輕量化是未來AR眼鏡的發(fā)展趨勢，為了縮減尺寸，AR眼鏡廠商嘗試了多種方案，長期來看Micro LED光機在小型化上更有優(yōu)勢，但現(xiàn)階段LCoS光機的圖像表現(xiàn)更好。在CES 2023期間，DigiLens、Lumus、Vuzix、OPPO、Avegant也展出了不同的輕量化AR方案。

近期，AR/VR光學專家Karl Guttag根據(jù)自己在CES 2023上的體驗，總結了一些值得關注的Micro LED/LCoS+光波導的AR方案，并對兩種光機在尺寸、圖像、效率等方面進行了詳細對比。本文篇幅較長，主要討論了以下幾個關鍵點：

• ◎ Micro LED和LCoS光機尺寸對比；
• ◎ Micro LED和LCoS圖像質量對比；
• ◎ 反射和衍射光波導圖像質量對比；
• ◎ 陣列光波導、衍射光波導+Micro LED的效率對比；
• ◎ Micro LED和LCoS效率對比；
• ◎ 眼鏡外形可行性。

AR原型匯總

1）Vuzix Ultrallite與OPPO Air Glass 2

Ultralite和Air Glass 2均為雙目AR一體機，采用JBD的單綠色光機（分辨率640x480）。兩款AR眼鏡的外觀、圖像質量、分辨率足夠接近，重量也差不多在38g左右（包括鏡框、處理單元、通訊模組、電池）。Air Glass 2還包括了麥克風和揚聲器，可支持語音轉文本、接打電話等功能。

Ultralite采用Vuzix自研的衍射波導（玻璃材質），可實現(xiàn)約30°FOV，3000尼特亮度。而OPPO則采用樹脂材質的光波導（可配處方鏡片），以及和Meta Bounds聯(lián)合開發(fā)的Micro LED光學引擎，可實現(xiàn)27°FOV、1400尼特。Guttag指出，這是他第一次在可量產(chǎn)的AR產(chǎn)品中看到樹脂光波導。

2）Lumus Z-Lens

Z-Lens配備了2Kx2K分辨率全彩LCoS光機，F(xiàn)OV可達50°，顯示面積是其他AR頭顯的3-4倍，因此輸出的光也要相應增加，像素總量相當于DigiLens Argo的4.5倍，Vuzix Ultralite、OPPO Air Glass 2的13倍以上。

Z-Lens為分體式設計，不能獨立運行，主要是為了展示顯示能力，并未內置電池和處理單元?？梢詫⑺醋魇且环N面向OEM廠商的AR參考設計。

3）DigiLens Argo

DigiLens Argo搭載了全彩LCoS光機（1280x720分辨率），該AR原型搭載了SLAM相機、GNSS、Wi-Fi模塊、藍牙模塊、4800萬像素彩色相機（支持像素binning）、語音識別模塊、電池、CPU等部件，功能比Air Glass 2、Ultralite、Z-Lens更多。

DigiLens將向AR品牌、OEM發(fā)售Argo參考設計，同時也會發(fā)售光波導光學模組。

相機實拍圖像

Guttag利用單反相機（OM-D E-M5 Mark III+17mm鏡頭）拍攝了四款AR眼鏡的實際顯示效果，照片中也體現(xiàn)了不同方案之間的顯示面積差異。Lumus Z-Lens具有更大FOV、更高分辨率，在高亮度下色彩均勻性更好。此外，Z-Lens的陣列光波導搭配Micro LED在光效上有優(yōu)勢。

盡管LCoS光機在顯示大面積、明亮圖像方面，比Micro LED更有效，但Micro LED更省電，在顯示稀疏圖像時比LCoS更有優(yōu)勢。

光學引擎尺寸對比

Vuzix在CES 2023上展示了三款AR光機：Vuzix Blade的DLP方案、Micro LED合色棱鏡（RGB），以及Ultralite、Shield采用的單綠色Micro LED方案。其中，單綠色Micro LED的尺寸最小。

DigiLens Argo采用比較傳統(tǒng)的LCoS引擎（基于Omnivision方案，采用ASIC驅動），圖中的虛線指出了光學引擎對光波導的遮擋。正是由于這種遮擋，Argo鏡片上半部分看起來比較深，目的是隱藏這種缺點。Guttag指出，其他公司為了避免光學引擎遮擋視線，通常都會改變引擎的位置，但DigiLens卻沒這么做，因此Argo上半部分有一段較寬的黑色擋板，看起來就像是某種劉海。

