盤點CES 2018中的AR，都有哪些神奇技術(shù)

CES 2018大會已經(jīng)降下帷幕。在這篇來自于Karl Guttag的文章中，記者希望與大家一同回顧今年CES大會的AR技術(shù)與設(shè)備。由于涉及內(nèi)容太多，Karl Guttag沒加入太多比較深入的分析，而是以圖片+短評的方式入手 。但“衍射波導(dǎo)”除外，因為關(guān)于這方面的相關(guān)技術(shù)有很多，而且這是關(guān)于微軟Hololens和Magic Leap的主要話題。

1. Lumus波導(dǎo)

下面是波導(dǎo)廠商Lumus的演示頭顯，雙40度視場波導(dǎo)，每個波導(dǎo)由Raontech 1080p場序彩色LCOS器件驅(qū)動。人們認為這款設(shè)備與Hololens相似，頭顯中沒有運轉(zhuǎn)中的攝像頭，傳感器或計算機。設(shè)備的出瞳距離很寬，你很容易就能看到佩戴者的眼睛。波導(dǎo)能夠把80%以上的真實世界光傳輸?shù)窖劬ΑＡ硗?，我們從圖片中可以看到，這種“頂部射出”的設(shè)計留空了用戶側(cè)面和下面的外圍視覺。

Lumus采用了半透明反射陣列波導(dǎo)(multi-semi-mirror waveguide) ，這與Hololens和Magic Leap的衍射波導(dǎo)技術(shù)截然不同。

它們的圖像質(zhì)量似乎明顯好于衍射波導(dǎo)，但需要注意的是，Lumus只是展示了有限的演示內(nèi)容，我沒有時間，也沒有機會去嘗試可能會產(chǎn)生問題的測試模式。我一直以來都有強調(diào)的是，展廳中的演示通常都會經(jīng)過精心的測試和調(diào)整，他們同時會避免突出性能問題的內(nèi)容。

Lumus展臺上的40度1080p波導(dǎo)獲得了最多的關(guān)注，而他們同時展示了更低成本和更低分辨率的“側(cè)邊射出”的設(shè)計，以及更加時尚的設(shè)計理念。這種設(shè)計以分辨率為代價來換取更低的成本，更輕的重量和更小的尺寸。它遮擋了更多的用戶外圍視覺，但并不比一副大鏡框的太陽眼鏡多太多。

Lumus制造光學元件并連接顯示器，系統(tǒng)的其余部分則取決于他們的OEM客戶，因此他們的原型只是模型。下面我要討論的公司是Vuzix，他們既制造光學產(chǎn)品，也生產(chǎn)最終產(chǎn)品。

2. Vuzix Blade 單視場衍射波導(dǎo)

Vuzix可能代表了一種更實用，更時尚，更以商業(yè)為導(dǎo)向的波導(dǎo)眼鏡。Vuzix放棄了通過設(shè)備來觀看電影的用例，并且只演示文本和簡單的圖形內(nèi)容。它屬于單視場眼鏡(單眼顯示器)，旨在向用戶提供基本的信息。

Vuzix Blade采用了他們自家的衍射波導(dǎo)。像Lumus一樣，它們把超過80%的真實世界光線傳輸?shù)窖劬ΑＵw圖像質(zhì)量受到衍射波導(dǎo)的影響，而且視場中存在明顯的顏色變化。這是衍射波導(dǎo)中的固有問題，包括Hololens，同時大家可以預(yù)期Magic Leap將出現(xiàn)類似的問題(我不并只是在刁難Vuzix)。

首先，它們將鏡片移動到距離眼睛非常近的地方，以至于需要使用處方鏡片(這有好有不好)。隨著鏡片越來越靠近眼睛，它能夠減輕對鼻子的壓力，同時能夠更舒適地貼合。它們只有一個WVGA(854×480)DLP顯示器，縱向模式，可以支持用戶在視圖中垂直移動圖像，從而更好地定位圖像的位置。借助DLP，它們可以令圖像變得非常明亮(超過3000 nits)，從而使其適合戶外使用。Blade通過無線連接到智能手機或計算機系統(tǒng)，能夠持續(xù)顯示約1個小時，或者是8小時的“典型”間歇使用。

Vuzix正在努力打造一款滿足客戶需求的產(chǎn)品。Blade更像是一款完整的產(chǎn)品，而不是說展示其潛能的模型。

3. WaveOptics衍射波導(dǎo)

WaveOptics邀請我到他們的套房去體驗由玻璃和塑料制成的最新衍射波導(dǎo)成果。他們正在采用“頂部射出”的設(shè)計，并用一副眼鏡模型來展示更為完整的產(chǎn)品效果。他們就像是波導(dǎo)元件廠商，而不是說完整系統(tǒng)的制造商。令WaveOptics脫穎而出的一件方面是，他們既支持玻璃也支持更低成本的塑料波導(dǎo)，而大多數(shù)波導(dǎo)廠商只使用玻璃(為了安全起見可以進行層壓)。WaveOptics聲稱已經(jīng)取得了進展，他們能夠令波導(dǎo)更好地環(huán)繞用戶的頭部，就像正常眼鏡一樣。

