從平面互聯(lián)網(wǎng)到空間互聯(lián)網(wǎng)，AR眼鏡在顯示模塊方面需要解決的10大難題

    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(lián)網(wǎng)或許更加值得期待。

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

    如同臺式機之于PC互聯(lián)網(wǎng)，智能手機之于移動互聯(lián)網(wǎng)，AR眼鏡將成為空間互聯(lián)網(wǎng)的新一代智能終端。在空間互聯(lián)網(wǎng)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(dāng)然，這也在不同維度上對AR顯示及相關(guān)技術(shù)提出了更多要求。

    下面就帶大家了解一下從平面互聯(lián)網(wǎng)到空間互聯(lián)網(wǎng)，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(shè)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。

▲ TDDW40Plus

    目前，至格科技推出的新品TDDW40Plus采用先進的衍射光波導(dǎo)技術(shù)，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(guān)乎沉浸感的一個重要技術(shù)指標(biāo)。

    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。

▲ ∠BOD為對角線視場角（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

    為了能給用戶帶來極致的沉浸體驗，F(xiàn)OV自然成為了光學(xué)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(guān)乎沉浸感的重要指標(biāo)——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(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)可以很好的觀察到眼鏡中的內(nèi)容。在Eye-Box之外觀察內(nèi)容則會發(fā)生扭曲、失真等現(xiàn)象，或者根本看不到內(nèi)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。

▲ 綠色部分為Eye-Box（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

    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(guān)注點不同而移動。所以為了支持這種眼動需求，必須適當(dāng)增大Eye-Box。而在幾何光學(xué)中，Eye-Box與FOV存在天然矛盾，F(xiàn)OV增大則會導(dǎo)致Eye-Box減小，Eye-Box增大則會導(dǎo)致FOV減小。

    為了解決這一問題，至格科技采用了設(shè)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?yōu)橹鶢铌嚵�。雖然其設(shè)計和加工工藝非常復(fù)雜，但其二維擴瞳和耦出都是在同一塊二維光柵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)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(jié)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(yè)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(yīng)該都一樣。但在現(xiàn)實中，亮度、對比度、顏色等屬性會根據(jù)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(dǎo)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(dǎo)有明顯的彩色均勻性問題。所以對于衍射光波導(dǎo)來說，這是需要解決的一大難題，理論上衍射光波導(dǎo)也能夠?qū)崿F(xiàn)比較好的彩色均勻性。

05  量產(chǎn)能力

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

    目前主流顯示解決方案主要有陣列光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)兩種。其中，陣列光波導(dǎo)運用的是傳統(tǒng)幾何光學(xué)的設(shè)計方法和生產(chǎn)工藝，所以其量產(chǎn)性始終較難取得突破。

    衍射光波導(dǎo)則采用半導(dǎo)體加工工藝，能夠進行規(guī)�；�量產(chǎn)。作為國內(nèi)屈指可數(shù)的自有完整產(chǎn)線且能夠進行規(guī)模化量產(chǎn)的衍射光波導(dǎo)廠商，至格科技通過自動化產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)大產(chǎn)能、高良率和低成本的規(guī)�；�量產(chǎn)，進而滿足消費級市場需求。

▲ 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(nèi)容一樣，AR眼鏡也存在同樣問題。由于AR眼鏡的外側(cè)漏光問題會導(dǎo)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(shè)備通過加裝墨鏡片，能夠讓顯示內(nèi)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(yōu)解。

07  視力矯正

    據(jù)世界衛(wèi)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(yī)學(xué)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(xué)校正，而另一個顯示元件可提供不同的光學(xué)校正或無光學(xué)校正。”

    通俗講，就是近視用戶可以選擇能夠適配各種度數(shù)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(dǎo)鏡片。

09  輻輳沖突

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

    Facebook Reality Labs的顯示系統(tǒng)研究總監(jiān)道格拉斯·蘭曼曾在EI2020大會上分享過他在不同顯示技術(shù)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(diào)節(jié)沖突。據(jù)說在技術(shù)層面，F(xiàn)acebook已經(jīng)解決了視覺輻輳調(diào)節(jié)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(xù)航性

    作為新一代智能終端，較強的續(xù)航能力是AR眼鏡必備的基礎(chǔ)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(shù)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(guān)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(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，空間互聯(lián)網(wǎng)時代不久將會到來。