Lumus研發(fā)陣列光波導已經(jīng)近20年時間，早期的一維擴瞳光波導方案需要使用較寬的光學引擎，后來隨著二維擴瞳方案推出，光學引擎尺寸也得到縮小。而Z-Lens則采用了更小的光學引擎，引擎對光波導的遮擋也得到改善。

而OPPO Air Glass 2利用寬鏡框來隱藏光學引擎。

Z-Lens消除光波導氣隙層

通常，彩色衍射波導通常會將兩層或三層光波導疊加在一起，每層之間有氣隙，這種氣隙會造成額外的全內反射，因此需要增透膜來消除反射，提升光效。

Z-Lens采用的光波導和Lumus此前的方案不同，它不需要在光波導表面和封裝塑料之間留有空隙。這種空隙通常會導致光線在通過時產(chǎn)生損失或發(fā)散，還會帶來設計、成本等問題。因此通過減少氣隙，Z-Lens改善了這些問題。Guttag還指出，這種設計可以更好的集成處方鏡片或是保護層。

對比Avegant和ML2的LCoS引擎

Guttag指出，傳統(tǒng)的LCoS引擎尺寸比較大，而Z-Lens、Avegant、ML2所采用的LCoS引擎，尺寸得到優(yōu)化，比常見的Micro LED光機更小，而且對光波導的遮擋減少。

在2022年時，Avegant曾展示一款L形光學引擎，其特點是大部分位于鏡腿位置，前部對鏡片的遮擋很小。這種設計的缺點，是會阻礙AR眼鏡的鏡腿折疊。

而在2023年，Avegant公布了新的LCoS引擎，特點是尺寸比之前縮小了65%（長15.6mm，寬12.4mm），可實現(xiàn)更輕量化的AR眼鏡設計，而且可以讓鏡腿有一定程度的折疊。此外，該方案可實現(xiàn)30°FOV、34PPD，其全彩模式的亮度在1500尼特以上，在戶外場景可以有限色彩顯示。

ML2則進一步縮小了光學引擎的尺寸，并將LED和LCoS光源放在光波導兩側，宣稱可實現(xiàn)2000尼特亮度、70°視場角。

對比Birdbath透光性

光波導AR眼鏡的透光率大約在80-90%左右，相比于Birdbath（透光率通常25%），光波導可透過更多環(huán)境光。

目前，市面上一些Birdbath AR眼鏡（比如Nreal、聯(lián)想A3）的設計與早期的ODG R6眼鏡相似。盡管ODG已經(jīng)倒閉，但曾就職于該公司的設計師依然在AR行業(yè)，有的進入了聯(lián)想，也有的在Pulsar、DigiLens等AR公司就職。相比于ODG所使用的Birdbath光學方案，光波導方案為AR眼鏡帶來多項升級，比如外形更輕、更薄，而且適眼距更大、透光性更好、光效更高、更省電。由于AR眼鏡尺寸縮小，因此可以集成計算單元等更多元件。

前向漏光（eye glow）

在此前的文章中，Guttag多次強調AR眼鏡中常見的一種eye glow現(xiàn)象，這種現(xiàn)象與AR眼鏡的光路設計有關，由于產(chǎn)生了向前投影，AR光線不僅進入人眼，也會從鏡片外面透出，看起來就像是眼鏡在發(fā)光。這種現(xiàn)象在HoloLens 1和2、ML1和2頭顯上都比較明顯，常見的Birdbath AR眼鏡也存在該問題，但因為其透光性比較差，外觀看起來更像是墨鏡，因此發(fā)光問題看起來比較不明顯。

近年來，Dispelix、DigiLens、Lumus等公司正在嘗試改善AR的eye glow現(xiàn)象，其中Lumus采用的反射式光波導可以比較好的改善向前投影，DigiLens Argo也減少了eye glow現(xiàn)象。而Vuzix Shield，則還存在一些向前投影問題（也會照亮用戶臉頰）。OPPO Air Glass 2也有明顯的向前投影。

