De ultieme gids voor AR-lenzen en hun toepassingen

focals-by-north

De lens die de fabrikant van aR/AR heeft gekozen en ontwikkeld voor zijn slimme bril is een van de bepalende kenmerken van de bril. Het bepaalt de prijs, de vormfactor, de waargenomen beeldschermkwaliteit, en nog veel meer. Een verbeterd ontwerp van de golfgeleiderlens en massaproductie hebben geleid tot een toename van het aantal dunne en lichte aR/AR slimme brillen, vooral op de Chinese markt.

De vraag is, wat zijn de drie ontwerpen van aR/AR lenzen? Wat zijn de verschillen en hoe heeft dit de markt van de slimme brillen de laatste jaren beïnvloed?

Het golfgeleiderlensontwerp dat de recente opkomst van AR smart glasses mogelijk maakt.

Een technologie die over het hoofd gezien is bij de dekking en de groei van slimme brillen is de massaproductie en de schaalvoordelen van het ontwerp van de golfgeleiderlens. Vergeleken met de oudere Birdbath en Bug-Eye ontwerpen, is deze lens veelzijdiger, biedt hij een betere visuele helderheid, en heeft hij minder dubbele beeldvorming, ghosting genaamd.

In wezen moeten, om augmented reality te laten werken, licht uit de echte wereld en licht van het digitale scherm tegelijkertijd in de ogen van de gebruiker komen. Daartoe worden spiegels, lenzen en/of prisma’s gebruikt, afhankelijk van de gekozen technologie: Waveguide, Birdbath of Bug-Eye.

De TCL Nxt Wear Air maakt gebruik van een holografisch golfgeleiderontwerp, zoals de HoloLens 2, terwijl de Magic Leap One en Oppo Air Glass gebruik maken van diffractieve golfgeleidertechnologie. De Nreal Light daarentegen gebruikt een heel ander optisch ontwerp, Birdbath genaamd.

De verschillen tussen Waveguides, Birdbath en de Bug-Eye zijn dat de Bug-Eye en Birdbath in het verleden vaker gebruikt zijn wegens de lagere productiekosten, terwijl de Waveguide nog in het O&O-stadium was.

Birdbath lenzen

Dat komt omdat Birdbath veel van het licht dat van binnen het scherm naar de ogen van de drager kaatst, verliest. Als gevolg daarvan hebben Birdbath AR-brillen meestal donkerder glazen om te compenseren, wat het doel van augmented reality ondermijnt: de echte wereld voor de drager verduisteren. Bovendien is de Birdbath lens gevoelig voor beeldschaduwen.

Van Birdbath is echter bekend dat het een hoger FOV heeft, en dat het over het algemeen tegen lagere kosten kan worden vervaardigd – hoewel hoger dan Bug-Eye – en een dunnere vormfactor mogelijk maakt dan Bug-Eye.

Bug-Eye lenzen

Bug-Eye werkt met een eenrichtingsspiegel die een LCD-beeld op een stuk glas weerkaatst zodat de drager kan zien. Dit betekent dat, wil het FOV groot genoeg zijn, de uiteindelijke grootte van de helm groot en omvangrijk moet zijn. Maar omdat Bug-Eye alleen een spiegel gebruikt, zijn de productiekosten het laagst, wat zich vertaalt in betaalbare prijzen voor de eindgebruiker en waardoor een bredere markt kan worden aangesproken.

In het kort:

  1. De Bug-Eye is het goedkoopst wat de fabricagekosten betreft, maar is groot en omvangrijk wat de vorm betreft.
  2. De Birdbath is duurder om te produceren dan de Bug-Eye, maar minder duur dan de golfgeleider. Bovendien maakt de Birdbath een slanker ontwerp mogelijk. De lenzen zijn echter donker en ghosting komt vaak voor.
  3. Waveguide is het duurst in termen van massaproduktie en meer geavanceerde technologie, maar maakt een vormfactor mogelijk die lijkt op die van een zonnebril, die aantrekkelijker is voor een breder publiek. Bovendien heeft de schaalvergroting van de productie de golfgeleider minder kapitaalintensief en toegankelijker gemaakt voor aR/AR-fabrikanten.

Waveguide Lenzen

De laatste jaren heeft de nieuwere Waveguide-optie geprofiteerd van schaalvoordelen en vooruitgang in de fabricage, waardoor de productiekosten van dit geavanceerde lensontwerp zijn gedaald. Als gevolg daarvan hebben we een toename gezien van het aantal lichtgewicht, slanke AR-brillen tegen gereduceerde prijzen, in combinatie met een meer ontspannen houding van de consument ten opzichte van privacy, iets wat de eerste Google Glass in 2012 verweten werd. Bovendien hebben Waveguide-schermen een betere waargenomen visuele kwaliteit, met een grotere helderheid en minder beeldschaduwen.

