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Der ultimative Leitfaden für AR-Linsen und deren Bedeutung

Die vom AR/aR-Hersteller für seine Smart Glasses gewählte und entwickelte Linse ist eines der entscheidenden Merkmale der Smart Glasses. Sie bestimmt den Preis, den Formfaktor, die wahrgenommene Anzeigequalität und vieles mehr. Die Weiterentwicklung des Wellenleiterlinsendesigns und dessen Massenproduktion hat zu einer Flut von dünnen und leichten aR/AR-Smart-Brillen geführt, die vor allem auf dem chinesischen Markt zu finden sind.

Es stellt sich die Frage, welche drei aR/AR-Glasdesigns es gibt, worin die Unterschiede bestehen und wie sich dies in den letzten Jahren auf den Markt für Smart Glasses ausgewirkt hat.

Das Wellenleiter-Linsen-Design ermöglicht den jüngsten Aufschwung der AR-Brillen

Eine Technologie, die bei der Diskussion über Smart Glasses und deren Aufstieg übersehen wurde, ist die Massenproduktion und die Größenvorteile des Waveguide-Glasdesigns. Ein Linsendesign, das im Vergleich zu den vorherigen sogenannten Birdbath- und Bug-Eye-Designs vielseitiger ist, eine höhere visuelle Klarheit erreicht und weniger Doppelbilder, bekannt als “Ghosting”, aufweist.

Damit Augmented Reality funktioniert, müssen Licht aus der realen Welt und das Licht der digitalen Displays gleichzeitig in die Augen des Benutzers gelangen. Um dies zu erreichen, werden je nach gewählter Waveguide-, Birdbath- oder Bug-Eye-Technologie Spiegel, Linsen und/oder Prismen eingesetzt.

Die TCL Nxt Wear Air nutzt ein holografisches Wellenleiterdesign, wie die HoloLens 2, während die Magic Leap One und die Oppo Air Glass die diffraktive Wellenleitertechnologie verwenden. Im Gegensatz dazu verwendet die Nreal Light ein völlig anderes optisches Design namens Birdbath.

Die Unterschiede zwischen Waveguide, Birdbath und Bug-Eye bestehen darin, dass Bug-Eye und Birdbath in der Vergangenheit aufgrund der niedrigeren Produktionskosten häufiger verwendet wurden, während die Wellenleitertechnik noch in der Entwicklung war.

Birdbath-Linsen

Birdbath verliert einen Großteil des Lichts, das vom Display zu den Augen des Trägers zurückgeworfen wird. Infolgedessen haben Birdbath-AR-Brillen in der Regel dunklere Gläser, um dies zu kompensieren, was vom eigentlichen Zweck der erweiterten Realität ablenkt: die reale Welt für den Träger zu verdunkeln. Darüber hinaus wird das Birdbath-Glas von “Geisterbildern” geplagt.

Birdbath hingegen hat bekanntermaßen ein höheres Sichtfeld und kann in der Regel zu niedrigeren Kosten hergestellt werden – wenn auch zu höheren als Bug-Eye – und ermöglicht einen schlankeren Formfaktor als Bug-Eye-Linsen.

Bug-Eye-Linsen

Bug-Eye arbeitet mit einem Einwegspiegel, der ein LCD-Bild auf ein Stück Glas reflektiert, das der Träger sehen kann. Das bedeutet, dass das endgültige Headset groß und klobig sein muss, damit das Sichtfeld groß genug ist. Da Bug-Eye jedoch nur einen Spiegel verwendet, sind die Produktionskosten am niedrigsten, was zu erschwinglichen Endverbraucherpreisen führt, mit denen ein breiterer Markt angesprochen werden kann.