DigiLens Argo深度解析

DigiLens的光學方案以衍射光波導為主，此前曾展示接近成品的AR眼鏡原型，后來在2021年經(jīng)歷了一次重大管理層變化，隨后業(yè)務戰(zhàn)略也發(fā)生了改變，主要分為三大塊：新興材料、光波導、AR智能眼鏡。在今年1月，該公司推出了AR眼鏡ARGO，不同于以往的AR原型，ARGO是其首款輕量化AR整機，主要面向to B場景。

為了進一步了解為什么DigiLens的業(yè)務從開發(fā)AR模組擴展到開發(fā)AR整機，Guttag向該公司咨詢了具體的商業(yè)模式，得到了關于其業(yè)務的詳細解釋：

1）授權光學解決方案：DigiLens向OEM廠商授權光波導制造工藝（可擴展打印、非接觸式復制），允許客戶在此基礎上設計和制造自定義光波導方案；這項業(yè)務主要針對可量產(chǎn)AR眼鏡的大公司，應用場景以消費級AR眼鏡為主；

2）to B AR眼鏡：向企業(yè)、工業(yè)客戶提供ARGO等AR整機，其特點是可批量供應，并可根據(jù)目標應用場景的需求定制，以滿足合規(guī)性和可靠性；DigiLens的AR整機將基于自研光學技術，由一個在企業(yè)級、工業(yè)級AR眼鏡上有豐富經(jīng)驗的內部團隊打造（成員曾就職于Daqri、ODG、RealWear）；

◎ 關于圖像質量

在過去幾年里，DigiLens的AR光波導技術在圖像質量上不斷提升，eye glow和圖像均勻性問題都得到改善，但在觀影、顯示照片上效果還不夠理想。盡管如此，ARGO作為一款to B產(chǎn)品，圖像質量只是其中一個賣點，產(chǎn)品的整體實用性也很重要。就像是HoloLens 2，盡管在顯示效果上存在彩虹效應等問題，但還是可以滿足一些企業(yè)場景的需求，比如顯示AR指示信息（箭頭、數(shù)字、線條）時，只需要清晰顯示幾種顏色就足夠實用。

◎ 關于FOV

ARGO的視場角為30°，用來玩AR游戲可能不夠用，但是在企業(yè)級AR場景則可以滿足。實際上，不同于VR，AR不需要很寬的視場角，大視場角不僅容易導致視覺疲勞，也會增加AR眼鏡的重量、功耗和成本。

◎ 關于功能

作為AR整機，ARGO內置了企業(yè)應用所需的多項功能，比如拍照/視頻、SLAM/3D深度/6DoF定位、Wi-Fi、GNSS、麥克風/揚聲器等等。此外，它采用一體機設計，內置了電池。與同樣是AR一體機的HoloLens 2（52°FOV）相比，ARGO的FOV更小，但圖像質量要更好。

◎ 關于語音操作

DigiLens管理團隊的部分成員來自RealWear，因此在工業(yè)級穿戴式設備上具有經(jīng)驗。據(jù)悉，RealWear此前曾收購Kopin的可穿戴設備業(yè)務線Golden-i，該公司的智能眼鏡也參考了Golden-i的一些設計，比如支持優(yōu)秀的語音識別功能，即使在吵鬧的環(huán)境中也能準確識別語音信息。同樣，ARGO搭載了5個麥克風單元，以實現(xiàn)更好的語音輸入效果。

在大多數(shù)企業(yè)級AR應用場景中，“免提操作”是一個關鍵的亮點，這指的是AR眼鏡可以通過眼球輸入、語音輸入來省去手柄，從而解放雙手，允許使用者一邊查看AR內容，同時一邊操作其他工作。

盡管手勢追蹤省去了對手柄的依賴，但依然占用使用者的手，而且手勢追蹤的準確性和響應速度通常不如手柄，在使用時容易讓人分心。另外，在輸入密碼、文字方面，手勢的效率相當?shù)汀?/p>

與此同時，如果語音輸入在吵鬧環(huán)境下也可以準確運行，那么它實際上在解放雙手上更有優(yōu)勢。不過，這依賴于良好的語音識別技術，如果出現(xiàn)單詞、短語難以識別、錯誤識別的問題，那么用起來會比較麻煩，可能需要使用者多次修改和驗證。

