AR隐形眼镜拉近元宇宙的距离

最早的大型计算机需要占用整个房间。半个多世纪后，电子产品和计算机领域的持续创新促使组件越来越小型化。如今，显示器行业可以制造出直径小于5毫米的微型显示器设备。最引入关注的是，有些新型微型显示器的尺寸与人类瞳孔的大小相当，而且其中一部分经过专门设计，可以用作隐形眼镜。

旧理念与新材料相结合

通过使用可与眼睛表面接触的材料来矫正人类视力的原理，实际上可以追溯至16世纪。当时，列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）曾做过透过水观看事物的实验。20世纪30年代，一位美国科学家发明了一种玻璃和塑料复合的镜片，即我们如今所知的隐形眼镜的前身。¹ 20世纪50年代，隐形眼镜取得了商业上的成功，到20世纪60年代末，隐形眼镜的厚度已达到仅0.10毫米。^.2 在接下来的20年里，镜片领域不断创新，相继推出了使用水凝胶材料的软镜片、多焦点和复曲面镜片（可帮助老花眼和散光患者）以及使用更方便、更卫生的一次性镜片。

20世纪80年代，材料技术进步使得业界开发长时间佩戴型隐形眼镜成为可能。这种隐形眼镜重量轻，含水量高，透氧性佳，甚至睡觉时也可以安全、舒适地佩戴。与此同时，有色镜片也进入了市场，其可以改变佩戴者眼睛的颜色外观，比如从天然的棕色变成鲜艳的蓝色。如今，有色隐形眼镜已变得司空见惯，举例来说，演员在电影中佩戴以营造怪物或外星人的感觉、作为万圣节服装的一部分、日常出于美观目的而佩戴等。

20世纪80年代的复古有色隐形眼镜广告： “Softcolors^®。轻松获得一双你希望天生拥有的眼睛。”（图片© Ciba Vision）

自20世纪90年代后期开始，硅水凝胶（SiHy）成为大多数隐形眼镜制造商使用的材料。这种材料能够使所通过的氧气量增加五倍³，，从而更有助于使眼睛保持清新、舒适。此外，水凝胶材料还能吸收更多的水分，使镜片变得非常柔韧，可轻松贴合佩戴者的眼睛形状。举例来说，博士伦（Bausch + Lomb）于2020年推出了硅胶水凝胶一次性软镜片，可以在长达16小时的佩戴时间内始终保持96%的水分含量。⁴ 

智能镜片和隐形眼镜显示器

21世纪，市场上出现了“智能”隐形眼镜，一种配有嵌入式电子设备的隐形眼镜。这种隐形眼镜是专为医疗应用而开发的，不仅仅是用于简单的视力矫正。举例来说，一些新型镜片可以增强视力受损较为严重甚至失明患者的视力，或者用于治疗视网膜病变。⁵此外，美国食品药品监督管理局（FDA）已批准一种名为 Triggerfish^®的镜片，该镜片可以持续监测眼压和眼容量变化，这是治疗青光眼的关键指标。

嵌入无线传感器的智能镜片可以监测青光眼患者的眼压。（图片© Sensimed） 

一项受到广泛关注的新应用是，基于智能镜片的电子功能，将隐形眼镜用作显示器，将这种隐形眼镜直接配戴在眼睛上，取代标准头戴式AR/VR硬件设备。一旦该新应用得到完善，隐形眼镜显示器不仅会比一副AR眼镜使用更方便、干扰更小，而且可以在更宽广的视野范围内显示图像。由于隐形眼镜覆盖了整个视网膜，因此所显示的图像可以覆盖佩戴者的整个视野范围。

市场上面世的首款AR隐形眼镜产品原型现已准备好进行测试，该产品由位于美国硅谷的Mojo Vision制造。这款隐形眼镜配备microLED显示器，号称“世界上尺寸最小（直径仅为0.5毫米）、像素最密集（像素间距仅为1.8微米）的显示器”。⁶该产品宣称拥有：

• 每英寸14,000个像素
• 5GH超低时延无线电通信，以流媒体形式传输AR内容
• ARM 处理器
• 通过定制配置的加速度计、陀螺仪和磁力计进行连续眼动追踪
• 医疗级镜片内电池
• 眼控用户界面