De massaproduktiemogelijkheden van de Waveguide zijn inderdaad afkomstig van bedrijven als DigiLens, waarin Samsung een aanzienlijke investering heeft gedaan tijdens de fondsenwerving van DigiLens in de Serie D. Waveguide heeft inderdaad de kosten van het gebruik van dergelijke lenstechnologie verlaagd, wat heeft geleid tot een golf van dunne, slanke en lichte AR smart glasses op de VR-markt.

TL: Bug-Eye, M: Birdbath © Rob Delwo, TR: Waveguide © DigiLens

De twee Waveguide concepten en hun verschillen

Laten we, voordat we de verschillen bespreken, beginnen met de basics.

De Waveguide technologie wordt in de naam zelf uitgelegd, in die zin dat het een lensontwerp is dat het licht leidt voordat het de ogen van de drager binnenkomt: vandaar de naam “Waveguide”.

In het algemeen dicteren de verschillen in waveguide concepten hoe het glas zelf het licht van het scherm in het glas kaatst voordat het in de ogen van de drager komt.

Het geometrisch ontwerp van de Waveguide

De geometrische Waveguide gebruikt meervoudige spiegels en transflecterende prisma’s (een combinatie van lichttransmissie en -reflectie tegelijk) om het licht van het scherm naar de ogen van de gebruiker te kaatsen. Deze golfgeleideroplossing biedt namelijk mechanische tolerantie, vorm- en ergonomiegemak, en in het algemeen meer ruimte voor ontwerpen van gebruikersinterfaces, zoals aanraakbediening.

De geometrische Waveguide gaat echter gepaard met een over het algemeen lagere lichtopbrengst – wat resulteert in een waargenomen lagere schermgetrouwheid, ook al legt de kleurdifferentiatie zelf aan geen enkele kleur een bias op. Het is gewoon dat het waargenomen beeld slechter is voor de drager. Een ander nadeel is dat er krassen zichtbaar zijn op de glazen zelf, wat de drager kan afleiden van de digitale werkelijkheid die aan de echte wordt toegevoegd.

Diffractieve Waveguide ontwerpen

Design van het SRG waveguide 

Dit ontwerp maakt gebruik van een dunne laag oppervlakte-reliëf-roosters (SRG in het engels), dat is een reeks met laser uitgesneden valleien op het lensoppervlak: zie (b) op de afbeelding hieronder.

Met andere woorden, de oriëntatie en de diepte zorgen ervoor dat het licht kan weerkaatsen en zich in de ogen van de drager kan voortbewegen. Op een andere manier uitgelegd, denk aan een glazen piramide en wat er gebeurt als u er licht doorheen schijnt. Hier ziet u hoe het geprojecteerde licht in het volledige kleurenspectrum wordt verstrooid en lineair in een gebied wordt gericht. De diffractieve Waveguide maakt gebruik van hetzelfde concept.

Interessant is dat een gepatenteerd drielagig diffractie-IP is overgenomen door Microsoft en Vuzix, waarvan we nu de nieuwe Vuzix Shield bril zien die een holografisch of binoculair diffractief ontwerp gebruikt.

Het voordeel van de technologie van de diffractieve lenzen is het gemak van de massaproduktie, want er wordt gebruik gemaakt van lasergravure in plaats van het gieten, snijden en lijmen van gestreept glas in het geometrische ontwerp.

Bovendien maakt de diffractieve methode bredere interpupillaire afstanden mogelijk, wat betekent dat verschillende gelaatstopologieën (zoals de afstand tussen de ogen) gemakkelijker te compenseren zijn, waardoor de potentiële klantenkring breder wordt.

De nadelen van de diffractieve methode zijn dat het ontwerp de neiging heeft de helft van het licht dat in de ogen van de drager wordt gezonden te verliezen, terwijl kleurverspreiding een bekend probleem is, dat de waargenomen beeldkwaliteit vermindert, waardoor het zogenaamde “regenboogeffect” ontstaat.

Interessant is dat de oplossing om dit waargenomen regenboogeffect te verzachten bestaat in diffractieve roosters met verschillende lagen, zoals Vuzix en Microsoft hebben gedaan. Maar dit maakt het glas zelf dikker en gaat in tegen de norm voor smart glass design, dat dun, licht en elegant is. Er zijn dus vernieuwingen om deze meerlagige diffractieve oplossing te compenseren met éénlagige diffractieve technologie. Namelijk het Finse bedrijf Dispelix is de leider op het gebied van enkellaagse diffractieve golfgeleiders: een bedrijf dat eind 2021 een Serie B investering van $33 miljoen heeft binnengehaald.

 

Holografische golfgeleider ontwerpen

Tenslotte hebben we de holografische diffractielens. Dit ontwerp maakt gebruik van een dunne laag holografisch materiaal, waarbij de kleine primers worden vervangen door hologrammen op nanoschaal om het licht terug te kaatsen. 

Net als bij de gelaagde SRG-variant doet zich ook bij deze oplossing het probleem van kleurverstrooiing voor, maar dit gaat gepaard met een waaseffect en tegelijkertijd een kleiner FOV.

Het voordeel is dat de holografische golfgeleider nog rendabeler is bij massaproductie. Hoewel het ook niet hetzelfde dikte- of golvigheidsprobleem heeft.