◎ 關于頭帶設計

考慮到長時間使用的實用性，ARGO并未采用普通的鏡腿設計，而是將鏡腿尾部做得比較彎，更貼合頭部，類似于HoloLens 2頭箍和鏡腿的折中版。相比于HoloLens 2（566g），ARGO要輕得多（不到185g），但它比Nreal Light（106g）等BB方案的分體式AR眼鏡要更重。實際上，人的耳朵和鼻梁不能長時間承受太大重量，因此ARGO如果采用普通鏡腿設計，長時間使用可能會給面部帶來壓力。

不過Guttag指出，后腦勺上部能對分擔AR眼鏡重量的作用很小，因此彎曲的鏡腿并不能很好的抓取頭骨，AR眼鏡的重量還是會向前傾，除非將鏡腿環(huán)繞在后腦勺枕骨下方。

松下MeganeX也采用類似的鏡腿設計，區(qū)別是MeganeX在額頭采用了襯墊來提供支撐，而ARGO則是采用了一個較厚的鼻托來提供緩沖。Guttag認為，柔軟的厚鼻托并不能很好的緩解AR眼鏡的重量感，而且這種設計并不適合多樣的鼻型，而且很難和屈光眼鏡疊加使用。

除了貼合頭部的設計外，ARGO鏡腿尾部可選擇接入可調節(jié)綁帶，該綁帶設計簡單、輕巧，采用布面材質，主要通過書包上常見的塑料扣來調節(jié)長度。

◎ 關于前后配重

AR眼鏡重量的均勻分布很重要，因此HoloLens 2將電池等部件放在后腦勺位置，作為配重來平衡前部的顯示單元，從而優(yōu)化頭顯的整體舒適性。盡管前后配重的設計減少了AR頭顯前部的體積，但整體還是比較笨重，而并沒有朝著AR眼鏡的方向去優(yōu)化設計。

◎ 關于適眼距

HoloLens 2具有較大的適眼距，為用戶留出了佩戴普通眼鏡的空間。ARGO的適眼距并不小，可疊加額外的眼鏡來使用，但由于其人體工學設計，鼻托部分并沒有為普通眼鏡框留出空間。除此之外，ARGO的上半部部分有較寬的“劉?！?，疊加屈光眼鏡會有一定遮擋問題。因此，用戶需要使用插入式屈光鏡片來調節(jié)視力。

插入式鏡片有一個缺點，就是可能會造成額外的eye glow效果，Guttag猜測可能是因為沒有使用理想的抗反射涂層。

Guttag指出，ARGO追求輕量化的眼鏡外形，而犧牲了對近視眼用戶的實用性。如果從舒適性和功能性出發(fā)，也許DigiLens可以采用不同外形、尺寸的光學引擎。

總結

長期來看，盡管Micro LED在尺寸等方面具有優(yōu)勢，但現(xiàn)階段在圖像質量、色彩等方面還無法與LCoS媲美。因此，當前LCoS和光波導結合的AR方案會比Micro LED更加常見，LCoS不僅在尺寸、形狀上有競爭力，它還可以實現(xiàn)比現(xiàn)有Micro LED更高的分辨率和更高的FOV。

而且出于對成本、色彩、圖像質量的考慮，Micro LED在輕量化數(shù)據(jù)眼鏡中的應用比較有限（數(shù)據(jù)眼鏡僅通過AR來顯示箭頭等基礎信息，不需要顯示高質量視頻）。應用場景方面，單色AR數(shù)據(jù)眼鏡在企業(yè)級場景足夠用，但對消費者的吸引力可能不大，消費級應用場景更傾向于觀影、玩游戲，對彩色顯示的質量、分辨率要求較高。

在光波導方面，Lumus Z-Lens的二維陣列光波導在圖像質量、效率方面比許多衍射波導更好，而且它的無氣隙封裝工藝也是一大優(yōu)勢。盡管如此，當前大多數(shù)光波導AR方案基于衍射波導，原因是市面上供應的衍射波導選擇更多，而且容易定制。相比之下，二維反射波導技術主要由Lumus控制，而且其成本較高。

至于ARGO AR眼鏡，它體現(xiàn)了現(xiàn)階段硬件廠商在功能性和外形上的取舍，即AR眼鏡搭載的功能越多，其外觀越笨重，越不像普通眼鏡。通常，AR眼鏡設計以眼鏡形態(tài)為目標，但成品卻總是接近HoloLens的頭顯形態(tài)。參考：KG文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-733840.html

到了這里，關于Karl Guttag：現(xiàn)有Micro LED/LCoS+光波導AR眼鏡對比解析的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！