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卡爾·古塔格（Karl Guttag）撰文分享了自己的分析見(jiàn)解（請(qǐng)注意，卡爾的批評(píng)語(yǔ)氣可能有點(diǎn)過(guò)激）

（映維網(wǎng)Nweon?2022年02月10日）在1月舉行的SPIE.AR.VR.MR & SPIE PhotonicsWest大會(huì)中，Magic Leap光學(xué)工程副總裁凱文·科提斯（Kevin Curtis）進(jìn)一步介紹了即將發(fā)售的Magic Leap 2的細(xì)節(jié)。其中，這款設(shè)備將搭載18個(gè)傳感器，支持眼動(dòng)追蹤，并且提供分段調(diào)光功能。

延伸閱讀：Magic Leap 2 規(guī)格曝光，搭載18個(gè)傳感器，支持眼動(dòng)追蹤，頭顯重248克

針對(duì)科提斯的PPT演示，近眼顯示技術(shù)專家卡爾·古塔格（Karl Guttag）撰文分享了自己的分析見(jiàn)解。下面是映維網(wǎng)的具體整理：

我將重點(diǎn)講解演講介紹的顯示器和光學(xué)元件。這篇文章是基于我在大會(huì)拍攝的照片（經(jīng)過(guò)編輯）和相關(guān)記憶。

1. 選擇LCOS而非MicroLEDs和激光光束掃描

科提斯解釋了顯示技術(shù)的決策過(guò)程。盡管許多人認(rèn)為MicroLED可能是未來(lái)的發(fā)展方向，但它們的成熟度顯然不足以用于量產(chǎn)彩色頭顯。這位光學(xué)工程副總裁表示，盡管激光掃描存在于Magic Leap的“DNA”中，以及投入了數(shù)百萬(wàn)美元進(jìn)行研發(fā)，但激光掃描無(wú)法滿足其顯示要求。

或許具有諷刺意味的是，ML2用堆疊波導(dǎo)消滅了ML1的“焦平面”。所以，這家公司在2013年向早期投資者吹噓的兩項(xiàng)原始關(guān)鍵功能現(xiàn)在都已消失。

在評(píng)估了所有替代方案后，Magic Leap認(rèn)為L(zhǎng)COS是最適合其應(yīng)用的顯示技術(shù)。對(duì)于大多數(shù)需要彩色或更高分辨率的新型波導(dǎo)設(shè)計(jì)而言，LCOS都是首選顯示器。Avegant和Digilens都推出了搭載非常小、非常明亮的LCOS波導(dǎo)的設(shè)計(jì)。

2. 高分辨率（1440 x 1760有源）LCOS顯示屏（傳聞是Omnivision LCOS）

科提斯稱，顯示器的高度大于寬度存在優(yōu)勢(shì)。如圖（右）所示，ML2“有源顯示器”寬1440像素，高1760像素。它們保留了96×96像素以將顯示屏與眼睛對(duì)齊。

Magic Leap One（ML1）沒(méi)有保留像素，而是需要兩個(gè)型號(hào)來(lái)覆蓋不同的瞳孔間距。有人錯(cuò)誤地認(rèn)為，根據(jù)頭部大小，ML2會(huì)提供基于頭部尺寸的不同型號(hào)。PPT指出，ML2只有一種型號(hào)。另外，保留像素有利于眼睛移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的其他顯示器與眼睛對(duì)齊問(wèn)題。

盡管Magic Leap沒(méi)有提到，但有傳聞稱他們正在使用Omnivision的LCOS組件。這并不奇怪，因?yàn)镸L1就有用到Omnivision的產(chǎn)品。傳聞同時(shí)指出，盡管最近收購(gòu)了Compound Photonics，并且目前的原型正在采用TI的DLP，但Snap可能同樣會(huì)使用Omnivision的組件。如今，大多數(shù)LCOS廠商都有能力制造這種具有3.8微米像素間距的組件。

