前不久，Niantic在高通驍龍峰會上公佈了一款用於戶外場景的AR眼鏡參考設計，其特點是采用無線一體化設計，配備了柔性頭帶，可用來玩LBS AR遊戲。
目前關於該AR眼鏡方案的信息不多，它的光學方案是大家非常關注的一點，尤其關注它如何在戶外強光下清晰顯示。
我們知道，AR眼鏡要想在戶外正常使用，首先顯示亮度要足夠高，才能在強光下看起來清晰。
AR/VR光學專家Karl Guttag認為，Niantic AR眼鏡使用了光波導，並且很有可能基於Lumus的方案。
就目前來看，Lumus是少數擁有超高亮度光波導的公司，其方案在未使用遮光罩的情況下，可以在戶外顯示AR。
Lumus的光波導在戶外軍事應用場景已經使用了約10年，近年來推出了一些優秀的AR光學原型，比如：
Lumus Maximus單目2K版
- 50°FOV
- 亮度5000尼特
- 2048×2048分辨率
- 二維擴瞳光波導方案
Maximus 1080P規格
- 40°FOV
- 亮度>4000尼特
- 1080P分辨率
- 眼動范圍12mmx12mm
- 16：9縱橫比
Maximus 1440P規格
- 50°FOV
- 亮度>3000尼特
- 1440P分辨率
- 眼動范圍12mmx12mm
- 1：1縱橫比
光學元件的明顯特征
Guttag指出，盡管不同的光波導方案在外觀上差異不大，但由於其輸入光/圖像的位置、光傳播方式《光路》不同，相互之間還是有不同的特征。
尤其是在不同的衍射波導方案之間，你可以發現前向漏光的程度，與光柵圖案之間的差異。
通常，衍射光波導的光源幾乎垂直於光波導耦入，並通過入射光柵，改變光線衍射角度，並在光波導內部實現全內反射《TIR》。
因此，衍射光波導的光源、投影模組通常位於入射光柵背面《WaveOptics的投影模組與光波導平行，但采用90°折疊鏡來改變光路》。
Magic Leap專利圖：典型的衍射波導方案
相比之下，Lumus光波導的光路基於反射來傳播，通常會采用以一定角度的棱鏡，來將光源耦入到光波導中進行全內反射。
因此，投影模組/光源往往並不垂直於光波導。
Lumus和Niantic光學方案對比
在Niantic公佈的AR參考設計視頻中，可以看到Niantic AR眼鏡的投影模塊和電子元件的位置、角度、形狀、尺寸，以及雙線纜設計都與Lumus Maximus參考設計相似。
此外，投影模塊與光波導連接位置的輪廓也相似。
不過，Lumus Maximus的兩側有額外的外蓋，而Niantic AR眼鏡原型則沒有。
而且Niantic采用頭箍設計，而Lumus Maximus則采用普通眼鏡的鏡腿設計。
從視頻來看，其AR眼鏡可以在明亮的日光下運行，意味著亮度足夠大，才能在陽光下看清AR內容。
發光問題《front-projection》對比
在Niantic視頻中，並未發現AR眼鏡有明顯的漏光問題《eye glow或者front project》。
Lumus Maximus方案也是如此，由於它的光學特性，隻會向前投射少量的光，發光問題不明顯。
值得注意的是，采用衍射光波導的HoloLens 2就因為存在向前漏光問題，導致容易泄露士兵的位置，即使在幾百米外都能看到。
圖註：假如將Maximus眼鏡摳圖並覆蓋Niantic原型上，形狀足夠吻合，而且投影模塊的形狀和位置也接近。
戶外AR對於亮度的需求
Guttag指出，由於日光照射的戶外環境亮度大，所以AR眼鏡通常也需要數千尼特的亮度，才能達到足夠的對比度，從而清晰顯示AR。
即使在AR眼鏡上疊加遮光罩，也不能完全彌補亮度問題，反而讓環境光難以透過，在戶外移動有安全隱患。
通常，人眼可感知非常寬的亮度感知范圍，在光線充足的房間裡，一般可看到《清楚》20到150尼特的亮度。
而在戶外，光線的亮度大約在500到10000尼特之間。
