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weiyonghutigonglexiangxidepingshufenleixiaoshuofenleisuoyoudechanpindouyoufeichangxiangxideshiyongshuoming，bianyudajiagenghaodeshangshoucaozuogezhonggeyangdeweixiufuwugengduoyidongyuedutigongdixiachengguilaishouyouxiazai比(bi)ML2方(fang)案(an)更(geng)好(hao)，高(gao)透(tou)光(guang)非(fei)偏(pian)振(zhen)電(dian)控(kong)調(tiao)光是(shi)戶(hu)外(wai)AR的(de)救(jiu)星(xing)？

在(zai)今(jin)年(nian)CES上(shang)，加(jia)拿(na)大(da)材(cai)料(liao)和(he)光學(xue)公(gong)司(si)Meta Materials展(zhan)示(shi)了(le)具(ju)有(you)突(tu)破(po)性(xing)的调光技(ji)術(shu)。光学專(zhuan)家(jia)Karl Guttag指(zhi)出(chu)，电子(zi)變(bian)色(se)调光技术是CES 2023上展示的最(zui)重(zhong)要(yao)的新(xin)型(xing)AR/VR技术之(zhi)壹(yi)，這(zhe)是一種(zhong)非偏振调光技术。

為(wei)什(shen)麽(me)說(shuo)它(ta)重要呢(ne)？Guttag認(ren)为，在不(bu)久(jiu)的將(jiang)來(lai)，调光功(gong)能(neng)将为AR/VR等(deng)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)帶(dai)来關(guan)鍵(jian)影(ying)響(xiang)，尤(you)其(qi)是在户外场景，背(bei)景调暗(an)可(ke)以(yi)增(zeng)強(qiang)AR的對(dui)比度(du)和清(qing)晰(xi)度。

关於(yu)Meta Materials

这家公司成(cheng)立(li)于2007年，主(zhu)要专註(zhu)于研(yan)發(fa)超(chao)材料，以及(ji)基(ji)于無(wu)線(xian)电、可見(jian)光、紅(hong)外线等电磁(ci)波(bo)技术的微(wei)型模(mo)組(zu)。除(chu)此(ci)之外，也(ye)在探(tan)索(suo)超材料在AR/VR領(ling)域(yu)的应用。

在AWE 2022上，Meta Materials曾(zeng)公布(bu)AR透鏡(jing)定(ding)制(zhi)工(gong)藝(yi)：ARFusion，宣(xuan)稱(cheng)可通(tong)過(guo)精(jing)準(zhun)澆(jiao)鑄(zhu)，为光学模组集(ji)成屈(qu)光度调節(jie)，並(bing)加入(ru)超材料薄(bo)膜(mo)。優(you)勢(shi)是嵌(qian)入濾(lv)光器(qi)，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)漏(lou)光現(xian)象(xiang)。此外，還(hai)支(zhi)持(chi)电控变色的调光功能，更加省(sheng)电。Guttag认为，ARFusion很(hen)可能會(hui)成为Luxexcel（Meta旗(qi)下(xia)）的競(jing)爭(zheng)对手(shou)。

电控变色调光技术

據(ju)了解(jie)，Meta Materials的调光技术基于PPG（在去(qu)年5月(yue)達(da)成合(he)作(zuo)）生(sheng)產(chan)的电致(zhi)变色凝(ning)膠(jiao)、ARFusion光学模组和超材料薄膜，可控制光的强度、增强光响应。實(shi)際(ji)上，波音(yin)787的智(zhi)能变色窗(chuang)也是采(cai)用PPG的电致变色凝胶。

在CES 2023期(qi)間(jian)，他(ta)們(men)将电控调光技术应用在微波爐(lu)上進(jin)行(xing)展示，效(xiao)果(guo)相(xiang)當(dang)驚(jing)艷(yan)，如(ru)上圖(tu)令(ling)人(ren)印(yin)象深(shen)刻(ke)。我(wo)们知(zhi)道(dao)，微波炉的門(men)窗通常(chang)比較(jiao)暗，不太(tai)透光，这是因(yin)为上面(mian)有一層(ceng)金(jin)屬(shu)網(wang)，网的孔(kong)徑(jing)經(jing)过特(te)殊(shu)設(she)計(ji)，目(mu)的是阻(zu)擋(dang)微波離(li)開(kai)微波炉，对周(zhou)圍(wei)产生輻(fu)射(she)。因为光同(tong)時(shi)具有电磁波和粒(li)子的特性，微波炉上的金属网正(zheng)是用来隔(ge)絕(jue)微波的粒子。