我在下圖添加了視場(chǎng)估計(jì)值以及每個(gè)方向上的像素?cái)?shù)。視場(chǎng)區(qū)域和像素?cái)?shù)量對(duì)比ML1都翻了一番，所以每度的像素?cái)?shù)量大致相同。應(yīng)該指出的是，盡管Hololens 2錯(cuò)誤地宣稱每度分辨率為47像素，但它的有效（可測(cè)量）分辨率接近每度15像素，或者換算成ML2每個(gè)方向的約一半。我完全相信ML2將在分辨率和幾乎所有其他可測(cè)量的圖像質(zhì)量方面擊敗HL2，除了真實(shí)世界的透明度（稍后將詳細(xì)介紹）。

3. ML2的緊湊LCOS光學(xué)設(shè)計(jì)

本次演講（錯(cuò)誤地）指出LCOS之外的部分方法都在視場(chǎng)方面受限。他們所說(shuō)的“大多數(shù)LCOS設(shè)計(jì)（上）使用顏色合成光學(xué)元件（X-cube或一系列二向色鏡）和偏振分束器”這一說(shuō)法是正確的。他們同時(shí)提到了Himax的Front-Lit。但我見(jiàn)過(guò)幾個(gè)更具創(chuàng)新性的大視場(chǎng)緊湊型設(shè)計(jì)，包括Lumus的Maximus（下）。

Lumus Maximus LCOS Engine

盡管用了分束器，但ML1的光路沒(méi)有X-cube或其他顏色合成光學(xué)元件。相反，ML1將顏色通道分到了每個(gè)波導(dǎo)。因?yàn)镸L1支持雙焦平面，它需要六個(gè)LED和六個(gè)波導(dǎo)（紅綠藍(lán)各兩組）。因?yàn)镸L2不支持雙焦平面，它們只需一組LED和波導(dǎo)。

支持單焦平面可以帶來(lái)其他方面的簡(jiǎn)化增益。相對(duì)于ML1，這應(yīng)該能大幅提升ML2的圖像質(zhì)量。

ML2在利用LCOS減少整體光學(xué)元件尺寸方面有創(chuàng)新的方式。與ML1一樣，它們首先為每個(gè)單獨(dú)的彩色波導(dǎo)（這次只有三個(gè)）提供單獨(dú)的LED照明。有趣的是，它們隨后通過(guò)波導(dǎo)和投影透鏡發(fā)送照明光，從而照亮LCOS設(shè)備，并且避免了分束器的需要。

下面的左圖顯示了組合的紅光、綠光和藍(lán)光路徑（我組合/疊加了三張PPT幻燈片）。Magic Leap使用圓形偏振器的“巧妙”組合來(lái)控制進(jìn)出光路。這種帶有圓形偏振器的折疊路徑似乎類似于更新、更緊湊的VR頭顯所使用的Pancake光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)相當(dāng)緊湊，如下圖所示。

盡管消除分束器會(huì)減輕一定重量，但它對(duì)總重量的占比并不是很大。更重要的是，它縮小了光學(xué)元件的尺寸，使LCOS顯示器在光學(xué)上更接近投影光學(xué)元件，這有助于簡(jiǎn)化所述光學(xué)元件。

盡管許多非設(shè)計(jì)人員擔(dān)心續(xù)航能力，但更大的設(shè)計(jì)問(wèn)題是功耗帶來(lái)的熱量管理。ML2聲稱在考慮視場(chǎng)和視窗時(shí)效率提高了12倍以上，這很可能是真的。但ML1在支持雙焦平面的情況下效率很低（沒(méi)有免費(fèi)的午餐）。“單個(gè)SKU”是因?yàn)榍懊嬗懻撨^(guò)的“保留”像素。