Kurz gesagt:

  1. Bug-Eye ist in der Herstellung am billigsten, aber groß und klobig im Formfaktor.
  2. Das Birdbath ist in der Herstellung teurer als das Bug-Eye, aber günstiger als der Wellenleiter. Außerdem ermöglicht das Birdbath ein schlankeres Design. Andererseits sind die Linsen dunkel, und es kommt häufig zu Ghosting-Effekten.
  3. Wellenleiter sind in der Massenproduktion am teuersten und weisen eine fortschrittlichere Technologie auf, ermöglichen aber einen sonnenbrillenähnlichen Formfaktor, der für ein breiteres Zielpublikum attraktiver ist. Darüber hinaus hat die Skalierung der Produktion den Wellenleiter weniger kapitalintensiv und für aR/AR-Hersteller leichter zugänglich gemacht.

Wellenleiter-Linsen

Die neuere Wellenleiter-Option profitierte in den letzten Jahren von Größenvorteilen und Fortschritten bei der Herstellung, wodurch die Produktionskosten für dieses fortschrittliche Linsendesign gesenkt werden konnten. Aus diesem Grund haben wir einen Anstieg bei leichten und dünnen AR-Brillen mit einem niedrigeren Preis gesehen, kombiniert mit einer lockereren Haltung der Verbraucher in Bezug auf die Privatsphäre: etwas, wofür die ursprüngliche Google Glass im Jahr 2012 kritisiert wurde. Darüber hinaus haben Waveguide-Displays eine höhere wahrgenommene visuelle Qualität mit größerer Klarheit und geringerem “Ghosting”.

Massenproduktionen von Wellenleiter-Displays von Unternehmen wie DigiLens, in die Samsung während der DigiLens’ Series D Fundraiser erheblich investiert hat, gibt es bereits.  Die neueste Wellenleitertechnik hat die Kosten für die Nutzung dieser Linsentechnologie gesenkt und damit eine Flut von dünnen, eleganten und leichten AR-Brillen auf den Reality-Markt gebracht.

Die beiden verschiedenen Wellenleiterdesigns und ihre Unterschiede

Bevor wir uns mit den Unterschieden befassen, sollten wir zunächst die Grundlagen klären.

Die Waveguide-Technologie erklärt sich schon aus dem Namen: Es handelt sich um ein Linsendesign, das das Licht umleitet, bevor es in die Augen des Trägers eintritt: daher der Name “Wellenleiter”.

Im Allgemeinen bestimmen die Unterschiede im Wellenleiterdesign, wie die Linse selbst das Licht vom Display im Glas reflektiert, bevor es in die Augen des Trägers gelangt.

Das geometrische Wellenleiterdesign

Geometrische Wellenleiter verwenden mehrere transflektive (eine Kombination aus Transmission und gleichzeitiger Reflexion von Licht) Spiegel und Prismen, um das Licht vom Display zu den Augen des Trägers zu leiten. Diese Wellenleiterlösung zeichnet sich durch mechanische Toleranz, einfache Formgebung und Ergonomie aus und bietet im Allgemeinen mehr Raum für die Gestaltung von Benutzeroberflächen wie z. B. Touch-Bedienelementen.

Der geometrische Waveguide bringt jedoch eine allgemein geringere Lichtleistung mit sich, was dazu führt, dass der Bildschirm als weniger brillant wahrgenommen wird, obwohl die Farbdifferenzierung selbst keine Farbe beeinträchtigt. Es ist einfach so, dass das wahrgenommene Bild für den Träger schlechter ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass auf den Brillengläsern selbst Streifen zu sehen sind, die den Träger möglicherweise von der digitalen Realität über der realen Realität ablenken.

Diffraktive Wellenleiterdesigns

SRG-Wellenleiterdesigns

Bei diesem Design wird eine dünne Schicht eines Oberflächenreliefgitters (SRG) verwendet, d. h. eine Reihe von lasergeschnittenen Vertiefungen auf der Oberfläche der Linse: siehe (b) im Bild unten.

Mit anderen Worten: Ausrichtung und Tiefe der Vertiefungen sorgen dafür, dass das Licht reflektiert und in die Augen des Trägers gelenkt wird. Nehmen Sie eine Glaspyramide und stellen Sie sich vor, was passiert, wenn Sie Licht durch sie hindurchscheinen lassen. Hier sehen Sie, wie das eingestrahlte Licht in das gesamte Farbspektrum gebrochen und linear auf einen Bereich gelenkt wird. Die diffraktive Wellenleiterlinse nutzt das gleiche Konzept.