Concluderend kan worden gesteld dat de diffractieve golfgeleider en de bereikte innovaties de weg vrijmaken voor massale toepassing van AR smart glasses. Terwijl voor de westerse markt andere bezorgdheden van klanten worden verwacht, zijn Chinese consumenten over het algemeen lakser wat betreft privacycomplicaties.

Van virtualrealitypop.com, “Categorieën Waveguides: a) Geometrische Waveguide met reflecterende spiegel-array, b) Diffractieve Waveguide met roosters met verhoogd oppervlak, c) Diffractieve golfgeleider met volumetrische holografische roosters.” Afbeeldingen gewijzigd van bron: https://bit.ly/3zEWoty 

De opkomst van AR/aR “Air”-brillen in China

De afgelopen twee jaar hebben we een sterke toename gezien van “Air”-varianten van bestaande en nieuwe AR/aR slimme brillen. Nieuwe iteraties die een slankere, slankere vorm en designprofiel nastreven, mogelijk gemaakt door de massaproductie van het Waveguide ontwerp.

Oppo Air Glass

De Oppo Air Glass zal naar verwachting in Q1-2022 in beperkte mate in China op de markt komen, en zal zich onderscheiden door een monocle en een traanvormig ontwerp. Evenzo beschouwt Oppo de categorie van zijn Air Glass als assisted reality (aR), en niet als augmented reality (AR). Het verschil is dat assisted reality relevante informatie boven de lens geeft, zoals meldingen, terwijl augmented reality een interactieve digitale ervaring geeft die zich aanpast aan omgevingen in de echte wereld. Het eerste is minder verwerkingsintensief dan het tweede en daarom betaalbaarder.

Nreal Air

De Nreal Air is de opvolger van de Nreal Light en is weer een slanker en eleganter aanbod (lijkt op een zonnebril). Bovendien probeert Nreal zich te onderscheiden met zijn AR-applicatiewinkel, Nebula genaamd.

Nreal Air: Full Specification - VRcompare

TCL NxtWear Air

De TCL NxtWear Air, die tijdens CES2022 werd aangekondigd, is de slankere opvolger van de NxtWear G AR-bril. De nieuwe NxtWear Air wil gebruikmaken van TCL’s brede aanwezigheid op de Chinese markt om publiek aan te trekken, en richt zich daarbij op een op entertainment gerichte gebruikssituatie. Dit is vergelijkbaar met de strategie van Nreal, die zich ook richt op entertainment. Nreal heeft namelijk ontdekt dat “consumenten vandaag de dag op zoek zijn naar een lichtere, maar duurzamere AR-bril die uitsluitend voor het streamen van media wordt gebruikt, aldus Nreal CEO en oprichter Chi Xu.

TCL NXTWEAR AIR smart glasses have a portable and slim profile for stylish comfort » Gadget Flow

Huawei X Gentle Monster Eyewear II

Hoewel niet “Air” gebrand en bij uitbreiding de enige uitschieter, past de Huawei Eyewear II in de trend.

Huawei heeft een assisted reality line-up met de naam Eyewear, die gebruiksmogelijkheden biedt als “uw volgende slimme persoonlijke assistent”. Huawei gaat, via een samenwerking met het Zuid-Koreaanse mode-brillenmerk Gentle Monster, voor een stijlvolle behuizing van zijn Eyewear slimme bril: een modestatement bieden samen met assisted reality gebruiksmogelijkheden. https://vr-expert.com/huawei-launches-their-own-assisted-reality-smart-glasses/, te zien op de foto hieronder.

Conclusie

In het verleden werden augmented reality en assisted reality aangedreven door de onhandige en inferieure Birdbath en Bug-Eye AR lensontwerpen.

Dus toen de massaproductie en de effecten van schaalvergroting het nieuwe, meer geavanceerde golfgeleiderontwerp toegankelijker maakten, kwam er een golf van AR en AR-brillen op gang. De waveguide lens biedt zowel een superieure kwaliteit als een dunnere, lichtere AR/AR ervaring. In het bijzonder zijn er sprongen in de innovatie gemaakt door zijn diffractieve technologie met éénlaagse reliëfroosters.

Dit ruimere gebruik van de golfgeleider heeft inderdaad geleid tot een toename van het aantal dunne en lichte aR/AR slimme brillen, voornamelijk op de Chinese markt, aangeboden door Chinese merken van consumententechnologie. Aangenomen wordt dat dit te wijten is aan de ongerustheid van de westerse consumenten over de privacyproblemen als gevolg van het stopzetten van Google Glass voor consumenten in 2012/2013. Het is slechts een kwestie van tijd voordat de enorme innovatie van aR/AR slimme brillen in China en andere Aziatische markten de westerse markten bereikt.

Discussion

Geef een antwoord

Menu sluiten
×

Winkelwagen

Deze website maakt gebruik van cookies om ervoor te zorgen dat je de beste ervaring krijgt. Als je doorgaat met het gebruiken van de website, gaan we er vanuit dat je hiermee instemt.