而这臺(tai)微波炉的透視(shi)窗就(jiu)像(xiang)一塊(kuai)普(pu)通玻(bo)璃(li)，透过率(lv)非常高，妳(ni)可以看(kan)清楚(chu)裏(li)面食(shi)物(wu)的加熱(re)过程(cheng)。該(gai)技术在CES 2023上一经亮(liang)相，就在社(she)交(jiao)平(ping)台上獲(huo)得(de)了大量(liang)关注。

細(xi)节方面，Meta Materials的微波炉门采用了超材料結(jie)構(gou)，可反(fan)射微波，同时也可以讓(rang)可见光波通过。而類(lei)似(si)的技术也可以用来屏(ping)蔽(bi)电磁波，比如與(yu)窗户结合，防(fang)止(zhi)电子竊(qie)聽(ting)。结合不同的超材料薄膜，甚(shen)至(zhi)还能让窗户将无线电波匯(hui)集在建(jian)築(zhu)物中(zhong)。此外，Meta还展示了一种在眼(yan)镜片(pian)中集成透光天(tian)线的方案。

超材料的其他用途(tu)还包(bao)括(kuo)：户外攝(she)像頭(tou)、汽(qi)車(che)前(qian)照(zhao)燈(deng)、汽车尾(wei)灯、红綠(lv)灯所(suo)使(shi)用的透光加热元(yuan)件(jian)。值(zhi)得注意(yi)的是，Meta Materials的超材料可调成不同波長(chang)的电磁波，宣称比基于细线和ITO电極(ji)陣(zhen)列(lie)的方案更有优势。

非偏振调光为何(he)重要

Guttag指出，通常眼镜使用兩(liang)种方法(fa)来调光，一种是光控变色，另(ling)一种是电控变色。其中，光致变色常见于感(gan)光变色镜片中，比如一些(xie)看起(qi)来普通的眼镜在强光下会变暗，起到(dao)墨(mo)镜的效果。它的缺(que)點(dian)是基于定制，过渡(du)的顏(yan)色和程度是固(gu)定的，而且(qie)变色的速(su)度慢(man)，变暗大約(yue)需(xu)要30秒(miao)到1分(fen)鐘(zhong)，变透光大约需要2到3分钟。

而电控变色调光，常见的方案是使用液(ye)晶(jing)来控制偏振光，比如具有快(kuai)门功能的LCD（單(dan)個(ge)大像素(su)），或(huo)是分段(duan)调光方案。这些方案需要先(xian)将光线偏振，但(dan)这将会阻挡50%以上的入射光，所以基于偏振的电控变色调光模组透光度通常低(di)于50%。

而控制调光的部(bu)分，則(ze)可基于環(huan)境(jing)光傳(chuan)感器，或是AR/MR系(xi)統(tong)。

Magic Leap 2就是采用偏振液晶调光模组，而在AR眼镜中采用基于液晶模组来控制外部环境光线是比较普遍(bian)的功能，它有一个专有名(ming)詞(ci)“soft-edge occlusion”，直(zhi)譯(yi)过来就是“柔(rou)邊(bian)像素调光”。然(ran)而Guttag认为，ML2的这种调光方式(shi)效果理(li)想(xiang)，犧(xi)牲(sheng)了至少78%环境光，更像是一种投(tou)資(zi)人導(dao)向(xiang)營(ying)銷(xiao)的噱(xue)头。

Guttag指出，盡(jin)管(guan)利(li)用使用LC调光的概(gai)念(nian)已(yi)经有數(shu)十(shi)年歷(li)史(shi)，但Magic Leap是首(shou)个在AR眼镜中应用该调光层的公司。此前IMMY在2017年曾提(ti)到过该概念，但并未(wei)推(tui)出实际产品(pin)。为什么呢？因为液晶模组遮(zhe)挡了至少60%环境光，这很難(nan)让人接(jie)受(shou)。

相比之下，Meta Materials的调光方案为无偏振设计，透光性更好。Guttag表(biao)示：高透明(ming)度、无偏振的电子调光方案，在AR/MR中更加实用。

另外，非偏振调光方案的另一个优势是，它不会影响顯(xian)示模组的亮度和颜色。而偏振调光镜片在觀(guan)看偏振显示设備(bei)如：LCD屏幕(mu)、AR HUD时，可能会因偏振疊(die)加导致看不到畫(hua)面。

透光度最高达85%

Meta Materials展示的电控变色原(yuan)型支持明、暗两种模式，明亮模式的透光率大约85%，僅(jin)阻挡了15%环境光。Meta Materials表示：量产版(ban)透光度更高，仅遮挡2%到4%光线，明亮模式出现的藍(lan)/黃(huang)变色也会消(xiao)除。

