研發(fā)AR隱形眼鏡有多難？從備受關(guān)注的Mojo Vision來(lái)看，這家公司成立了8年時(shí)間，累計(jì)融資超過(guò)2.26億美元，但由于產(chǎn)品進(jìn)展和融資受阻問(wèn)題，不得不大幅裁員、重組，將重心從AR隱形眼鏡轉(zhuǎn)移到Micro LED顯示業(yè)務(wù)。
為什么AR隱形眼鏡這么難？相比于AR眼鏡，AR隱形眼鏡似乎距離我們更遠(yuǎn)，有更多難題需要解決，比如佩戴安全性、顯示效率、供電、體積等等。盡管Mojo Vision的重心從隱形眼鏡硬件轉(zhuǎn)移，但科研人員們依然在探索不同的方案，旨在尋找一種可行的AR隱形眼鏡形態(tài)。
Nature近期公布了一篇關(guān)于AR隱形眼鏡的研究，主要研究人員來(lái)自法國(guó)大西洋高等礦業(yè)電信學(xué)校光學(xué)系，該方案的特點(diǎn)是基于紅外激光源，采用柔性材質(zhì)。
(相關(guān)資料圖)
據(jù)了解，該方案由VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）和DOE（衍射光學(xué)元件）組成，封裝在軟性隱形眼鏡（SCL）材質(zhì)中。在研究中，科研人員展示了在SCL隱形眼鏡中嵌入一個(gè)或兩個(gè)VCSEL模組，以及眼球追蹤傳感器的可能性。為什么選擇SCL材質(zhì)呢？科研人員表示：與標(biāo)準(zhǔn)隱形眼鏡相比，SCL隱形眼鏡的優(yōu)勢(shì)是不與角膜接觸，且在眼球上較為固定，有足夠大的體積來(lái)封裝電子元件。
不同于Mojo Vision采用的RGP（硬性隱形眼鏡）材質(zhì)，SCL是一種親水性合成高分子化合物，具有不同程度的含水量，含水量越高，鏡片的柔性、彈性和透氧性也更好。相比于RGP材質(zhì)，SCL更考驗(yàn)顯示模組的耐用性。
科研人員指出：隨著微電子和柔性基板納米工藝技術(shù)發(fā)展，傳感器、電路等硬件已可以集成到柔性隱形眼鏡中。SCL隱形眼鏡由柔性有機(jī)玻璃制成，直徑為16.5毫米。隱形眼鏡和鏡框分別內(nèi)置天線，鏡框還可配備額外的傳感器，比如攝像頭、位置敏感探測(cè)器（PSD，用于檢測(cè)VCSEL光束、追蹤眼球運(yùn)動(dòng)）。
VCSEL可作為眼球追蹤的標(biāo)記，好處是比瞳孔更容易追蹤（降低延遲、縮減硬件體積），但需要有效的校準(zhǔn)。而PSD可通過(guò)追蹤隱形眼鏡的發(fā)光點(diǎn)來(lái)推測(cè)人眼注視位置。
此外，科研人員在VCSEL前面放置了一個(gè)DOE元件（尺寸1.44平方毫米，與VCSEL的距離為680微米），DOE有兩種功能，一種是將激光束準(zhǔn)直，另一種則是重塑為十字圖案。為了尋找最佳顯示位置，科研人員利用DOE可以將圖像投射在四段不同的距離：7.5厘米、12厘米、20厘米和無(wú)窮遠(yuǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果VCSEL光束照亮更大的DOE區(qū)域，則可在7.5厘米處獲得更好的圖像質(zhì)量。
校正VCSEL光束發(fā)散的DOE相位圖案
值得注意的是，DOE此前曾被用于AR眼鏡，比如HoloLens 2，而這項(xiàng)研究似乎首次將DOE應(yīng)用于AR隱形眼鏡。
封裝在SCL材質(zhì)中的電子元件和供電單元集成在一個(gè)雙面柔性環(huán)中，尺寸為內(nèi)徑4.8毫米，外徑10.5毫米。此外，搭載了感應(yīng)供電的紅外VCSEL和耦合電容器?？娠@示95微米大小的光斑。
基于此方案，研究員還推出了一個(gè)搭配眼鏡框的方案，鏡框嵌入的主天線可通過(guò)電感耦合為隱形眼鏡的VCSEL元件遠(yuǎn)程供電（隱形眼鏡內(nèi)置輔助天線）。與此同時(shí)，DOE可將激光束準(zhǔn)直，或在人眼前方特定距離投影AR圖案。
應(yīng)用場(chǎng)景方面，科研人員認(rèn)為AR隱形眼鏡的眼球追蹤功能不僅可以用于腦機(jī)接口場(chǎng)景，未來(lái)在AR/VR系統(tǒng)中，還有望成為通用的輸入、交互方式，取代光標(biāo)、觸摸屏、鍵鼠等傳統(tǒng)方案，成為用戶(hù)與界面互動(dòng)的更自然方式。通過(guò)眼球追蹤，不僅可以預(yù)測(cè)人的意圖、指令，甚至還能識(shí)別認(rèn)知負(fù)荷。
當(dāng)然，目前該方案還有一些問(wèn)題待改善，比如DOE增加了隱形眼鏡的厚度，中心厚度達(dá)到1700微米，超出了人眼可接受的極限。科研人員指出，未來(lái)可探索波導(dǎo)折疊光路+視網(wǎng)膜投影方案，來(lái)進(jìn)一步縮減隱形眼鏡的厚度。另外，在隱形眼鏡中集成電路意味著透氧性降低，這也限制了AR隱形眼鏡的使用時(shí)間，未來(lái)或許可采用DK值比PMMA更好的材料來(lái)改善。
目前，該AR眼鏡還未在人眼上測(cè)試，初步在兔子上測(cè)試的結(jié)果顯示，它至少可以安全使用30分鐘。盡管VCSEL沒(méi)有明顯的發(fā)熱問(wèn)題，但AR眼鏡的發(fā)射功率目前較低，顯示效果不夠理想。
參考：Nature
