头戴显示器,宅家高科技

文章来源: 中国知识产权报/中国知识产权资讯网
发布时间: 2021/2/4 8:44:00

  2020年,一场突如其来的新冠肺炎疫情影响了全国人民的工作、学习和生活方式,线上会议、线上教育、线上购物逐步成为人们的生活常态。2021年初,随着春节临近,许多人已经按捺不住外出游玩的心,但由于受疫情影响,人们随意出行并不现实,于是不少人开始将目光转向头戴显示器,希望通过头戴显示技术足不出户游遍全球各地,为宅家生活增添色彩。


  头戴显示器本质上就是通过一组光学系统来放大超微显示屏上的图像,将影像投射于视网膜上,以呈现各式各样的应用场景,其包括用于增强现实的穿透式显示器(下称AR头显)、用于虚拟现实的非穿透式显示器(下称VR头显)以及混合现实显示器(下称MR头显)。AR头显在观察到虚拟图像的同时,还可以看到外部环境,能够大幅度提升用户的判断力;VR头显只能令用户观察到内部虚拟图像,看不到外部环境;MR头显将虚拟图像融入到外部环境中,彻底模糊了虚拟与现实的界限,被认为是升级版的AR。


  头戴显示快速发展应用广泛


  头戴显示技术最初被应用于军事侦察,能够让军队身临其境地远程查看危险情况,而后在民事应用上得到发展,先后经历了初步探索、稳定发展和快速发展三个阶段。目前,头戴显示器在航空、航天、船舶、铁道、建筑、土木、科学可视化、医疗、军事、教育、娱乐、通信、艺术、体育等领域都具有广泛适用性。


  1986年至1992年是头戴显示技术从军事侦察起源的初步探索阶段。1968年,Lvan Sutherland研发出头戴式显示设备,整套系统将显示设备放置在用户头顶的天花板,并通过连接杆和头戴设备相连,能够将简单线框图转换为3D效果的图像,是一款服务于美军使用的产品。1988年,VPL RESEARCH公司研制出民用虚拟现实头戴显示器EyePhone,其可以跟踪识别头部转动,并渲染生成对应的图像显示在屏幕上,其需要连接台式设备和电脑使用,还可通过EyePhone配套的手套来改变输入信号(公开号:EP0211984A1,公开号:EP0677187A1)。


  1993年至2005年,头戴显示设备的结构和功能不断扩展,处于缓慢发展阶段。1993年,日本SEGA公司研制出双目头戴显示器,将双眼的光学系统封装在一个壳体中。1995年,第一个商业VR头戴显示器VFX1诞生,该设备包括视觉显示和扬声器,内部的传感器可以跟踪头部转动,其采用LCD液晶显示面板(公开号:US5682172A)。1995年,任天堂公司发布了另一款便携式头戴3D显示器Virutal boy,同样采用LCD液晶显示面板,并配备游戏手柄。这一头戴显示器使用了现在电影院常用的偏振式3D镜片,外加内置的32位处理器生成单色3D图像,并且由电池盒供电,因此可以外出携带使用。在此阶段,由于受到CRT显示屏幕和体积过大以及LCD显示屏局限于平面显示的限制,使用者并未能获得想象中的视觉冲击,因此相关技术的发展一直非常缓慢。


  2006年至今,头戴显示技术不断追求更好的体验感,进入快速发展阶段。头戴显示技术的飞速发展,与OLED显示屏幕的应用密不可分。OLED显示屏幕不仅可视角度大、节省电能,而且具备反应快、重量轻、厚度薄、构造简单、成本低廉等优势,引起了人们的关注。有发明者将OLED技术应用到头戴显示器中,如专利文献(公开号:US20050046954A1)记载了发光图像元件可以采用OLED。2006年美国的eMagin公司率先将OLED技术运用到头戴显示器中,其Z800 3D Visor对比度达到了SVGA水平,分辨率也提高到了800×600,高灵敏度头部追踪联动装置提供了360度图像追踪,带给用户逼真的视觉效果。如今,头戴显示设备不仅在视觉体验上大有改进,更是增加了交互能力,如专利文献(公告号US9753549B2)中记载了头戴式显示设备可以相对于手或脚进行定向,以实现交互,专利文献(公告号:US10529113B1)提供了一种可以通过识别用户面部表情来提供沉浸式界面的方法,专利文献(公开号:CN111290571A)记载了一种能够实时地向头戴显示器的显示屏提供车辆周围环境视频的方法,可用于捕获道路行驶情况。


  纵观头戴显示器的发展历程,其在体积、舒适度以及图像质量改进方面屡获突破。笔者认为,伴随着科技的飞速发展,头戴显示器有望跻身下一代通讯设备。


  中国专利申请占比持续走高

 


  通过分析头戴显示领域专利申请数据可以看出,该技术在华发展趋势与全球发展趋势基本保持一致。值得注意的是,近年来在华专利申请量占全球申请量的比率持续走高,2015年后占比超过50%,意味着头戴显示技术在中国市场发展前景可观。


  据统计,头戴显示领域主要申请人分布在日本、美国和中国,日本企业的专利数量最多,其次是美国、中国。通过选取各个国家申请总量排名靠前的申请人进行对比,笔者发现,日本公司出现了明显的更替。日本的奥林巴斯和佳能早在上世纪90年代就对该领域进行了较大投入,但是进入21世纪之后,两家公司的专利申请量逐年减少,其中佳能在2015年后又开始加大了这方面的投入。爱普生从2008年起保持了较高的专利申请量,COLOPL虽然从2014年才开始提交相关专利申请,但是近些年的专利申请量较为可观。美国的主要申请人自2008年起一直保持较高的专利申请量,排名靠前的有微软、谷歌、BROTHER、OCULUS、FACEBOOK,其中FACEBOOK和OCULUS公司从2014年加大专利布局,多年来,其专利申请量一直保持猛增势头。我国主要申请人有歌尔、京东方、小鸟看看、多哚、柔宇等,几乎都是从2010年起开始提交相关专利申请,虽然起步较晚,但是其申请数量可谓爆发式增长,其中最引人注目的是歌尔公司,申请量近年在全球处于领先地位,发展尤为迅速。从专利技术内容来看,我国专利申请主要集中于对头戴显示器结构的改型,而国外专利主要侧重于对图像质量的改善、交互能力的提升,这说明与日本、美国相比,我国在技术水平上仍存在一定差距。


  随着核心显示元件和处理芯片的快速升级,市场上涌现出越来越多的头戴显示器,其性能、舒适度以及人机交互能力不断提升,带给我们无限的想象,让人感觉到“一切触手可及”。不过,头戴显示器领域还存在因缺少行业标准和监管机制导致的低质量问题。笔者相信随着相关标准的制定完善,头戴显示市场将得到规范,头戴显示器技术也将实现新的突破,给人们带来更为震撼的体验。(王晶晶 宋晓诗)



  (编辑:梁艳超)

 

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