其顯示模塊的一部分,因此也留下了安全隱患。

        消費者在使用AR眼鏡時,玻璃元件距離眼球僅有幾厘米,在受到撞擊時,這些玻璃元件不可避免地將會傷害用戶。目前可采用單面或雙面額外的塑料用于保護光波導鏡片。

    09  輻輳沖突

        輻輳沖突是暈動癥的眾多誘發因素之一,容易使用戶產生惡心、頭暈、眼睛疲勞等問題,且一直是AR顯示領域的未解難題。

        Facebook Reality Labs的顯示系統研究總監道格拉斯·蘭曼曾在EI2020大會上分享過他在不同顯示技術方案上的研究,其中包括如何用不同方案去嘗試解決視覺輻輳調節沖突。據說在技術層面,Facebook已經解決了視覺輻輳調節沖突,但不確定何時才能以實惠的成本推向大眾消費者。

    10  續航性

        作為新一代智能終端,較強的續航能力是AR眼鏡必備的基礎條件之一,需要能夠做到充一次電可使用較長時間,這樣才能真正滿足用戶長時間佩戴的需求。

        然而到目前為止,電池技術早已到達瓶頸,電池儲量遠遠不能滿足AR眼鏡高強度計算所帶來的能耗需求。

        以上就是AR眼鏡需要解決的10個難題,由于其中一些問題存在相互制約的關系,所以解決起來并不容易,需要從全局角度進行平衡。相信隨著AR顯示及相關技術的不斷發展和進步,空間互聯網時代不久將會到來。

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