ODM巨头和硕VR眼镜参考设计全揭秘

    文/VR陀螺 小钻风
    1月,彭博社曝出苹果将在2022年推出首款AR/VR头显,同时有行业消息称苹果头显的各个组件将主要由台湾制造商提供。
    富士康(鸿海)提供零件模块,处理器将由台积电制造,摄像头镜头将由Largan Precision和金国光生产,最后的组装订单还处于和硕与广达电脑两家供应商竞争的状态。
    AR/VR头显苹果方面未做出官宣,最后的组装订单花落谁家目前还没有明确消息,但和硕在VR头显方向上已经再迈出一步,率先向美国3M公司提出合作需求,并于近期推出独立VR头显参考设计:VX6,并计划于下半年开始量产。
    两大电子代工巨头的AR/VR重要竞争方向:光学技术
    和硕与广达电脑这两大电子代工巨头同为苹果长期代工合作伙伴,是多年的强竞争关系。随着全球AR/VR设备出货量的增长,两家厂商在该领域的竞争愈演愈烈。
    在大厂AR/VR设备的代工竞争中,广达电脑曾拿下第二代Oculus Rift生产订单,是微软MR头显合作代工厂,而和硕曾争取到第三代谷歌眼镜生产订单,此次双方又共同陷入苹果AR/VR眼镜的组装订单竞争中。
    不仅仅是争取等待ODM订单,两大电子代工巨头在AR/VR产业还会进行产业布局,以及联合厂商推出AR/VR头戴式设备参考设计。其中布局与合作的一个重点就在于:光学技术。
    广达电脑很早便开始投入AR眼镜研发,希望通过光学技术的突破获得成本优势,广达电脑董事长林百里还曾打趣说:“广达将变成光学公司。”
    早在2016年,广达电脑便在以色列AR眼镜光学方案厂商Lumus 4500万美元的融资中起领投角色,并与其达成合作为Lumus的AR眼镜生产镜头。Lumus还曾获HTC、阿里巴巴、水晶光电、盛大等众多大厂投资。
    2020年11月,广达电脑宣布与意法半导体联手,探索光学领域的设计方案,共同研发AR智能眼镜参考设计。
    而和硕在AR/VR产业的竞争布局中,同样注重光学技术,联合光学技术厂商制造硬件是其重要方向之一。
    2019年中旬,和硕曾联合英国AR眼镜公司Wave Optics推出重量仅136g的超轻量无线AR眼镜AiR,并在AWE正式亮相。
    WaveOptics是世界知名衍射波导元件的设计和制造商,衍射波导元件是AR眼镜的关键光学元件。
    此次与和硕联手的3M公司创立于1902年,以科技改善生活为理念的3M是世界知名多元化科技创新企业,产品横跨多个领域,在显示解决方案上有自己的研发专利:3M HARP(High Acuity Reflective Polarizer),新型3M?高敏反射偏振器。
    这次合作推出新型基于短焦光学方案的独立VR头显参考设计VX6,相较于市场上已有的独立VR头显,在陀螺君看来最大的两个特点在于外型设计的简洁轻薄,以及搭载了3M公司专利产品新型折叠式光学透镜组件。
    头显之所以轻薄,重要原因恰恰在于其背后的光学方案,或者说3M公司提供的折叠式光学透镜组件。
    形态的轻薄化与光学方案的优化,是目前无论是VR头显还是AR眼镜的重要迭代方向。我们也可以看到超短焦光学方案作为头戴设备的“瘦身良药”正在成为主流。
    从陀螺君的审美,单从外型设计上来看,VX6作为一款独立头显颜值吊打同类产品。
    据介绍,VX6头显设计方案所采用的3M新型折叠式光学透镜组件,包括一个曲面玻璃透镜和3M HARP,可支持高分辨率、高投射率、宽视场角、更短光路和更轻薄的整机设计。同时,VX6共配备4个摄像头,可支持头部6DoF定位追踪,其视场角为95度,支持眼镜用户。
    除此之外,VX6参考设计还采用高通骁龙XR2平台,其具备的Wi-Fi 6性能可支持VX6实现超快速下载,创造一个真正的无线零速差虚拟现实环境。
    我们可以就这款采用3M公司新型折叠式光学透镜组件的高颜值VR一体机,进行更细致的观察。
    VX6全拆解
    高颜值VR一体机里面有些啥
    据展示,VX6整机色调为金属灰,眼镜与头带部位为黑色,外型设计简洁,配重均匀,较市场面上很多独立头显更为小巧、轻薄。VX6为参考设计头显,其主外壳可更改为任何其他设计。
    
    3M&和硕:VX6独立头显
    可以看到,头带采用配色一致的一体式镜架与小巧的眼镜部分相连接,使整机呈单一环状设计,美观、平衡感好而且便于穿戴,不会弄乱发型。
    
    VX6一体式镜架设计 头显背后部分面积相对较为宽大,便于佩戴时头显的固定,同时,VX6的电池放置在头显背部位置,以便更好的分配头显重量,减轻面部和颈部压力。
    
    VX6背部设计 头显背部有一个调节轮,用户可通过旋转头显背部的调节轮来调节头带,据介绍,该头带调节设计适用于99%的人类头部大小。从演示来看,头带随着调节轮的旋转伸缩自如,可调范围较大,稳固性较好。
    
    调节轮调节头带大小 在头显的设计组装上,VX6为戴眼镜的人群设计有眼镜垫片,有需要的用户可将设备的面罩取下,将面罩与眼镜垫片组装在一起后,重新与头显进行安装。安装好后,佩戴眼镜的用户在佩戴头显时,面罩会与用户的眼镜相契合。
    