4. 2000 nits峰值亮度，70視場(chǎng)下的重大成就

科提斯表示ML1大約150 nits（大概匹配我的測(cè)量），并且應(yīng)該可以達(dá)到2000 nits。使用具有約70度視場(chǎng)的衍射波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)2000 nits是一項(xiàng)重大成就。相比之下，HL2宣稱有500 nits，但僅在我測(cè)量的一張非常不均勻圖像的中心如此。Lumus Maximus預(yù)計(jì)50度視場(chǎng)每瓦LED功率超過(guò)4000 nits。ML尚未說(shuō)明ML2 2000 nits的功耗。

LED光通過(guò)投影光學(xué)元件照亮LCOS，并且免除分束器需要可能看起來(lái)非常奇怪，但ML并不是唯一嘗試這種方法的公司。在大會(huì)上，我看到了Avegant全新的、非常緊湊的光引擎。與ML2一樣，Avegant使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將紅、綠和藍(lán)LED結(jié)合，并通過(guò)投影光學(xué)元件向LCOS發(fā)送光（見(jiàn)右圖）。但與ML2不同，Avegant是為設(shè)計(jì)沒(méi)有空間分離輸入光柵的一到三層波導(dǎo)。Avegant用單層波導(dǎo)演示了他們當(dāng)前的原型。

5. ML2的光學(xué)堆棧

ML2的光學(xué)堆棧（在投影儀之后）顯示在右側(cè)。從表面上看，它看起來(lái)很像HoloLens?1的堆疊，而不是說(shuō)調(diào)光層。這沒(méi)什么奇怪。ML2使用了非常高折射率的2.0玻璃（最近菜才面市），這有助于支持比HoloLens 2更寬的視場(chǎng)，無(wú)需求助于HoloLens 2復(fù)雜且會(huì)影響圖像的“butterfly蝶形”設(shè)計(jì)。

HoloLens 2的整個(gè)激光掃描顯示屏和butterfly蝶形波導(dǎo)似乎是“一個(gè)逃離實(shí)驗(yàn)室的研究項(xiàng)目”。ML2同樣有一種“研究人員樂(lè)在其中的實(shí)驗(yàn)風(fēng)”，比如調(diào)光功能（稍后將詳細(xì)介紹）。

去極化膜（最左邊）減少了典型極化LCD顯示器的問(wèn)題。“目鏡”是一套帶有保護(hù)罩和涂層的紅綠藍(lán)波導(dǎo)。

6. 22%的透光率或78%的真實(shí)光線被阻擋：最佳情況

首先是PPT所說(shuō)的22%透光率。它們最高可以阻擋78%的真實(shí)世界光，大概等同于中暗色的太陽(yáng)眼鏡。坦白說(shuō)，我認(rèn)為22%很可能只是一個(gè)理論數(shù)字，亦即Magic Leap可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

典型的“高透射率”反射式偏振器可以阻擋大約60%的未偏振光，50%用于偏振，另外大約10%的損失。調(diào)光器結(jié)構(gòu)有另一個(gè)偏振器，它又會(huì)損失約10%以上。調(diào)光器的各種薄膜和結(jié)構(gòu)則損失大約15%或更多。三個(gè)衍射波導(dǎo)的疊加通常會(huì)損失25%-35%。再加上10%的其他薄膜、涂層和鏡片，我算出的最佳情況是22%，但很可能更糟糕。

一般來(lái)說(shuō)，人們不會(huì)把自己理想的房間照明亮度再提高5倍。Magic Leap首席執(zhí)行官在接受CNBC采訪時(shí)曾給出過(guò)一個(gè)明亮手術(shù)室的例子。手術(shù)室如此明亮是有原因的，而且醫(yī)務(wù)人員并不想讓手術(shù)室再亮5倍。

下圖所示為阻擋85%真實(shí)光線的ML1；搭載高度透明（可能>85%）的Dispelix波導(dǎo)的Avegant原型；約85%透明的Lumus Maximus原型；以及40%透明的Hololens 2。ML2將阻擋大約兩倍于HoloLens 2的真實(shí)世界光線，比Dispelix和Lumus多4到5倍的光線。