文章的圖片沒有顯示圖像，因為從波導(dǎo)中獲取像是肉眼所見的圖像非常棘手而且耗時。WaveOptics同時提供了幾個模型來展示波導(dǎo)搭載在成品中的效果。當你面對不同的設(shè)置和不同的內(nèi)容時，你將不可能客觀地比較各種波導(dǎo)?？梢哉f，我發(fā)現(xiàn)了“典型的”衍射波導(dǎo)問題(顏色不均勻和“波導(dǎo)發(fā)光”)，但不能說這比其他衍射波導(dǎo)更好或更差。

4. DigiLens衍射波導(dǎo)

另一個衍射波導(dǎo)廠商是DigiLens。他們主要通過“冰凍LCD”工藝來制作衍射光柵。我沒有在CES大會上看到他們(我的問題)，但我在2017年11月的Display Summit峰會上與他們進行了交談，并看到了他們的技術(shù)。Digilens正在向消費者推出用于自行車和摩托車的產(chǎn)品。

正如我在談?wù)撈渌苌洳▽?dǎo)時指出，衍射波導(dǎo)存在相似的優(yōu)點(薄，而且透明適中)，但同樣存在類似的圖像問題。

5. 關(guān)于衍射波導(dǎo)的限制

我見過很多衍射波導(dǎo)，包括微軟Hololens和上文提及的衍射波導(dǎo)。很抱歉另起一段進行專門闡述，但這是有必要的解釋。令波導(dǎo)行之有效的物理學原理是圖像質(zhì)量下降的根源，亦即根據(jù)波長來彎曲光線。這個原理同時存在其他問題，即圖像光必須在波導(dǎo)出射光柵層(exit grating)上多次反彈，而每次與出射光柵層(exit grating)的相遇都會令圖像質(zhì)量降低。[!--empirenews.page--]

每位廠商都有自己的“訣竅”。Hololens使用的是諾基亞的傾斜波導(dǎo);Vuzix是從諾基亞的傾斜波導(dǎo)開始，但他們已經(jīng)開發(fā)出了屬于自己的技術(shù);Digilens使用UV冰凍LCD;對于Magic Leap，根據(jù)他們最新的論文和專利，他們可能正在使用雙納米光束。但使用衍射光柵的基本原理都一樣。不同的技巧可能會減少一些負面影響，但無法完全根除它們。

衍射波導(dǎo)可以在有限范圍內(nèi)制造出有用的產(chǎn)品。它們薄而輕，通常具有良好的透光性(一般大于80%)。它們支持眼鏡“外觀”。廠商在生產(chǎn)方面的表現(xiàn)似乎越來越好，所以成本應(yīng)該會不斷下降。對于制作提供低分辨率基本信息的和“數(shù)據(jù)快餐式”的衍射波導(dǎo)(如Vuzix)，衍射波導(dǎo)可能非常有用，但它們永遠無法提供優(yōu)秀的圖像質(zhì)量。

請注意，Lumus的半透明反射陣列波導(dǎo)(multi-semi-mirror waveguide)屬于不同類別，因為它們不依賴于折射。它們可能存在其他的光學問題(我尚未有機會進行評估)。他們的衍射波導(dǎo)競爭對手表示，Lumus波導(dǎo)的制造成本要高得多，但由于我無法從任何公司身上獲得可靠的成本數(shù)據(jù)，所以無法予以證明。

6. LetinAR“針鏡”光學元件

LetinAR是一家小型韓國初創(chuàng)公司，他們提供清晰的光學元件，并且嵌入了“針鏡”。從遠處看，這就像是清晰材料中出現(xiàn)了一個點或多個點。他們的多針鏡70度元件如圖所示。具體的物理原理似乎與針孔攝像頭和北卡羅來納大學的Pinlight Display相關(guān)，但LentinAR使用了更大和更少的針鏡。LetinAR主要是通過玻璃和塑料來制作光學元件。

這種技術(shù)的迷人之處在于，雖然看起來非常簡單，但由此產(chǎn)生的圖像光具有非常高的“f值”，這樣無論你的眼睛聚焦于何處，圖像都能實現(xiàn)焦點對準，并且能帶來非常銳利的圖像。他們的針鏡式光學元件是以不同于任何波導(dǎo)的方式作用在光線上。

對于LetinAR，我從未能夠理解他們系統(tǒng)的顯示光吞吐量。你可以會認為高f值光學系統(tǒng)的效率更低，因為其需要“扔掉”更多的漫射光。但是，他們使用的是無法提供如此多光線的OLED顯示器，而且他們聲稱效率相當高。

它們通過單個針鏡支持約40度的視場，然后通過增加針鏡來提高視場。用戶的眼睛必須相對靠近針鏡，而且需要為眼鏡用戶提供處方眼鏡。也許是因為針鏡的焦點，它們只需要鏡片來校正用戶對真實世界的感知視圖(我不確定，特別是關(guān)于散光的問題)。