变色速度也足(zu)夠(gou)快，在38秒內(nei)可从亮变暗，并再(zai)次(ci)变亮。其中，从亮到暗大约9秒，从暗到亮需要约20秒。雖(sui)然这个过渡速度比LCD快门方案慢，但在AR眼镜户外应用场景是可以接受的。

不过，要想像ML2那(na)樣(yang)支持分段调光，亮度过渡速度需要更快，否(fou)则会有明显的痕(hen)跡(ji)。因此，电控调光至少在任(ren)意方向的切(qie)換(huan)过程要少于1/30秒，甚至达到1/120秒級(ji)別(bie)，与显示屏的响应速度相当。Meta Materials表示：已经找(zhao)到加速变色的方法，接下来将繼(ji)續(xu)完(wan)善(shan)。

值得注意的是，Meta Materials的调光方案只(zhi)需1V电壓(ya)就能变暗，明亮模式为0V电压，唯(wei)一耗(hao)电的过程是在啟(qi)動(dong)凈(jing)电荷(he)模组时，因此该方案相当省电。

談(tan)AR眼镜户外应用基礎(chu)

通常，户外场景的环境光具有很大的动態(tai)範(fan)围，也就是从明到暗的范围很大。在光线充(chong)足的室(shi)内，一張(zhang)紙(zhi)的亮度通常在30-100尼(ni)特之间，普通显示器在100-250尼特之间。相比之下在户外场景中，草(cao)叢(cong)的亮度能达到2500尼特，白(bai)色混(hun)凝土(tu)6000-10000尼特，黑(hei)色瀝(li)青(qing)则是2200尼特。

在户外场景，AR眼镜可能需要调暗来增强对比度，但在室内场景，其透光度要足够高才(cai)能看清周围环境。因此，遮挡太多(duo)环境光後(hou)，AR在室内场景的體(ti)驗(yan)感不理想，用起来也不安(an)全(quan)。另外，AR眼镜还需要快速（幾(ji)秒钟）在明暗之间切换。

通常，人眼需要2:1的对比度，才能滿(man)足基础的文(wen)字(zi)閱(yue)讀(du)要求(qiu)，而8:1对比度可以让颜色看起来更飽(bao)和。但是在光线充足的户外，即(ji)使AR眼镜亮度达到2000-4000尼特，也很难看清楚（即使以混凝土地(di)面、绿草地为背景）。

相比之下，车載(zai)HUD可以实现高达1.5萬(wan)尼特的亮度，这样才能在太陽(yang)光下被(bei)用户看清。但HUD的体積(ji)遠(yuan)比AR眼镜更大，在小(xiao)巧(qiao)的眼镜上实现高亮度难度、成本(ben)都(dou)要高。此外，直接将高亮度的光线給(gei)到人眼，对于人眼的体验可能并不友(you)好。因此，将透过的环境光调暗是更好的選(xuan)擇(ze)，而且更省电。

Guttag指出，如果AR眼镜支持理想的调光效果，那么它将需要至少2500-3000尼特亮度，才能在室外正常使用。相比之下，亮度低于1000尼特的几乎(hu)不能在室外使用，除非完全遮蔽环境光，而这就失(shi)去了AR的意義(yi)。

更多关注点

Meta Materials采用超材料增强PPG的性能，不过Guttag擔(dan)心(xin)这可能会带来額(e)外的衍(yan)射效果。对此，Meta Materials表示：与光柵(zha)不同，超材料具有隨(sui)機(ji)性，可通过调整(zheng)来减少衍射。

此外，还需要关注该公司的调光方案能否将最大透光度优化(hua)至98%-96%，以及调光机制是否为純(chun)单色。电控变色的化学机制和超材料组合后，也需要达到足够快的响应速度，才能很好的实现动态soft-edge调光。实际上，ML2已经證(zheng)明，soft-edge遮挡很有用。

總(zong)之，尽管高透明度的非偏振电控变色技术不常被討(tao)論(lun)，但它一直是AR/VR缺失的一項(xiang)关键技术，而Meta Materials代(dai)表了当下比较前沿(yan)的技术水(shui)平（至少在CES 2023上）。由(you)于其重要性，相信(xin)我们很快会在产品中看到这项技术。除了AR眼镜外，它也可以应用于相机、AR HUD、住(zhu)宅(zhai)和汽车的玻璃窗等场景。參(can)考(kao)：KG返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查(zha)看更多

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