Interessanterweise wurde ein dreischichtiges diffraktives Patent sowohl von Microsoft als auch von Vuzix übernommen, das wir jetzt bei der neuen Shield-Brille von Vuzix sehen, welche ein holografisches oder binokulares diffraktives Design verwendet.

Vuzix CES Final Roundup

Der Vorteil der diffraktiven Linsentechnologie liegt in der einfachen Massenfertigung, da das geometrische Design nicht durch Formen, Schneiden und Kleben von gestreiftem Glas, sondern durch Lasergravur hergestellt wird.

Außerdem ermöglicht die diffraktive Methode größere Augenabstände, was bedeutet, dass unterschiedliche Gesichtsformen (z. B. Augenabstand) leichter kompensiert werden können, wodurch sich die potenzielle Kundenbasis effektiv vergrößert.

Die Nachteile der diffraktiven Methode sind, dass das Design dazu neigt, die Hälfte des Lichts zu verlieren, das in die Augen des Trägers gesendet wird, während die Farbstreuung ein bekanntes Problem ist, welches die wahrgenommene Anzeigequalität verringert und den so genannten “Regenbogeneffekt” verursacht.

Interessanterweise besteht die Lösung zur Abschwächung dieses wahrgenommenen Regenbogeneffekts darin, verschiedene Schichten von Beugungsgittern zu verwenden, wie es von Vuzix und Microsoft praktiziert wurde. Dadurch wird jedoch das Glas selbst dicker und widerspricht der Norm für das Design von Smart Glasses: dünn, leicht und elegant. Daher gibt es Innovationen, um diese mehrschichtige diffraktive Lösung durch eine einschichtige diffraktive Technologie zu kompensieren. Das finnische Unternehmen Dispelix ist führend auf dem Gebiet der einschichtigen diffraktiven Wellenleiter: ein Unternehmen, das sich Ende 2021 eine Serie-B-Investition in Höhe von 33 Millionen Dollar gesichert hat.

Holographische Wellenleiterdesigns

Schließlich gibt es noch die holografische Diffraktionslinse. Bei diesem Design wird ein dünner Film aus holografischem Material verwendet, der die winzigen Prismen durch Hologramme im Nanomaßstab ersetzt, um das Licht zu bündeln. 

Wie die geschichtete SRG-Variante leidet auch diese Lösung unter dem Problem der Farbstreuung, bringt aber gleichzeitig auch einen Trübungseffekt und ein kleineres Sichtfeld mit sich.

Der Vorteil ist, dass der holografische Wellenleiter in der Massenfertigung noch kostengünstiger ist. Außerdem hat er weder die gleiche Dicke noch das Problem der wahrgenommenen Welligkeit.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der diffraktive Wellenleiter und die erzielten Innovationen den Weg für die Massenanwendung von AR Smart Glasses ebnen. Obwohl für den westlichen Markt noch weitere Bedenken der Kunden erwartet werden, sind die chinesischen Verbraucher im Allgemeinen weniger empfindlich, was Komplikationen in Bezug auf die Privatsphäre angeht.

Der Aufstieg der “Air” AR/aR-Brillen in China

In den letzten Jahren haben wir einen Anstieg der “Air”-Varianten bestehender oder neuer Smart Glasses für AR/aR erlebt. Neue Iterationen, die einen schlankeren, eleganteren Formfaktor und ein Designprofil verfolgen, das durch die Massenproduktion des Wellenleiterdesigns ermöglicht wird.

Oppo Air Glass

Oppo Air Glass wird voraussichtlich im 1. Quartal 2022 in China in begrenzter Stückzahl auf den Markt kommen und sich durch ein monokelartiges Design mit Wassertropfen auszeichnen. In ähnlicher Weise betrachtet Oppo die Kategorie seines Air Glass als assistierte Realität (aR) und nicht als Augmented Reality (AR). Der Unterschied besteht darin, dass aR relevante Informationen auf der Linse bereitstellt, z. B. Benachrichtigungen, während AR ein digitales interaktives Erlebnis bietet, das sich an die reale Umgebung anpasst. Erstere ist weniger rechenintensiv als letztere und daher kostengünstiger.