Magic Leap沒(méi)有提到“正面投影”，這是許多AR眼鏡都能看到的發(fā)光偽影。Magic Leap One和Hololens 1&2都因大量的正面投影而出名（見(jiàn)上圖左上角的CNET ML1圖片）。所以我猜Magic Leap不提的原因是數(shù)字不好。我的經(jīng)驗(yàn)是，如果一家公司不愿意談?wù)撘粋€(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題，最終的答案很可能是相當(dāng)糟糕的。相比之下，對(duì)于Avegant/Dispelix眼鏡，我很難從任何角度看到任何正面投影，而且團(tuán)隊(duì)非常自豪地說(shuō)，正向投影降低到了1%左右。

“LED層”是用于照明眼睛的紅外LED。ML2需要插入式鏡片進(jìn)行視力矯正，但它們與ML1不同，因?yàn)槠湫枰糜谘蹌?dòng)追蹤攝像頭的切口（左下角）。大會(huì)中有不少人都評(píng)論說(shuō)，插入式鏡片會(huì)給用戶帶來(lái)管理方面的噩夢(mèng)。

7. 屈光度（調(diào)焦）透鏡

正如我在上一篇文章中所討論的一樣，ML1在波導(dǎo)的離柵中內(nèi)置了一個(gè)屈光度調(diào)節(jié)裝置，見(jiàn)伯納德·克雷斯（Bernard Kress）所著書(shū)目《用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)頭顯的光學(xué)架構(gòu)》?？死姿怪赋觯琈L1的離柵屈光度調(diào)整方法往往會(huì)降低圖像質(zhì)量。

與HoloLens 1和2類似，ML2使用前后透鏡來(lái)調(diào)整焦點(diǎn)，就像我在上一篇文章中推測(cè)的一樣。從大多數(shù)波導(dǎo)中射出的準(zhǔn)直光聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處。離眼睛最近的透鏡將焦點(diǎn)移動(dòng)到大約1.5到2米的更近距離。波導(dǎo)世界側(cè)的透鏡進(jìn)行補(bǔ)償，以防止真實(shí)世界的焦點(diǎn)發(fā)生變化。這種透鏡方法應(yīng)該有助于ML2的圖像質(zhì)量超過(guò)ML1。

8. 動(dòng)態(tài)和分段調(diào)光

在2021年10月，我解釋了Magic Leap分段調(diào)光的固有問(wèn)題，亦即業(yè)界所謂的“軟邊緣遮擋”。我解釋道，使用LCD快門來(lái)全局調(diào)暗或像素化陣列調(diào)暗區(qū)域的技術(shù)是眾所周知的事情，而且這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有予以應(yīng)用，因?yàn)樗鼤?huì)損失超過(guò)70%的入射真實(shí)世界光，如上文所述。

除了光損之外，分段調(diào)光極度不精確/模糊，而且調(diào)節(jié)單個(gè)像素同樣會(huì)應(yīng)影響周圍成千上萬(wàn)個(gè)像素。盡管分段調(diào)光看起來(lái)像是支持局部調(diào)光的LCD電視，但分段調(diào)光方法的精確度可能要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，正如Magic Leap專利所指，分段調(diào)光像素將導(dǎo)致衍射問(wèn)題。

Magic Leap有一張幻燈片討論了這個(gè)概念，但沒(méi)有細(xì)節(jié)，只有幾張低分辨率的圖片（見(jiàn)下圖）。根據(jù)Magic Leap的專利和我的分析，它的效果可能不是非常好。請(qǐng)注意，調(diào)光是從遮擋80%的真實(shí)光線開(kāi)始。

