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从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题

来源:投影时代 更新日期:2021-11-16 作者:至格

    近日,元宇宙话题仍然霸屏朋友圈,热度丝毫未减。虽然元宇宙无限美好,但我们深知,到达元宇宙还有很长一段路要走。小编认为,相比于元宇宙的遥遥无期,空间互联网或许更加值得期待。

    从信息显示角度来讲,无论是PC互联网还是移动互联网,都属于平面互联网,即在二维平面(显示屏)浏览信息。随着时代发展,我们终将打破平面限制,进入到虚实结合的三维数字世界,即空间互联网。不同于元宇宙的包罗万象,空间互联网带来的更像是一次信息交互上的技术革新。

    如同台式机之于PC互联网,智能手机之于移动互联网,AR眼镜将成为空间互联网的新一代智能终端。在空间互联网时代,AR眼镜将在解放双手的同时为消费者带来可触碰、可交互的升维交互体验。当然,这也在不同维度上对AR显示及相关技术提出了更多要求。

    下面就带大家了解一下从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题。

01  体积

    AR眼镜作为新一代智能终端,佩戴的舒适性自然必不可少。毕竟作为消费者,谁也不会选择一个庞然大物作为自己的通讯设备。这就要求AR眼镜必须拥有轻薄的体积和时尚的外观,才能让消费者愿意长时间佩戴。因此,重量和体积是AR眼镜能否在消费者市场得到普及的前提条件。

从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题

▲ TDDW40Plus

    目前,至格科技推出的新品TDDW40Plus采用先进的衍射光波导技术,全彩方案厚度仅为2.1mm,重量12g,十分轻薄。看起来与普通镜片几乎一样。

02  视场角(FOV)

    对消费者而言,除了轻薄舒适以外,另一个核心需求就是极致的沉浸体验。而FOV则是关乎沉浸感的一个重要技术指标。

    所谓FOV,就是AR眼镜所成的像的边缘与人眼连线的夹角,通常分为水平视场角、垂直视场角以及对角线视场角。FOV的大小决定了人眼的视野范围,因此FOV越大视野就越大,给用户带来的沉浸感也就越强。

从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题

▲ ∠BOD为对角线视场角(图源:网络)

    为了能给用户带来极致的沉浸体验,FOV自然成为了光学厂商需要解决的核心难题。其实如果只是单纯解决FOV问题还不是最难的,最难的是要解决它与另一个关乎沉浸感的重要指标——眼动范围之间的矛盾。

03  眼动范围(Eye-Box)

    Eye-Box是位于AR眼镜镜片前方的一个区域,在这个区域内可以很好的观察到眼镜中的内容。在Eye-Box之外观察内容则会发生扭曲、失真等现象,或者根本看不到内容。就像我们在使用望远镜时,眼睛必须紧贴目镜才能看到清晰的画面。

从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题

▲ 绿色部分为Eye-Box(图源:网络)

    显然,消费者在使用AR眼镜时,眼睛很难保持一直不动,而是会随着关注点不同而移动。所以为了支持这种眼动需求,必须适当增大Eye-Box。而在几何光学中,Eye-Box与FOV存在天然矛盾,FOV增大则会导致Eye-Box减小,Eye-Box增大则会导致FOV减小。

    为了解决这一问题,至格科技采用了设计难度更高的二维光栅,即光栅在至少两个方向上都有周期,形象比喻就是由单向沟槽变为柱状阵列。虽然其设计和加工工艺非常复杂,但其二维扩瞳和耦出都是在同一块二维光栅区域实现的,这样不仅增加了FOV与横纵双向的Eye-Box,而且使整个镜片的布置更加紧凑、更加节省空间。

    至格科技推出的新品TDDW40Plus的FOV(对角线视场角)为40°,Eye-Box可达23mm×20mm,均为行业一流水平,沉浸感得到大幅提升。

04  彩色均匀性

    通俗讲,彩色均匀性就是在描述一个白屏的白色有多均匀,理论上任何一种颜色都包含RGB三色,每一个显示相同颜色的像素看起来应该都一样。但在现实中,亮度、对比度、颜色等属性会根据像素在显示器上的位置和观察像素的角度的不同而改变。

