CES 2018：各展商AR技術回顧和簡評

本文來自於Karl Guttag

（映維網 2018年01月22日）CES 2018大會已經降下帷幕。在這篇來自於Karl Guttag的文章中，映維網希望與大家一同回顧今年CES大會的AR技術與設備。由於涉及內容太多，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」除外，因為關於這方面的相關技術有很多，而且這是關於微軟Hololens和Magic Leap的主要話題。

1. Lumus波導

下面是波導廠商Lumus的演示頭顯，雙40度視場波導，每個波導由Raontech 1080p場序彩色LCOS器件驅動。人們認為這款設備與Hololens相似，頭顯中沒有運轉中的攝像頭，感測器或計算機。設備的出瞳距離很寬，你很容易就能看到佩戴者的眼睛。波導能夠把80％以上的真實世界光傳輸到眼睛。另外，我們從圖片中可以看到，這種「頂部射出」的設計留空了用戶側面和下面的外圍視覺。

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

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

Lumus展台上的40度1080p波導獲得了最多的關注，而他們同時展示了更低成本和更低解析度的「側邊射出」的設計，以及更加時尚的設計理念。這種設計以解析度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，但並不比一副大鏡框的太陽眼鏡多太多。

Lumus製造光學元件並連接顯示器，系統的其餘部分則取決於他們的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，他們既製造光學產品，也生產最終產品。

2. Vuzix Blade 單視場衍射波導

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

Vuzix Blade採用了他們自家的衍射波導。像Lumus一樣，它們把超過80％的真實世界光線傳輸到眼睛。整體圖像質量受到衍射波導的影響，而且視場中存在明顯的顏色變化。這是衍射波導中的固有問題，包括Hololens，同時大家可以預期Magic Leap將出現類似的問題（我不並只是在刁難Vuzix）。

首先，它們將鏡片移動到距離眼睛非常近的地方，以至於需要使用處方鏡片（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，從而更好地定點陣圖像的位置。藉助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，能夠持續顯示約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品。Blade更像是一款完整的產品，而不是說展示其潛能的模型。

3. WaveOptics衍射波導

WaveOptics邀請我到他們的套房去體驗由玻璃和塑料製成的最新衍射波導成果。他們正在採用「頂部射出」的設計，並用一副眼鏡模型來展示更為完整的產品效果。他們就像是波導元件廠商，而不是說完整系統的製造商。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，而大多數波導廠商只使用玻璃（為了安全起見可以進行層壓）。WaveOptics聲稱已經取得了進展，他們能夠令波導更好地環繞用戶的頭部，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搭載在成品中的效果。當你面對不同的設置和不同的內容時，你將不可能客觀地比較各種波導。可以說，我發現了「典型的」衍射波導問題（顏色不均勻和「波導發光」），但不能說這比其他衍射波導更好或更差。

4. DigiLens衍射波導

另一個衍射波導廠商是DigiLens。他們主要通過「冰凍LCD」工藝來製作衍射光柵。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，並看到了他們的技術。Digilens正在向消費者推出用於自行車和摩托車的產品。

正如我在談論其他衍射波導時指出，衍射波導存在相似的優點（薄，而且透明適中），但同樣存在類似的圖像問題。

5. 關於衍射波導的限制

我見過很多衍射波導，包括微軟Hololens和上文提及的衍射波導。很抱歉另起一段進行專門闡述，但這是有必要的解釋。令波導行之有效的物理學原理是圖像質量下降的根源，亦即根據波長來彎曲光線。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量降低。

每位廠商都有自己的「訣竅」。Hololens使用的是諾基亞的傾斜波導；Vuzix是從諾基亞的傾斜波導開始，但他們已經開發出了屬於自己的技術；Digilens使用UV冰凍LCD；對於Magic Leap，根據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。

衍射波導可以在有限範圍內製造出有用的產品。它們薄而輕，通常具有良好的透光性（一般大於80％）。它們支持眼鏡「外觀」。廠商在生產方面的表現似乎越來越好，所以成本應該會不斷下降。對於製作提供低解析度基本信息的和「數據快餐式」的衍射波導（如Vuzix），衍射波導可能非常有用，但它們永遠無法提供優秀的圖像質量。

請注意，Lumus的半透明反射陣列波導（multi-semi-mirror waveguide）屬於不同類別，因為它們不依賴於折射。它們可能存在其他的光學問題（我尚未有機會進行評估）。他們的衍射波導競爭對手表示，Lumus波導的製造成本要高得多，但由於我無法從任何公司身上獲得可靠的成本數據，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公司，他們提供清晰的光學元件，並且嵌入了「針鏡」。從遠處看，這就像是清晰材料中出現了一個點或多個點。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，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製作光學元件。

這種技術的迷人之處在於，雖然看起來非常簡單，但由此產生的圖像光具有非常高的「f值」，這樣無論你的眼睛聚焦於何處，圖像都能實現焦點對準，並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於任何波導的方式作用在光線上。

對於LetinAR，我從未能夠理解他們系統的顯示光吞吐量。你可以會認為高f值光學系統的效率更低，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，然後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，特別是關於散光的問題)。

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，而他們將會提高製造公差。

7. DeepOptics自適應透鏡

在Lumus的展位上，搭配Lumus波導展示的是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（multi-semi-mirror waveguide）還是衍射波導，波導都需要準直（聚焦在無限遠）光作為波導。我在以往關於視覺輻輳調節衝突（VAC）的文章中指出，為了支持VAC，光線焦點必須在光離開波導後改變。

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

因為它必須位於波導的輸出和眼睛之間，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和其他波導透視大於80％的優勢。

另一種可以屏蔽更少光線的方法是：在波導的兩側設置一個自適應透鏡。內部自適應透鏡能夠針對VAC進行校正，而外部自適應透鏡將彌補現實世界的校正。但是，雙校正光學的效果如何還有待觀察。

8. Raontech LCOS和更為傳統的光學元件

Raontech是LCOS微型顯示器的製造商，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設備同時出現在了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所採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了更好的圖像質量。Lumus使用了Raontech的1080p顯示器，同時Raontech展示了他們最近開發的四核高清設備（四核720p或2560×1440像素）。

Mad Gaze和Thirdeye似乎都使用了Raontech為其面板開發的相同光學元件。儘管光學元件採用了一種「鳥澡盤」設計，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實世界光和顯示光進入眼睛。從光學角度來說，Raontech的設計與谷歌眼鏡非常相似，都只能放大並旋轉90度。圖像質量相對較好，但仍然屏蔽了大約60％的現實世界光（在添加著色之前）並且極化了光線。

Raontech的設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。這些只是設計上的權衡方案。

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，他們正在為未來產品尋找其他光學設計。ThirdEye的設計看起來比Mad Gaze體積更大，因為其設計中內置了更大的電池，而這是電池續航能力與外觀的經典權衡。

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 （其中一名創始人來自於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合理顯示圖像質量的最低成本方法。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域，其中兩個球體在中間相遇。亮度只是足以支持室內使用，其同時遮擋了用戶眼睛的視圖。另外，這種設計令用戶看起來像是一個巨大的機器昆蟲。

原文鏈接：https://yivian.com/news/40657.html

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