    眼镜垫片安装
    VX6的面罩采用柔软的透气泡沫材质,触感较好,据介绍,是因为面罩上附着有冷却纤维,以提高佩戴者的舒适感。 在舒适感的设计上,除了轻薄的设计、良好的平衡感外,眼罩旁边设置有一系列小孔,这些小孔为通风孔,属于和硕的专利设计。独立头显的运算单元集成在面部位置,在头显运行时,通常会有一定程度的发热,而这些通风孔可产生冷却的气流输向额头,减缓发热感,提高用户佩戴的舒适度。
    
    通风孔设计 头显镜头配有RGB全彩色摄像头,并且支持MR功能。用户通过头显上方开关键旁边的透视功能按钮,可以让VX6的视野在VR世界与现实之间做切换,此前根据曝光的苹果专利有人猜测未来的苹果头显同样具备这项功能。
    
    透视按钮
    VX6采用头部6DoF追踪方案,6DoF单目摄像头设置在眼镜下方位置,微微向下倾斜,并且有外侧倾向,这是为了拥有更大的视场角,更准确的追踪而设计。据介绍,其视场角为95度。
    
    6DoF单目摄像头 头显的空间立体扬声器隐藏在一体式镜架中,可以让扬声器更贴近佩戴者耳朵,从而提高音效。该空间立体扬声器频率范围较大,在200Hz～14KHz,不仅可以产生相对低沉的声音,也可以产生高清晰度的高音,提高佩戴者的沉浸感。
    再看VX6头显的重要组成,同时也是该头显最大特点之一的镜头模块,其镜头模块采用折叠式光学系统,又叫作Pancake光学系统,体型小巧,经测量只有2．4厘米厚度,比市面上的多数镜头都要薄。 镜头模组厚度的减小能很大程度上实现VR设备的轻薄化,常见的菲涅尔透镜厚度大约是折叠式光学透镜模块的两倍。因此近两年,超短焦正在成为主流。 
    将镜头模块拆开来看,由显示器、分束镜(偏振分光镜)与3M HARP(3M?高敏反射偏振器)三个部分组成。其中,3M HARP与设计精确的曲面透镜、线性偏振器、反射偏振器的组合是3M公司的核心技术。 首先看下显示器,要想获得高清图像,显示器非常重要,这块2．1英寸的LCD显示器具有1058PPI与90Hz帧速率,这样的高分辨率意味着佩戴者可通过设备更清楚地看到图像的细节。
    VX6显示器 分束镜是折叠式光学系统的关键,VX6镜头模块中的分束镜表面为50:50镜面涂层,这表示当光照射到分束镜时,它只会让50%的光通过,会对另外50%的光进行反射。在分束镜的另一面是1/4波片(Quarter-wave plate),其作用在于使线性光变成圆形光,或是将圆形光转换为线性光。
    
    分束镜
    我们可以看看当光照射到镜头模组时所产生的光路。当光从显示器射出时,因为在设计时显示器上装有圆形偏振器,因此发出的光为圆形光束,而非常规的发散型光束。
    首先,光束会透过分束镜,在经过分束镜第一层表面50:50镜面涂层时,只有50%的光通过入射到第二表面,也就是圆形偏振器,此时圆形光束会变成线性光束通过。 通过的线性光束入射到3M HARP表面,经反射返回分束镜圆形偏振器表面变成圆形光束,并到达50:50镜面涂层被反射后成为线性光束,并通过3M HARP进入人眼。
    
    3M HARP 之所以要进行多次的反射、穿透与光束形态的转化,其目的在于改善图像质量。反射次数越多,穿透的次数越多,图像呈现效果越好。
    折叠式光学系统拥有较好的对比度,能让图像更为清晰,并且可以识别更高的分辨率,最后反映在用户眼中,则是在图像中看到更多细节。同时,较大的FOV则让用户在虚拟的世界中沉浸感更足。
    VX6镜头中的虚拟世界
    佩戴VX6,透过镜头观察虚拟世界,视野较为清晰,默认视野为一个暖色调房间,房间中的家具被和硕设计为互动家具,家具与部分功能相对应。
    
    图源:3M 用户点击书架可进入应用程序,点击电视可进入媒体播放器,在媒体播放器页面选择VR视频播放软件《Youtube VR》可观看电视。
    
    VX6观看记录片
    视野的中下方位置有一条菜单栏,可以看到《 Media Player》、《3D Viewer》 等图标。《3D Viewer》用于在头显中浏览3D对象,用户可持手柄对物体进行放大与缩小,以VX6头显3D模型为例,除了进行放大、缩小,还可以对头显各个组成部分进行拆解观察。据介绍,用户可通过3D模型库对任何模型进行下载。
    
    图源:3M 
    同样,作为参考设计头显,VX6除了主外壳可进行修改外,其内置系统也可根据需要进行扩展或修改。 总体而言,VX6从外型设计到光学方案、显示效果等各方面都值得期待。尤其是其带有双折射反射偏振片的折叠式光学器件与高颜值轻巧外型设计。
    ODM与光学技术厂商组合推动AR/VR设备进化
    VR头显的光学方案一直是市场关注的重点,光学方案的改进除了意味着更清晰的图像,还意味着形态的进化。超短焦光学方案作为VR头显设备轻量化利器,已成为主流。
    而ODM巨头厂商在与光学技术厂商组合中寻求AR/VR头戴式设备的进化,试图从光学技术方向突破,拉低AR/VR头戴式设备的成本,与此同时还对形态进行了优化,这对AR/VR产业而言,无疑是利好消息。
    对和硕而言,推出有迭代意味的完整VR头显,之后如果拿下苹果AR/VR头显的组装订单,将为其将来在AR/VR头戴式设备的生产中带来更多供应链公司的合作。