Mojo公司推出的这款隐形眼镜的工作原理是，通过无线电信号与一台可以像项链一样佩戴在颈部的外部控制器进行连接。

Mojo Vision公司开发的AR隐形眼镜原型。（图片© Mojo Vision）

另一家公司InWith正在与博士伦的水凝胶隐形眼镜合作，开发“世界首款软性智能隐形眼镜”⁷ 。这款隐形眼镜已在2022年国际消费电子展（CES 2022）上正式亮相，是一种一次性隐形眼镜，据InWith公司首席执行官Michael Hayes估计，其价格大约是传统一次性软镜片价格的两倍。与许多传统型AR设备一样，InWith隐形眼镜将与用户的智能手机搭配使用。

InWith 隐形眼镜及所配备电子设备的特写镜头。（图片© InWith）

AR/VR隐形眼镜的应用

从理论上讲，您在智能手机上看到的任何东西都可以通过AR设备（无论是头戴式还是隐形眼镜式）显示。这类AR隐形眼镜显示器最常见的用例与其他AR设备（如智能眼镜）的用例相同：在透明表面上显示导航、通信警报、时间和天气状况等信息，而且背景环境保持清晰可见。

对于有视力障碍的人们来说，AR/MR隐形眼镜功能可能是一个福音。许多传统型AR/VR硬件设备包含用于“映射”视觉环境的系统。AR/MR隐形眼镜无需使用这种映射系统来与所显示的信息进行整合，而是将有关真实环境的信息直接呈现给佩戴者，以帮助他们更清晰地“看到”周围的世界。
由于隐形眼镜显示器能够覆盖用户的整个视场，一些专家建议也可以将其用于创造类似于 VR设备的沉浸式体验。毫不夸张地说，未来，元宇宙可能会就在我们眼前出现。

确保XR设备的质量

所有类型的AR、VR和MR（统称为XR）光学系统的共同点在于，无论是硬性玻璃屏幕还是软性隐形眼镜，都需要进行严格的性能和视觉质量测试。直接显示在佩戴者眼前的图像必须清晰、易读，并且无任何可觉察的缺陷。此外，显示器还需要避免任何时延、双眼差异及其他可能导致用户出现晕动症或失去方向感的问题。

瑞淀提供多种解决方案，用于测量和检测AR/MR和VR显示器。许多世界领先的XR设备制造商选择在研发实验室和生产线上使用瑞淀的ProMetric® 成像亮度计和色度计 ，从人眼感知的角度准确测量和量化显示器图像的亮度（照度）和色彩（色度）。

瑞淀独特的AR/VR 镜头和正在申请专利的XRE 镜头解决方案经过专门设计，提供近眼显示开发商和制造商们所需的灵活、准确且可重复的测量，用于可靠评估XR设备和组件的性能。从VR显示屏到透明AR/MR显示器、波导和光学元件，以及从0.5米到无限远可变焦距下的投影图像，瑞淀系统可以帮助开发商和制造商们缩短在所有组件阶段测试XR产品的时间，进而缩短产品上市时间，并降低生产成本。如需了解更多信息，请观看瑞淀举行的以下网络研讨会：“从人眼感知的角度测试XR显示器：适用于头戴式设备内部测量的灵活光学解决方案。”

引用文献

1. Callan Smith-Shereen, “A brief history of contact lenses.” VisionDirect UK, July 18, 2017.
2. Ibid.
3. Ibid.
4. “Bausch + Lomb launches daily disposable silicone hydrogel.” Primary Care Optometry News, September 9, 2020.
5. Stephen J. Vincent, “The use of contact lenses in low vision rehabilitation: optical and therapeutic applications.” Clinical and Experimental Optometry, 2017 Sep; 100(5):513-521. doi: 10.1111/cxo.12562. Epub 2017 Jun 29. PMID: 28664572. 
6. John Koetsier, “Mojo Vision’s Smart Contact Lens: Ready for Real-World Testing.” Forbes, May 18, 2022.
7. Andy Altman, “InWith promises world’s first soft smart contact lens.” CNET, January 9, 2022.
8. Ibid.