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Molex/舒适和减重:微型化为虚拟现实头显带来三大突破

日期: 2024-03-28
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随着远程互动的蓬勃发展,随后出现的元宇宙,以及近期Apple Vision Pro的问世,这个愿景进一步照进现实。同时,AR/VR设备的广泛应用也面临着巨大的障碍。尽管在外科医疗技术培训和学习如何操作制造设备等专业应用领域,AR/VR设备的使用有所增加,但迄今为止,消费者方面的使用仍然局限于游戏等少数领域。

AR和VR设备的应用存在着各种各样的障碍,比如颈部和眼睛疲劳,以至用户体验,大多关于舒适度。未来的AR/VR设备在设计时必须首先考虑舒适性,由于无绳VR头显可能包含显示屏、光学系统、不断增多的传感器种类、触觉设备、外部摄像头、音频和语音系统、无线连接、电池、渲染虚拟环境的处理能力,以及防止处理器过热的冷却系统,这是一项艰巨的挑战。而这仅仅考虑了头显内部的因素,从外部来看,头显外壳本身必须坚固耐用,能够耐受磨损,并且足够轻便,可以长时间佩戴使用。


对于这些障碍,虽然没有放之四海皆准的单一解决方案,但许多问题都可以通过设备内电子元器件的微型化来解决,特别是与连接有关的问题。毕竟,更小的组件意味其重量更轻,而更轻的头显是提高舒适度的关键。这不仅仅是为了减轻重量,同时为了改善功能性。


除了减轻重量之外,微型化连接解决方案还将在三个方面推动AR/VR设备的应用,从而开创头显舒适性和功能的全新时代。每个方面都代表着众多设计挑战,其中许多是出乎意料的。



对于许多人来说,VR设备的好坏取决于它为用户提供的沉浸感,而关键就是设备内显示屏的质量,比如将 OLED 或 microLED 显示屏缩小到邮票大小,同时提供至少 90 Hz 的刷新率和超过 4K 的分辨率,这会带来一系列挑战,例如:

断增加的电子密度增加了电磁干扰(EMI)的风险

随着分辨率提高,信号完整和噪声问题也会越来越严重。

分辨率较高的显示屏会产生较多热量,并且更容易受到电压下降的影响



微型化连接器不仅节省了空间,还集成了电磁干扰屏蔽、创新引脚布局、热缓减功能,甚至是便于组装的特性。微型化还减少了显示屏对电池性能的影响。滑铁卢大学(University of Waterloo)的研究团队开发出更节能的显示屏,采用固态照明设计和先进电子电路,可将电池使用寿命延长 30%,同时降低制造成本。



此外,微型连接器还能实现创新的显示功能,比如利用内置眼球跟踪系统实现的注视点渲染,只在眼睛聚焦的地方渲染高质量图像,从而最大限度地降低所需的处理能力。这种注视点渲染可以同时减轻显示屏和处理器的负担,但更先进的注视点渲染技术需要在头显内为摄像头或其他光学传感器腾出空间。



显示屏只是VR头显视觉系统的一部分,另一部分是光学系统。虽然光学镜片似乎不会受到微型连接器直接影响,但其对清晰度和性能的影响可能非常大。


在光学系统中,空间是最重要的,并且受到物理定律的严格限制。镜片的尺寸、形状、厚度和基底决定了佩戴者的视野范围和观看效果,这影响光学失真以及头显的整体重量和占位面积。像差即色彩开始混合和模糊,尤其是在物体外侧,这一直是此类视觉系统必须克服的问题。


如今的头显已开始从笨重、易产生像差的菲涅尔透镜转向更精简的薄饼透镜。与菲涅尔透镜相比,薄饼透镜拥有众多优点,如减少像差和减少对软件图像校正的依赖,但它们会吸收更多的光线,因而需要在头显内为更明亮的 OLED 和 microLED 显示屏腾出空间。 


微型化连接器还为更先进的光学系统创造了条件,从而在电子和光学装置之间架起了桥梁,如通过施加电压来调节焦距的可调液晶透镜。这样就不再需要较大的传统光学装置设计,并且降低了头显从面部突出的程度。





微型化连接器还能如何改进光学系统?






  • 光学透镜对温度变化非常敏感。微型连接器可以提高热稳定性,并且减少光学误差。

  • 光学系统必须专门对准以保持视觉清晰度,但其性能可能因用户而异。未来的VR设备必须适应佩戴者自身的视觉偏好和弱点。微型连接器可以减少机械应力,改善即插即用功能,允许用户更换镜片,从而提升光学系统的模块化、对准和稳定性。



当今功能最强大的AR和VR系统需要通过电缆连接到外部计算机,通过其处理能力实现更逼真的图形、照明和整体视觉沉浸感。虽然这对安坐办公桌的用户可能没有什么影响,但将头显拴住计算机会带来限制,容易发生意外断开,还会增加受伤的风险。


这些设备的未来趋势是完全独立的无绳装置,能够提供从现实世界无缝过渡到虚拟世界所需的高分辨率体验。但这并不仅仅意味着性能更强大的CPU、GPU甚至专用人工智能处理芯片,真正的虚拟体验还需要额外的传感器:为了给大量传感器和处理器留出空间,同时确保稳定的电源和即时、可靠的数据传输,以及在常见的突发移动和振动等条件下保持设备的耐用性,微型化连接器是必不可少的。


与显示屏一样,如此密集的传感器和计算组件可能会增加电磁干扰、影响信号完整性并扩大发热风险。更高的设备复杂性也会使更多组件面临因振动、快速加速和其他使用影响而造成损坏的风险。在创造身临其境的体验时,这些因素可能会导致延迟、眼睛疲劳和高温,引起身体不适以及干扰整体操作。 


此外,VR的未来发展可能不仅仅是镜片可更换的模块化光学系统,而是可以随时添加和移除处理器甚至传感器的完全模块化设备。微型连接器可降低升级过程中因复杂布线干扰而造成损坏或差错的风险,从而提高模块化程度。




AR和VR技术的未来发展取决于舒适性和身临其境的消费者体验。然而,舒适不仅仅意味着减轻重量和前部沉重感,还意味着消除眼睛疲劳、允许自由移动以及最大限度地减少输入和反馈中的延迟和其他延迟。


这正是 Molex莫仕在微型化领域广泛的工程专业知识和成熟发展历史的优势所在。我们广泛的微型化互连解决方案组合旨在应对 AR和VR设备的诸多难题,同时确保耐用性和可靠性。



为了满足消费者对更小、更轻、更多功能和更舒适之设备的期望,微型化已成为OEM厂商的必然选择。Molex莫仕全球多学科团队通过与客户合作推动创新,涵盖从最初的设计阶段到制造和按时交货,以满足消费者的需求。



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