9. 視覺(jué)舒適度和VAC：焦平面消失

近十年來(lái)，Magic Leap一直在吹噓與視覺(jué)輻輳調(diào)節(jié)沖突有關(guān)的問(wèn)題，以及使用多組具有不同焦平面的波導(dǎo)的解決方案?？铺崴乖谘葜v中直言不諱地指出，ML2已經(jīng)放棄了這個(gè)功能。實(shí)際上，我在2021年10月的文章中推測(cè)他們已經(jīng)放棄了，因?yàn)檫@將有利于更好的圖像質(zhì)量。

科提斯解釋說(shuō)，在影響視覺(jué)舒適度方面存在比VAC更重要的問(wèn)題，如左邊的幻燈片所示。他認(rèn)為，許多問(wèn)題都與渲染有關(guān)，而不是與VAC有關(guān)，而且所述問(wèn)題中的許多都可以通過(guò)更準(zhǔn)確的眼動(dòng)追蹤來(lái)改善。這位工程師解釋說(shuō)，Magic Leap已經(jīng)改進(jìn)了眼動(dòng)追蹤和渲染。

對(duì)于改進(jìn)的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)，一個(gè)副作用是需要有切口，因?yàn)閿z像頭需要看到用戶的眼睛（見(jiàn)下圖）。

這次演講同時(shí)提供了有趣的信息：即使是很小的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都需要校正雙眼對(duì)齊。ML2包括用于檢測(cè)頭顯彎曲的傳感器/攝像頭，以便校正雙目定位（見(jiàn)下圖）。

PPT中有一張幻燈片提供了“透過(guò)透鏡看到的效果圖”。其中，為了適配一張1080p分辨率的幻燈片，三張圖片進(jìn)行大幅縮小。所有的圖像都顯示出嚴(yán)重的漸暈偽影。盡管如此，我們不可能確定這是不是攝影的問(wèn)題，還是因?yàn)镸L2本身的問(wèn)題。

幻燈片中的三幅圖像都有高度飽和的顏色，所以很難判斷顏色是否準(zhǔn)確，以及顏色是否有變化。我更喜歡看人像和純白色的內(nèi)容。有趣的是，文本顏色是純綠色而不是白色，而這能夠隱藏波導(dǎo)中的任何顏色變化。所述圖像只能表明ML2的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于HoloLens 2，但無(wú)法與其他公司的顯示器和波導(dǎo)進(jìn)行比較。

我不懷疑ML2的圖像質(zhì)量要比ML1或HoloLens 1和2好得多，但這是一個(gè)非常低的標(biāo)準(zhǔn)。所以，我們需要拭目以待，直到設(shè)備發(fā)售才能對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀分析。

11. 結(jié)論

盡管ML2顯然會(huì)在圖像質(zhì)量和亮度方面擊敗HoloLens 2，但HoloLens 2設(shè)置了一個(gè)非常低的標(biāo)準(zhǔn)，而且當(dāng)ML2在其他很多方面都存在問(wèn)題，前述優(yōu)勢(shì)其實(shí)并不重要。與HoloLens 2相比的關(guān)鍵劣勢(shì)包括：有一根線，沒(méi)有足夠的適眼距來(lái)支撐普通眼鏡，以及缺少翻轉(zhuǎn)屏幕。

另外，擋住約80%的光線是一個(gè)無(wú)法挽回的錯(cuò)誤。正如我之前，ML2看起來(lái)像是一開(kāi)始是為消費(fèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，但由于它對(duì)這個(gè)市場(chǎng)而言過(guò)于昂貴，所以團(tuán)隊(duì)將它重新設(shè)計(jì)為“企業(yè)”設(shè)備。

我越是回想PPT以及本文未涉及的其他方面，例如他們?cè)O(shè)計(jì)和制造自己波導(dǎo)的能力，我就越同意那些認(rèn)為PPT更像是“待售”標(biāo)志的人的看法。

值得一提的是，坊間有傳聞稱（我沒(méi)有消息來(lái)源）Magic Leap正準(zhǔn)備出售公司（傳言中最熱門的名字是谷歌，因?yàn)樗麄儽旧砭褪荕agic Leap的投資者）。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/94317