    通常阵列光波导的彩色均匀性较好。而由于光栅对于不同的波长和角度具有不同的衍射效率,致使衍射光波导有明显的彩色均匀性问题。所以对于衍射光波导来说,这是需要解决的一大难题,理论上衍射光波导也能够实现比较好的彩色均匀性。

05  量产能力

    俗话说物以稀为贵,量产能力直接决定价格高低。一件性能优秀的商品,如果不能量产则必将导致价格高昂,所以能否具备量产能力是将AR眼镜成功推向消费市场的关键所在。

    目前主流显示解决方案主要有阵列光波导和衍射光波导两种。其中,阵列光波导运用的是传统几何光学的设计方法和生产工艺,所以其量产性始终较难取得突破。

    衍射光波导则采用半导体加工工艺,能够进行规模化量产。作为国内屈指可数的自有完整产线且能够进行规模化量产的衍射光波导厂商,至格科技通过自动化产线能够实现大产能、高良率和低成本的规模化量产,进而满足消费级市场需求。

从平面互联网到空间互联网,AR眼镜在显示模块方面需要解决的10大难题

▲ 纳米压印洁净间

06  私密性

    如同我们在地铁上看手机,旁人也会看到手机里的内容一样,AR眼镜也存在同样问题。由于AR眼镜的外侧漏光问题会导致个人隐私泄露,所以如何能够做好隐私保护也将会是消费者所看重的问题。

    目前头戴式AR设备通过加装墨镜片,能够让显示内容只显示在穿戴者面前,外界无法看到。这样似乎有效保护了个人隐私,但毫无疑问这并不是最优解。

07  视力矫正

    据世界卫生组织研究报告称,全球约有14亿人存在近视问题。由此看来AR眼镜若要普及全球,则必须考虑近视人群的用户诉求。

    苹果在新AR眼镜专利中为近视用户提出了“磁吸夹卡式医学镜片”解决方案,专利文件中指出,“另外或可选地,一个显示元件可提供光学校正,而另一个显示元件可提供不同的光学校正或无光学校正。”

    通俗讲,就是近视用户可以选择能够适配各种度数的磁吸镜片融合到AR眼镜的镜片中,进而可以不带眼镜就能使用AR眼镜。

08  易碎性

    易碎性往往是很容易被忽略的问题,AR眼镜通常采用玻璃元件作为其显示模块的一部分,因此也留下了安全隐患。

    消费者在使用AR眼镜时,玻璃元件距离眼球仅有几厘米,在受到撞击时,这些玻璃元件不可避免地将会伤害用户。目前可采用单面或双面额外的塑料用于保护光波导镜片。

09  辐辏冲突

    辐辏冲突是晕动症的众多诱发因素之一,容易使用户产生恶心、头晕、眼睛疲劳等问题,且一直是AR显示领域的未解难题。

    Facebook Reality Labs的显示系统研究总监道格拉斯·兰曼曾在EI2020大会上分享过他在不同显示技术方案上的研究,其中包括如何用不同方案去尝试解决视觉辐辏调节冲突。据说在技术层面,Facebook已经解决了视觉辐辏调节冲突,但不确定何时才能以实惠的成本推向大众消费者。

10  续航性

    作为新一代智能终端,较强的续航能力是AR眼镜必备的基础条件之一,需要能够做到充一次电可使用较长时间,这样才能真正满足用户长时间佩戴的需求。

    然而到目前为止,电池技术早已到达瓶颈,电池储量远远不能满足AR眼镜高强度计算所带来的能耗需求。

    以上就是AR眼镜需要解决的10个难题,由于其中一些问题存在相互制约的关系,所以解决起来并不容易,需要从全局角度进行平衡。相信随着AR显示及相关技术的不断发展和进步,空间互联网时代不久将会到来。

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