在夜晚或光線昏暗的房間中，經過一段時間適應，人眼也可以看到低於0.1尼特亮度的東西。
而對比度，通常指的是最亮和最暗區域的比例，在AR眼鏡中，透入的環境光會同時增加暗處和亮處圖像的亮度，而且可透入的環境光量會受AR眼鏡的透光率影響。
在1.5：1對比度下，圖像中的文本幾乎不可讀，當對比度提升至2：1時，文本可讀性提升，但色彩飽和度低。
當對比度提升至8：1時，色彩飽和度才達到適中水平。
而如果是在看電影，人們通常會更喜歡100：1以上的對比度。
想要提升對比度，通常有兩種方式：一種是提升顯示屏亮度，另外一種就是降低背景亮度《通過被動或主動調光》。
舉個例子，假設戶外草地區域亮度為2500尼特，如果你想實現8：1的對比度，那麼需要將AR顯示模組的亮度調到2500尼特，並將環境光調暗4倍左右。
如果是在常見的birdbath+OLED AR眼鏡中，如果屏幕亮度僅100尼特，那麼遮光罩需要遮擋99%的環境光，才能達到8：1對比度。
然而，帶上遮光率99%的AR眼鏡出門走路，幾乎看不見外面的環境，很危險。
因此結論很明顯，在戶外使用AR需要足夠高的透光性和足夠高的亮度，但同時還需要足夠高的對比度，因此設計出在戶外使用的AR眼鏡具有很高的挑戰性。
即使搭配上遮光罩，AR顯示模組的亮度也需要達到數千尼特。
就拿Lumus Maximus舉例，它的亮度超過3000尼特，但在戶外場景中，可能還需要一定程度調暗背景《比如使用遮光罩》。
值得注意的是，AR對亮度的高要求，也提升了對光學設計效率的需求。
對比相同視場角和眼動范圍的衍射光波導方案，Lumus Maximus的效率約高3到7倍，在亮度和耗電量方面，也比基於birdbath+OLED的方案效率高30多倍。
對於在戶外使用的AR眼鏡來講，為了保證設備足夠便攜，通常電池尺寸、重量需要優化，那麼高效的AR光學將有助於省電，以及減少散熱。
參考設計不會發售
由於Niantic與高通合作開發的AR眼鏡是參考設計，可能並沒有嚴格去限制成本，Guttag認為可能短時間內不會面向消費者發售。
未來，Niantic可能會尋求硬件廠商合作完成設計和生產，或是在參考設計基礎上，吸引AR應用開發者來創建內容生態。
不過目前，Niantic並未明確公佈設計戶外AR眼鏡的原因。
為了驗證自己的猜想，Guttag分別聯系了Niantic和Lumus，兩家公司對此拒絕回應。
因此Guttag認為，如果這兩家公司想要正式合作，可能早就宣佈了。
實際上，Lumus可能是作為關鍵技術供應商，向Niantic提供了AR光學技術。
此前Intel就曾要求使用其技術的硬件廠商標明Intel Inside標志，但Lumus顯然不是Intel那樣規模的大公司，影響力要小得多。
盡管Niantic並未標明AR光學的來源，但卻多次強調其AR眼鏡是與高通合作設計，基於高通驍龍技術，實際上這樣的合作與技術關系不大，更重要的是依托於高通的XR業務和營銷能力。
除了Lumus，Niantic還有其他選擇嗎？
Kral Guttag認為，Lumus Maximus在戶外使用的亮度、效率、尺寸、重量和圖像質量方面具有顯著優勢，而且還生成與衍射波導相比具有成本競爭力。
值得注意的是，Lumus幾乎是唯一一家開發了大於50°FOV、高於85%透光率、亮度超過2000尼特/瓦的AR光公司。
此外，與大多數其他技術相比，Lumus Maximus的『前向漏光』問題並不明顯。
相比之下，Kral Guttag也比較好奇的是，為什麼Snap斥資5億美元收購WaveOptics，該公司雖然是行業內優秀的衍射波導廠商之一。
但其亮度和效率不夠好，並且圖像質量不如Lumus Maximus。
Kral Guttag認為，Snap與其花費5億美元，還不如購買更先進的技術。
參考：KG