研发AR隐形眼镜有多难？从备受关注的Mojo Vision来看，这家公司成立了8年时间，累计融资超过2.26亿美元，但由于产品进展和融资受阻问题，不得不大幅裁员、重组，将重心从AR隐形眼镜转移到Micro LED显示业务。
为什么AR隐形眼镜这么难？相比于AR眼镜，AR隐形眼镜似乎距离我们更远，有更多难题需要解决，比如佩戴安全性、显示效率、供电、体积等等。尽管Mojo Vision的重心从隐形眼镜硬件转移，但科研人员们依然在探索不同的方案，旨在寻找一种可行的AR隐形眼镜形态。
Nature近期公布了一篇关于AR隐形眼镜的研究，主要研究人员来自法国大西洋高等矿业电信学校光学系，该方案的特点是基于红外激光源，采用柔性材质。
据了解，该方案由VCSEL（垂直腔面发射激光器）和DOE（衍射光学元件）组成，封装在软性隐形眼镜（SCL）材质中。在研究中，科研人员展示了在SCL隐形眼镜中嵌入一个或两个VCSEL模组，以及眼球追踪传感器的可能性。为什么选择SCL材质呢？科研人员表示：与标准隐形眼镜相比，SCL隐形眼镜的优势是不与角膜接触，且在眼球上较为固定，有足够大的体积来封装电子元件。
不同于Mojo Vision采用的RGP（硬性隐形眼镜）材质，SCL是一种亲水性合成高分子化合物，具有不同程度的含水量，含水量越高，镜片的柔性、弹性和透氧性也更好。相比于RGP材质，SCL更考验显示模组的耐用性。
科研人员指出：随着微电子和柔性基板纳米工艺技术发展，传感器、电路等硬件已可以集成到柔性隐形眼镜中。SCL隐形眼镜由柔性有机玻璃制成，直径为16.5毫米。隐形眼镜和镜框分别内置天线，镜框还可配备额外的传感器，比如摄像头、位置敏感探测器（PSD，用于检测VCSEL光束、追踪眼球运动）。
VCSEL可作为眼球追踪的标记，好处是比瞳孔更容易追踪（降低延迟、缩减硬件体积），但需要有效的校准。而PSD可通过追踪隐形眼镜的发光点来推测人眼注视位置。
此外，科研人员在VCSEL前面放置了一个DOE元件（尺寸1.44平方毫米，与VCSEL的距离为680微米），DOE有两种功能，一种是将激光束准直，另一种则是重塑为十字图案。为了寻找最佳显示位置，科研人员利用DOE可以将图像投射在四段不同的距离：7.5厘米、12厘米、20厘米和无穷远。结果发现，如果VCSEL光束照亮更大的DOE区域，则可在7.5厘米处获得更好的图像质量。
校正VCSEL光束发散的DOE相位图案
值得注意的是，DOE此前曾被用于AR眼镜，比如HoloLens 2，而这项研究似乎首次将DOE应用于AR隐形眼镜。
封装在SCL材质中的电子元件和供电单元集成在一个双面柔性环中，尺寸为内径4.8毫米，外径10.5毫米。此外，搭载了感应供电的红外VCSEL和耦合电容器。可显示95微米大小的光斑。
基于此方案，研究员还推出了一个搭配眼镜框的方案，镜框嵌入的主天线可通过电感耦合为隐形眼镜的VCSEL元件远程供电（隐形眼镜内置辅助天线）。与此同时，DOE可将激光束准直，或在人眼前方特定距离投影AR图案。
应用场景方面，科研人员认为AR隐形眼镜的眼球追踪功能不仅可以用于脑机接口场景，未来在AR/VR系统中，还有望成为通用的输入、交互方式，取代光标、触摸屏、键鼠等传统方案，成为用户与界面互动的更自然方式。通过眼球追踪，不仅可以预测人的意图、指令，甚至还能识别认知负荷。
当然，目前该方案还有一些问题待改善，比如DOE增加了隐形眼镜的厚度，中心厚度达到1700微米，超出了人眼可接受的极限。科研人员指出，未来可探索波导折叠光路+视网膜投影方案，来进一步缩减隐形眼镜的厚度。另外，在隐形眼镜中集成电路意味着透氧性降低，这也限制了AR隐形眼镜的使用时间，未来或许可采用DK值比PMMA更好的材料来改善。
目前，该AR眼镜还未在人眼上测试，初步在兔子上测试的结果显示，它至少可以安全使用30分钟。尽管VCSEL没有明显的发热问题，但AR眼镜的发射功率目前较低，显示效果不够理想。
参考：Nature