Es wird erwartet, dass Oppo Air Glass im ersten Quartal 2022 in China in begrenzter Stückzahl auf den Markt kommt und sich durch ein monokelartiges Design mit Wassertropfen unterscheidet. In ähnlicher Weise betrachtet Oppo die Kategorie seines Air Glass als Assisted Reality (aR) und nicht als Augmented Reality (AR). Der Unterschied besteht darin, dass aR relevante Informationen auf der Linse bereitstellt, z. B. Benachrichtigungen, während AR ein digitales interaktives Erlebnis bietet, das sich an die reale Umgebung anpasst. Erstere ist weniger rechenintensiv als letztere und daher kostengünstiger.

Nreal Air

Das Nreal Air ist der Nachfolger des Nreal Light und ist ebenfalls schlanker und eleganter (sieht aus wie eine Sonnenbrille). Darüber hinaus versucht Nreal, sich durch seinen AR-Applikationsspeicher namens Nebula zu differenzieren.

Nreal Air: Full Specification - VRcompare

TCL NxtWear Air

Die auf der CES2022 angekündigte TCL NxtWear Air ist der schlankere Nachfolger der NxtWear G AR-Brille. Die neue NxtWear Air versucht, die breite Marktpräsenz von TCL in China zu nutzen, um das Publikum anzusprechen, während sie auf einen unterhaltungsorientierten Anwendungsfall abzielt. Eine ähnliche Strategie wie bei Nreal, das sich ebenfalls auf Unterhaltung konzentriert. Nreal hat nämlich festgestellt, dass “die Verbraucher heute nach leichteren, aber langlebigeren AR-Brillen suchen, die ausschließlich für das Streaming von Medien geeignet sind”, so der CEO und Gründer von Nreal, Chi Xu.

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

Huawei X Gentle Monster Eyewear II

Obwohl nicht als “Air” bezeichnet und somit der einzige Ausreißer, passt die Huawei Eyewear II in den Trend.

Huawei hat eine Assisted-Reality-Produktlinie namens Eyewear, die Anwendungsfälle als “Ihr nächster intelligenter persönlicher Assistent” bietet. Durch die Partnerschaft mit der südkoreanischen Mode- und Brillenmarke Gentle Monster setzt Huawei auf ein stylisches Gehäuse seiner Eyewear-Smartbrille: ein modisches Statement in Verbindung mit Assisted-Reality-Anwendungen. Die neue und leichtere aR-Iteration heißt Eyewear II und ist auf dem Bild unten zu sehen.

Abschluss

In der Vergangenheit wurden Augmented und Assisted Reality durch die Linsendesigns von Birdbath und Bug-Eye vorangetrieben, zwei klobige und minderwertige AR-Lösungen.

Als die Massenproduktion und Skaleneffekte das neue und fortschrittlichere Waveguide-Design zugänglicher machten, wurde eine Welle von AR- und AR-Brillen in Gang gesetzt. Das Waveguide-Glas bietet sowohl eine höhere Qualität als auch ein dünneres und leichteres AR/aR-Erlebnis. Der Innovationssprung wurde insbesondere durch die einschichtige diffraktive Oberflächenrelief-Gittertechnologie erreicht.

Diese breitere Nutzung des Wellenleiters hat zu einem Anstieg der dünnen und leichten intelligenten AR/AR-Brillen geführt, die vor allem auf dem chinesischen Markt von chinesischen Technologieherstellern angeboten werden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass westliche Verbraucher aufgrund der 2012/2013 eingestellten verbraucherorientierten Google Glass Bedenken hinsichtlich der Privatsphäre haben. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die enorme Innovation von aR/AR-Smart-Brillen in China und anderen asiatischen Märkten auf den westlichen Märkten ankommt.

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