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XR hat gemunkelt, dass Apple ein tragbares XR-Gerät entwickelt oder mit einem OLED-Display ausgestattet ist.

24 Dezember, 2021

By hoppt

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Medienberichten zufolge wird Apple voraussichtlich 2022 oder 2023 sein erstes tragbares Augmented-Reality- (AR) oder Virtual-Reality-Gerät (VR) herausbringen. Die meisten Anbieter befinden sich möglicherweise in Taiwan, wie TSMC, Largan, Yecheng und Pegatron. Apple kann seine Versuchsanlage in Taiwan nutzen, um dieses Mikrodisplay zu entwickeln. Die Branche erwartet, dass die attraktiven Anwendungsfälle von Apple zum Aufschwung des Extended-Reality-Marktes (XR) führen werden. Apples Geräteankündigung und Berichte zur XR-Technologie (AR, VR oder MR) des Geräts wurden nicht bestätigt. Aber Apple hat AR-Anwendungen auf dem iPhone und iPad hinzugefügt und die ARKit-Plattform für Entwickler gestartet, um AR-Anwendungen zu erstellen. In Zukunft könnte Apple ein tragbares XR-Gerät entwickeln, Synergien mit iPhone und iPad generieren und AR schrittweise von kommerziellen Anwendungen auf Verbraucheranwendungen ausweiten.

Laut koreanischen Mediennachrichten gab Apple am 18. November bekannt, dass es ein XR-Gerät entwickelt, das ein „OLED-Display“ enthält. OLED (OLED on Silicon, OLED on Silicon) ist ein Display, das OLED implementiert, nachdem Pixel und Treiber auf einem Siliziumwafersubstrat erstellt wurden. Aufgrund der Halbleitertechnologie kann ein ultrapräzises Fahren durchgeführt werden, wobei mehr Pixel installiert werden. Die typische Anzeigeauflösung beträgt Hunderte von Pixeln pro Zoll (PPI). Im Gegensatz dazu kann OLEDoS bis zu Tausenden von Pixeln pro Zoll PPI erreichen. Da XR-Geräte nah am Auge aussehen, müssen sie eine hohe Auflösung unterstützen. Apple bereitet den Einbau eines hochauflösenden OLED-Displays mit hohem PPI vor.

Konzeptbild des Apple-Headsets (Bildquelle: Internet)

Apple plant auch, TOF-Sensoren auf seinen XR-Geräten zu verwenden. TOF ist ein Sensor, der den Abstand und die Form des gemessenen Objekts messen kann. Es gilt, Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) zu realisieren.

Es wird davon ausgegangen, dass Apple mit Sony, LG Display und LG Innotek zusammenarbeitet, um die Forschung und Entwicklung von Kernkomponenten zu fördern. Es versteht sich, dass die Entwicklungsaufgabe im Gange ist; Anstatt nur Technologieforschung und -entwicklung zu betreiben, ist die Wahrscheinlichkeit ihrer Kommerzialisierung sehr hoch. Laut Bloomberg News plant Apple, XR-Geräte in der zweiten Hälfte des nächsten Jahres auf den Markt zu bringen.

Samsung konzentriert sich auch auf XR-Geräte der nächsten Generation. Samsung Electronics hat in die Entwicklung von „DigiLens“-Linsen für intelligente Brillen investiert. Obwohl der Investitionsbetrag nicht bekannt gegeben wurde, wird erwartet, dass es sich um ein brillenartiges Produkt mit einem Bildschirm handelt, der mit einer einzigartigen Linse versehen ist. Auch Samsung Electro-Mechanics beteiligte sich an der Investition von DigiLens.

Herausforderungen, denen Apple bei der Herstellung tragbarer XR-Geräte gegenübersteht.

Tragbare AR- oder VR-Geräte umfassen drei funktionale Komponenten: Anzeige und Präsentation, Erfassungsmechanismus und Berechnung.

Das Erscheinungsbild tragbarer Geräte sollte verwandte Aspekte wie Komfort und Akzeptanz berücksichtigen, wie z. B. das Gewicht und die Größe des Geräts. XR-Anwendungen, die näher an der virtuellen Welt liegen, benötigen normalerweise mehr Rechenleistung, um virtuelle Objekte zu erzeugen, sodass ihre Kernrechenleistung höher sein muss, was zu einem höheren Stromverbrauch führt.

Darüber hinaus schränken Wärmeableitung und interne XR-Batterien das technische Design ein. Diese Einschränkungen gelten auch für realweltnahe AR-Geräte. Die XR-Akkulaufzeit von Microsoft HoloLens 2 (566g) beträgt nur 2-3 Stunden. Das Verbinden tragbarer Geräte (Tethering) mit externen Rechenressourcen (wie Smartphones oder PCs) oder Stromquellen kann als Lösung verwendet werden, aber dies wird die Mobilität von tragbaren Geräten einschränken.

Wenn die meisten VR-Geräte eine Mensch-Computer-Interaktion durchführen, hängt ihre Präzision in Bezug auf den Sensormechanismus hauptsächlich vom Controller in ihren Händen ab, insbesondere in Spielen, bei denen die Bewegungsverfolgungsfunktion vom Trägheitsmessgerät (IMU) abhängt. AR-Geräte verwenden Freihand-Benutzeroberflächen, wie z. B. natürliche Spracherkennung und Gestenerkennungssteuerung. High-End-Geräte wie Microsoft HoloLens bieten sogar maschinelles Sehen und 3D-Tiefenerkennungsfunktionen, in denen Microsoft seit der Einführung von Kinect durch Xbox ebenfalls gut ist.