透過他們搭載15針鏡的70度視場光學元件，當我的眼睛從一個針鏡移至下一個針鏡時，我注意到一定的變形/錯位。LetinAR表示，這只是一個早期的原型，而他們將會提高制造公差。

7. DeepOptics自適應(yīng)透鏡

在Lumus的展位上，搭配Lumus波導(dǎo)展示的是Deepoptics的一種電控可變焦點透鏡。無論是Lumus的半透明反射陣列波導(dǎo)(multi-semi-mirror waveguide)還是衍射波導(dǎo)，波導(dǎo)都需要準直(聚焦在無限遠)光作為波導(dǎo)。我在以往關(guān)于視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突(VAC)的文章中指出，為了支持VAC，光線焦點必須在光離開波導(dǎo)后改變。

Deepoptics使用了一種夾在光學透光控制面板之間的相位調(diào)制液晶。在目前的演示中，他們沒有采用任何眼動追蹤來控制VAC系統(tǒng)所需的焦點。但Deepoptics表示，他們可以通過電子方式控制焦點。

因為它必須位于波導(dǎo)的輸出和眼睛之間，所以改變顯示圖像的焦點也會影響真實世界的焦點。Deepoptics了使用一個偏振器來將現(xiàn)實世界的光線偏振到顯示光的相反極性。這樣，他們的自適應(yīng)透鏡只會改變顯示光的焦點。但這確實意味著否定了Lumus和其他波導(dǎo)透視大于80%的優(yōu)勢。

另一種可以屏蔽更少光線的方法是：在波導(dǎo)的兩側(cè)設(shè)置一個自適應(yīng)透鏡。內(nèi)部自適應(yīng)透鏡能夠針對VAC進行校正，而外部自適應(yīng)透鏡將彌補現(xiàn)實世界的校正。但是，雙校正光學的效果如何還有待觀察。

8. Raontech

LCOS和更為傳統(tǒng)的光學元件

Raontech是LCOS微型顯示器的制造商，而他們今年在CES的AR展位有著重要的地位。除了自家的展位之外，Raontech的LCOS設(shè)備同時出現(xiàn)在了Lumus的1080p演示作品，以及Mad Gaze和ThirdEye之中。

Raontech目前正在出貨兩種不同尺寸的720p場序彩色LCOS顯示器。一個是更小和更便宜;Mad Gaze和ThirdEye所采用的另一款則更大和更昂貴，但通過使用更簡單的光學元件實現(xiàn)了更好的圖像質(zhì)量。Lumus使用了Raontech的1080p顯示器，同時Raontech展示了他們最近開發(fā)的四核高清設(shè)備(四核720p或2560×1440像素)。

Mad Gaze和Thirdeye似乎都使用了Raontech為其面板開發(fā)的相同光學元件。盡管光學元件采用了一種“鳥澡盤”設(shè)計，但曲面鏡是在底部而不是在前面。與去年ODG的R-8和R-9相比，這種配置能夠令更多的現(xiàn)實世界光和顯示光進入眼睛。從光學角度來說，Raontech的設(shè)計與谷歌眼鏡非常相似，都只能放大并旋轉(zhuǎn)90度。圖像質(zhì)量相對較好，但仍然屏蔽了大約60%的現(xiàn)實世界光(在添加著色之前)并且極化了光線。

Raontech的設(shè)計提供了相當好的出瞳距離，所以你可以戴在人的眼鏡上。但這也意味著透鏡和光學元件距離更遠，使鼻子的承壓更重，而且整體看起來更大。這些只是設(shè)計上的權(quán)衡方案。

因為它是一個帶分束器的“鳥澡盤”，所以光學元件很笨重。Thirdeye表示，他們正在為未來產(chǎn)品尋找其他光學設(shè)計。ThirdEye的設(shè)計看起來比Mad Gaze體積更大，因為其設(shè)計中內(nèi)置了更大的電池，而這是電池續(xù)航能力與外觀的經(jīng)典權(quán)衡。[!--empirenews.page--]

9. 蟲眼顯示器

似乎是Meta 2首先掀起了使用雙大型球形合成器的大型平板顯示器趨勢，而許多人將其稱之為“蟲眼顯示器”。特別地，我看到了Dreamworld (其中一名創(chuàng)始人來自于Meta), Real Max和Mira都在使用蟲眼光學元件。

使用LCD或OLED平板顯示器(專用顯示屏或使用手機顯示屏)的這種蟲眼方法必須是令近眼顯示器實現(xiàn)合理顯示圖像質(zhì)量的最低成本方法。缺點包括體積巨大，屏蔽大部分真實世界光線(通常超過50%)。你會看到一個模糊的區(qū)域，其中兩個球體在中間相遇。亮度只是足以支持室內(nèi)使用，其同時遮擋了用戶眼睛的視圖。另外，這種設(shè)計令用戶看起來像是一個巨大的機器昆蟲。