AR眼镜走向轻量化，艾迈斯欧司朗光学技术让AR走进生活

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）“元宇宙”概念让VR/AR设备再一次兴起，包括AR眼镜、VR头显等新品接连发布，让我们看到VR/AR行业的火热。不管是VR设备还是AR设备，传感器件对功能的实现都起着至关重要的作用，例如佩戴检测、眼球追踪、手势识别、屏幕管理等，AR眼镜还需要显示光机的光源和显示管理的传感器，帮助显示模块实现显示色调和物理环境光线变化的自然融合，增强虚拟和现实环境的一体化体验。
 
那么，当下的AR眼镜光学技术已经进展到哪一阶段，作为全球光学解决方案的领导者的艾迈斯欧司朗又给出了哪些最新解决方案适应市场需求？
 
多种AR眼镜显示技术共存

在光学解决方案方面，艾迈斯欧司朗已经构建了领先的光学解决方案产品组合，针对工业/企业用户，以及普通消费者有不同的解决方案。艾迈斯欧司朗系统方案工程经理孙文轩表示，普通消费者对于眼镜的要求是“舒适为王”，而工业/企业用户的话，对于AR眼镜的要求一般是“功能优先”。
 
从技术上看，VR在于解决传输、交互过程中的实时处理，以及3D眩晕，而AR是解决光学部分存在的问题，因此在研发新品时，厂商都会着重挑战不同的技术瓶颈。目前，AR眼镜的显示技术包括三大部分，一是被动式微显示技术，二是主动式微显示技术，三是扫描显示技术。
 
 
 
不同的显示技术有不同的优缺点，孙文轩提到，DLP/LCOS加上LED的技术解决方案非常成熟，具备高亮度、高色域等优点，缺点是体积会相对比较大，会有比较有限的光展量。如果是DLP/LCOS加上激光的方案，除了和LED类似的优点以外，它的体积相比于LED的光机小一些，但是相对Micro LED和LBS技术的显示会有点大，另外因为激光的单色性导致的一些干涉效应，图象质量比较难以提升。主动式显示技术中的Micro OLED因为不适合环境融合的显示情景，在阳光下使用亮度远远不够。
 
随着技术的发展，从去年开始就已经有部分厂商在AR眼镜上用上Micro LED技术，但还属于发展的初级阶段，孙文轩指出，最大的技术难点在于RGB的集成难度非常大。扫描显示技术的难点则是体现在系统相对复杂。从当下的情况来看，并没有万能的解决方案，厂商需要在应用要求与技术挑战中实现权衡。
 
新型LED "MOSAIC"方案 ，更小的尺寸、更高的入眼亮度

为了适应市场需求，艾迈斯欧司朗在AR眼镜上提出了两大光学解决方案，一是在DLP/LCOS的LED微投影方案中提供LED光源，二是在LBS扫描显示技术上提供RGB的激光器。
 
针对LED的微显示系统，艾迈斯欧司朗提供了双通道分色镜以及导光柱方案等不同的解决方案。为了缩小光机尺寸、提高LED光能量，艾迈斯欧司朗开发了新型LED技术，芯片呈田字形排列，有RGGB四芯片版本和RRGGBB六芯片版本。
 
 
 
孙文轩介绍，新型LED的提升体现在两方面，一是相对于一字型排列LED，田字形排列的LED颜色均一度会有较大改善，二是芯片表面和封装表面的距离进一步减小，从原来的0.44mm降到0.15mm，这样可以让光学部件离芯片更近，收光更容易，颜色更均匀。
 
AR眼镜的微显示屏幕朝着高亮度、低延时、低功耗等更高性能发展已经成为必然趋势。一般而言，AR眼镜在强光下的入眼量度需要达到800nit-1000nit。在具体应用中，艾迈斯欧司朗针对RGGB四芯片版本的LED研究得出：以1W的LED电功率为例，可以输出50lm的光通量，经过前端的光学系统，在到达光波导镜片之前，可以维持约5到10lm光通量，再匹配不同的光波导类型，最终可以达到入眼亮度从350nits到6500nits不等。
 
AR眼镜走向轻量化

从近两年发布的新品可以看到，AR眼镜都呈现轻量化设计的趋势，因此对AR眼镜显示技术也带来了挑战。一般而言，工业/企业用户可以接受的光机体积在10-3cc左右，而消费者需要的接近1cc左右的光机体积。艾迈斯欧司朗研究发现，传统LED+LCOS/DLP的方案可以实现的光机体积大概在5到10cc，MOSAIC LED+DLP/LCOS的方案的光机体积约为3-5 cc。
 
为了进一步缩小光机体积，艾迈斯欧司朗推出了RGB三合一的激光模组Vegalas™，有望将光机体积缩小到1cc以下。那么，RGB激光模组显示方案能实现多少的入眼亮度，消耗多少电功率以及怎么样去匹配相应的每颗芯片的光功率呢？如果设置1500nits入眼亮度的目标，经过估算，该方案总的光功率要求约78mW，再依据于每个芯片目前所能实现的效率来计算，需要约0.8W的电功率输入。据了解，该方案已经进入设计验证阶段。
 
 
 
基于艾迈斯欧司朗的最新显示方案，AR眼镜正朝着更小、更轻薄的趋势发展。在AR眼镜价格下探，逐步打开消费市场之后，更好的AR体验也将指日可待。