Lumus最新波导AR显示FOV达50°,视网膜分辨率达60 PPD

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视网膜分辨率达到60 PPD,同时实现了出色的亮度和图像一致性。

映维网 2021年05月26日)就目前而言,波导光学越来越像是制造眼镜形态AR的最佳解决方案。Lumus早前向数家公司演示了其最新的波导原型:50度视场的Maximus。这款组件的视网膜分辨率达到60 PPD,同时实现了出色的亮度和图像一致性。

Lumus是少数几家开发波导的厂商之一,但团队采取的技术路线与大多数公司不同:其选择的是反射波导而非衍射波导。这存在了一系列的优势,特别是在光效率方面,亦即意味着更高的亮度(对户外用例非常重要)和透明度(看起来更像是常规眼镜而非深色太阳眼镜)。

近眼显示技术专家卡尔·古塔格(Karl Guttag)日前有幸体验了相关的演示,并撰文介绍了对Lumus Maximus的深入分析。他对这款波导在一系列指标上的表现印象深刻,但同时指出,不确定团队的制造方法是否具有可扩展性。

Lumus Maximus原型

古塔格分析的Lumus Maximus原型只是一个用于展示波导的头显,它目前不包括计算组件、传感器或电池(若要实现DigiLens Design v1这样的一体式AR眼镜,Lumus需要将其一一打包)。但单从显示角度来看,Maximus足以支持对实际视觉性能的详细分析。

1. 有效分辨率

目前的原型采用2048× 2048 LCOS微型显示器(单眼),并将像素分布在50度的对角线视场。即便是这样多的像素,如果不能精确地控制光线从显示器通过光学元件进入用户眼睛的过程,你依然可能会得到非常糟糕的图像质量。

为了在微型显示器将图像扩展到完整的50度视场,其需要经历一系列的折射,但即便是这样,Lumus的Maximus波导依然能保持相当清晰的显示。

古塔格发现,Maximus波导在显示器中央的角度分辨率为每度60像素,这符合视网膜分辨率标准。理论上,这意味着如果你以正常距离拿着一本书,你将能轻松辨认出其中的字词(假设在头部追踪过程中应用的图像处理管道不会牺牲任何清晰度)。

作为对比,目前市场没有一款消费类VR头显能够达到每度60像素,即便是即将上市并有着2448×2448同类领先分辨率的Vive Pro 2都不能。这是因为VR头显的分辨率分布在更大的区域,亦即用角度分辨率换宽视场。

2. 亮度

亮度对AR眼镜非常重要,因为业内畅想的一系列用例都需要发生在户外。若亮度不够,用户将难以看清眼镜显示的内容。目前市面的大多数AR头显甚至无法达到室内用例要求的亮度,所以它们倾向于像太阳眼镜一样给镜片上色。

作为一种反射波导,亮度似乎是Lumus的主要优势之一。团队声称Maximus的亮度为3000尼特。与结果图像亮度同等重要的是整个光学管道的效率。如果光学管道损失了90%的光线,理论上你可以增加一个更亮的光源来达到目标的输出亮度,但这需要以更大的体积、热量和成本作为代价。所以,结合高效光学管道的最小亮度光源是理想的解决方案。

左为Lumus Maximus原型;右为HoloLens 2

3. 图像一致性

Lumus声称,预计Maximus的效率达到每流明650尼特,而古塔格指出这是WaveOptics效率的十倍多,后者为每流明50尼特(所以采用WaveOptics波导的Snap AR眼镜看起来非常像深色太阳眼镜)。然而,并非所有衍射波导的效率都如同WaveOptics那样低。例如,DigiLens表示,其最新的(衍射)波导已经达到每流明300尼特。

Lumus的Maximus原型同时展示了令人印象深刻的图像一致性,即整个显示器的亮度、颜色和分辨率一致性。

左为Lumus Maximus原型;右为HoloLens 2(旧版)

上图是Maximus和旧版HoloLens 2的比较(注:新版HoloLens 2已经得到很大改善)。不单单只是HoloLens 2,古塔格指出Maximus要优于他见过的任何其他AR头显:“图像的颜色和亮度一致性尽管不完美,但(Lumus Maximus)比我见过的任何其他波导光学设备都要好。”

注意:技术大牛Karl Guttag比较喜欢批评HoloLens、Magic Leap,为了尽量减少主观点评的影响,考虑到本文的对比采用的还是旧版HoloLens 2的显示效果,所以本文添加了以下延伸阅读:

延伸阅读最新版本HoloLens 2已经大大改善“彩虹图像”显示问题

左边是是搭载3.3版波导屏幕的HoloLens 2;右边是搭载4.3版波导屏幕的HoloLens 2

当然,设备依然存在改进的空间。尽管Maximus在上面的图例中明显优于Hololens 2,但你依然可以清楚地看到图像角落的颜色和亮度一致性开始下降。这对于一个足够沉浸的视场而言不会造成太多问题,不过,Maximus只有50度的对角线视场,亦即意味着图像的角落离视图外围并不远。

尽管Maximus的光学性能给人留下了深刻的印象,但在消费类AR眼镜的发展过程中,一个巨大的问题依然存在:Lumus的反射波导是否具备可扩展性,能否以合理的价格实现量产呢?

为了实现成本优势和提高产能,Lumus在2020年宣布与光学玻璃厂商肖特建立战略合作伙伴关系。古塔格认为,如果在制造胜场进行适当的投资,Lumus的方法或能实现“至少与衍射波导同样的成本效益”。

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