Im Vergleich zu tragbaren AR-Geräten kann es einfacher sein, Benutzeroberflächen zu erstellen und Präsentationen auf VR-Geräten anzuzeigen, da die Außenwelt oder der Einfluss von Umgebungslicht weniger berücksichtigt werden müssen. Die Handheld-Steuerung kann auch zugänglicher entwickelt werden als die Mensch-Maschine-Schnittstelle, wenn sie mit bloßen Händen ausgeführt wird. Handheld-Controller können IMU verwenden, aber die Gestenerkennungssteuerung und die 3D-Tiefenerkennung beruhen auf fortschrittlicher optischer Technologie und Bildverarbeitungsalgorithmen, d. h. maschinellem Sehen.

Das VR-Gerät muss abgeschirmt werden, um zu verhindern, dass die reale Umgebung die Anzeige beeinflusst. VR-Displays können LTPS-TFT-Flüssigkristalldisplays, LTPS-AMOLED-Displays mit niedrigeren Kosten und mehr Anbietern oder aufkommende OLED-Displays (Mikro-OLED) auf Siliziumbasis sein. Es ist kostengünstig, ein einziges Display (für das linke und das rechte Auge) zu verwenden, das so groß ist wie ein Mobiltelefonbildschirm von 5 Zoll bis 6 Zoll. Das Dual-Monitor-Design (getrenntes linkes und rechtes Auge) bietet jedoch eine bessere Einstellung des Pupillenabstands (IPD) und des Betrachtungswinkels (FOV).

Da Benutzer weiterhin computergenerierte Animationen ansehen, sind niedrige Latenz (flüssige Bilder, Vermeidung von Unschärfe) und hohe Auflösung (Beseitigung des Fliegengittereffekts) die Entwicklungsrichtungen für Displays. Die Anzeigeoptik des VR-Geräts ist ein Zwischenobjekt zwischen der Show und den Augen des Benutzers. Daher wird die Dicke (Bauteilformfaktor) verringert und eignet sich hervorragend für optische Konstruktionen wie die Fresnel-Linse. Der Anzeigeeffekt kann eine Herausforderung darstellen.

Die meisten AR-Displays sind Mikrodisplays auf Siliziumbasis. Zu den Anzeigetechnologien gehören Flüssigkristall auf Silizium (LCOS), Digital Light Processing (DLP) oder Digital Mirror Device (DMD), Laser Beam Scanning (LBS), siliziumbasierte Mikro-OLED und siliziumbasierte Mikro-LED (Micro-LED on Silizium). Um der Störung durch intensives Umgebungslicht zu widerstehen, muss das AR-Display eine hohe Helligkeit von mehr als 10 Knoten haben (unter Berücksichtigung des Verlusts nach dem Wellenleiter sind 100 Knoten idealer). Obwohl es sich um eine passive Lichtemission handelt, können LCOS, DLP und LBS die Helligkeit erhöhen, indem sie die Lichtquelle (z. B. einen Laser) verstärken.

Daher bevorzugen Menschen möglicherweise Mikro-LEDs im Vergleich zu Mikro-OLEDs. Aber in Bezug auf Farbgebung und Herstellung ist die Mikro-LED-Technologie noch nicht so ausgereift wie die Mikro-OLED-Technologie. Es kann die WOLED-Technologie (RGB-Farbfilter für weißes Licht) verwenden, um RGB-lichtemittierende Mikro-OLEDs herzustellen. Es gibt jedoch kein einfaches Verfahren zur Herstellung von Mikro-LEDs. Zu den möglichen Plänen gehören Plesseys Quantum Dot (QD)-Farbkonvertierung (in Zusammenarbeit mit Nanoco), Ostendos Quantum Photon Imager (QPI)-entworfener RGB-Stack und JBDs X-Cube (eine Kombination aus drei RGB-Chips).

Wenn Apple-Geräte auf dem Video-See-Through-Verfahren (VST) basieren, kann Apple auf ausgereifte Micro-OLED-Technologie zurückgreifen. Wenn das Apple-Gerät auf dem direkten See-Through-Ansatz (Optical See-Through, OST) basiert, kann es erhebliche Umgebungslichtstörungen nicht vermeiden, und die Helligkeit der Mikro-OLED kann begrenzt sein. Die meisten AR-Geräte haben das gleiche Interferenzproblem, weshalb sich Microsoft HoloLens 2 möglicherweise für LBS anstelle von Micro-OLED entschieden hat.

Die zum Entwerfen eines Mikrodisplays erforderlichen optischen Komponenten (z. B. Wellenleiter oder Fresnel-Linse) sind nicht unbedingt einfacher als das Erstellen eines Mikrodisplays. Wenn es auf der VST-Methode basiert, kann Apple das optische Design (Kombination) im Pfannkuchenstil verwenden, um eine Vielzahl von Mikrodisplays und optischen Geräten zu erreichen. Basierend auf der OST-Methode können Sie das Wellenleiter- oder Birdbath-Design auswählen. Der Vorteil des optischen Wellenleiterdesigns besteht darin, dass sein Formfaktor dünner und kleiner ist. Wellenleiteroptiken weisen jedoch eine schwache optische Rotationsleistung für Mikrodisplays auf und werden von anderen Problemen wie Verzerrung, Gleichmäßigkeit, Farbqualität und Kontrast begleitet. Das diffraktive optische Element (DOE), das holografische optische Element (HOE) und das reflektive optische Element (ROE) sind die Hauptmethoden für das visuelle Design von Wellenleitern. Apple erwarb Akonia Holographics im Jahr 2018, um sein optisches Know-how zu erhalten.

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