头戴式增强现实(AR) 设备终于迎来爆发期。2024 年全球AR 和智能眼镜销量达到数百万副(据The Verge报道,其中包括100 万副雷朋Meta 眼镜)。Counterpoint Research称,预计2025 年该市场将增长60%。与此同时,谷歌、Meta、苹果和索尼等科技巨头正加速与AR/VR 硬件厂商和开发者合作,为不断增长的AR/VR 市场建立各自的生态系统和平台。这恰好与各大厂商陆续发布新一代AR 及智能眼镜项目的动向相呼应。

艾邦建立了AR/智能眼镜交流群,欢迎行业上下游企业入群共同交流探讨。

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全天候可佩戴AR 眼镜
然而,市场的快速扩张取决于新型AR 眼镜能否克服用户体验方面的关键挑战。这类设备不仅需要集成多项功能,还必须实现全天候佩戴的无感体验。这意味着用户在室内外各种场景切换时都能自然佩戴,无论是居家休闲、迎着朝阳骑车上班、傍晚慢跑还是夜间驾驶,都应畅享无碍。
日常环境的光照强度存在数量级差异户外亮度最高可达10 万尼特,而室内亮度强度通常在100 至500 尼特之间。因此,调光能力对于打造无缝AR 体验至关重要。若无调光功能,投影系统将难以在强光环境下保持清晰显示。调光器可确保无论环境如何变化,环境光和任何增强图像都能清晰可见。随着AR设备的不断发展,调光等关键功能将显著提升设备实用性和佩戴舒适度。
调节环境光,增强对比度
对于搭载显示屏的智能眼镜而言,必须根据环境光线强度进行动态调节,以确保信息提示与沉浸式内容清晰可见且不引发视觉疲劳。在强光环境下,调暗环境光可防止掩盖增强图像。这在提升投影对比度的同时,实现三重能效优化:低功耗维持图像清晰度、延长设备续航时间、降低电池组重量需求。
除平衡环境光与投影光强度外,调光技术还能显著提升投影图像质量。例如,调暗组件可在投影图像后方营造出暗场,阻断环境光干扰,防止图像融于背景。这一暗区可替代投影系统无法实现的真黑色显示。由于投影系统无法投射出真黑色,在本应显示黑色的区域,背景环境图像会显现出来。虽然人脑可以通过想象黑色进行部分补偿,但用户无法控制透过镜片显示的背景图像,这会导致增强图像质量受损。
此外,如果无法阻挡环境光,色彩控制几乎不可能实现。环境光会与投影光混合,导致亮度和色调不均。
通过采用调暗技术,AR 眼镜可通过控制对比度、色彩和黑色,从而提供更稳定且视觉舒适的增强现实体验,确保用户能够全天舒适佩戴设备。
理解AR设备中的调光级别
在AR 和VR 领域,选择合适的光学元件不仅关乎光学模块本身,还涉及人眼在该系统中的表现。以调光为例,瞳孔对光强变化的反应是非线性的。例如,即使环境光强降至原来的1%,瞳孔会扩大,使人感觉光线亮度仍约为原来的10%。
根据北美照明工程学会(IESNA) 实测亮度与感知亮度的对照图表,即使全局调光器将现实环境亮度降低至初始值的20%,人眼感知亮度仍会维持在初始值的45% 左右。这意味着,环境光在设计阶段预期的亮度基础上会显得更亮。然而,使用像素化调光器时,瞳孔收缩程度受到增强图像后方区域调光水平以及镜片其余区域透光率的影响。这会使瞳孔相对更放松,同时在增强图像后方形成更深的暗场对比度。
FlexEnable调光解决方案
FlexEnable已与众多增强现实行业领军企业展开合作,成功开发出基于塑料基板的全局式、分段式及像素化调光器原型。本公司的技术能力覆盖从研发验证、初期设计到制造合作伙伴的量产全流程。其拥有内部原型生产线,可制作定制样品,经客户验收后即可快速转交量产工厂进行批量生产。
FlexEnable调光单元采用液晶技术,以三醋酸纤维素(TAC) 薄膜为基底,由此打造出厚度仅100-250 微米、重量轻且可双向弯曲成型的调光器,既能满足性能要求,又能契合工业设计目标。这些调光器件具备快速切换特性。这一特性不仅是全局式和分段式调光器的理想属性,更是沉浸式系统的关键需求,因为其中的像素化调光器需要以帧率同步的速度运行,才能实现投影图像的动态阴影效果。
公司采用了多种液晶材料,可满足不同调光范围和应用场景需求。其已成功研制出高对比度调光单元,其透光率最低可低至0.03%,呈现几乎全黑效果;还开发了高透光调光单元,透光率最高可达80%,具体数值可根据不同应用场景的需求进行调整。
智能眼镜图像场景的全局调光器
在全局式调光器中,整个镜片会进行整体调光。  调光过程通常借助光电探测器根据环境光强度自动完成,也可根据显示内容手动或自动调节。
信息快速浏览场景的分区调光器
分段调光器支持对镜片的一个或多个固定区域进行独立亮度控制。当镜片有固定区域用于显示短信、通知、方向箭头等内容时,这种调光方式最为理想。其可在增强图像对比度的同时,保持环境光区域的低亮度水平。
全沉浸式场景的像素级(局部)调光器
像素化调光技术能够根据增强现实图像的尺寸、形状和位置,在其后方实现选择性调光。这项技术通过遮蔽真实世界背景,创造出真正的沉浸式体验,  使虚拟物体呈现实体感,避免当前多数设备中常见的半透明虚化效果。
采用先进调光技术的AR 设备可提供更舒适、更具视觉吸引力的使用体验。  用户可以在不增加头显设备重量或厚度的情况下,轻松享受增强现实环境而不会造成视觉疲劳,真正实现全天候舒适佩戴。
来源:FlexEnable

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作者 sun, keting