元宇宙(Metaverse)概念已經出現多年，而近期蘋果推出的Vision Pro頭戴式裝置更再次激起對於XR應用的熱烈討論。XR裝置具有取代智慧型手機成為普及硬體平台的潛力，為了達成此願景，硬體和軟體的技術發展至關重要。
自從蘋果(Apple)在2023年中的開發者大會發表Vision Pro產品，XR市場睽違許久終於又迎來指標大廠的加入，引起熱烈討論。然而，2024年2月產品正式發售後，卻有不少使用者因為難以長時間配戴、應用服務不夠豐富等原因，對Vision Pro感到失望。
儘管並未真正取得成功，Vision Pro作為專門為個人使用者打造的XR裝置，在遊戲和工業應用之外，為XR頭戴式裝置取代智慧型手機成為下世代硬體介面的願景指出重要發展方向，包括需要同時呈現真實世界和虛擬影像，並兼顧輕量化以實現長時間配戴，以及可支援的應用服務將決定XR裝置的實用性。
此外，為了因應XR應用對於大頻寬及低延遲的需求，高速傳輸技術必不可少，而隨著XR裝置普及成為日常配戴設備，確保資產安全的裝置認證相關技術也是值得關注的發展方向。
超穎光學助攻 消費型智慧眼鏡有解
XR眼鏡被視為是繼智慧型手機之後，最具潛力的新世代硬體平台。工研院電光系統所微型光電元件與系統應用組研發副組長吳明憲(圖1)表示，未來期待能不用攜帶手機，只靠一個眼鏡解決所有事情。為了實現日常配戴，吳明憲指出，能夠看到真實世界的透明顯示、在戶外也能清楚顯示的亮度(至少3,000nits)，以及適合長時間配戴的續航力和重量(少於50g)，是消費型智慧眼鏡需要考量的重點。
圖1 工研院電光系統所微型光電元件與系統應用組研發副組長吳明憲表示，消費型智慧眼鏡需要滿足三大要點：透明顯示、高亮度、可長時間配戴
有鑑於Vision Pro等混合實境(MR)裝置實際上仍採用攝影機捕捉現實畫面，解析度可能不如真正可透視的顯示裝置，工研院選擇AR技術設計未來智慧眼鏡參考架構。吳明憲表示，AR眼鏡需要由顯示技術提供光源，再經過光學技術進行處理，最後投影至配戴者視野中，例如MicroLED和光波導技術(Waveguide Optics)便是常見的搭配組合。
表1 光學架構比較 (圖片來源：工研院、網路)
針對光學架構(表1)，吳明憲說明，雖然幾何光學結構(Geo Optics Engine)具有良好的光學效率，其不易微縮的特性將使鏡片難以輕量化；光波導結構(Wave Optics Engine)則具有極佳透視度，但光學效率不足1%。考慮到兩種方式各有優缺點，工研院借鏡VR將顯示面板影像直接打進人眼的方式，提出採用超穎光學架構(Meta Optics)結合顯示器打造出「入眼直視型的透明顯示器」解決方案(圖2)。
圖2 工研院「入眼直視型的透明顯示器」方案示意圖 (圖片來源：工研院)
吳明憲解釋，該方案將MicroLED顯示器和光學技術以類似貼合的方式整合至鏡片，並透過LED和PD陣列達成眼動追蹤(Eye Tracking)的效果。為了確保透明度，此設計將顯示器拆成多個部分排列在晶片的不同位置，接著透過超穎光學架構對不同位置顯示單元的影像進行偏折，最後在使用者的視網膜重新匯聚成完整的影像。
EEPROM/NFC守護XR裝置資產安全
新的設計方案為AR眼鏡提供另一種思路，是推動消費型XR裝置普及的關鍵發展，而當XR裝置成為類似現在智慧型手機一般的存在時，預期也將結合其他穿戴式周邊設備，成為搭載電子錢包等資產管理功能的硬體裝置。不只是一般貨幣，隨著比特幣和非同質化代幣(NFT)等基於區塊鏈(Blockchain)的虛擬資產普及，身處元宇宙的使用者將更加重視穿戴式裝置本身的安全性。
意法半導體CS-MM策略行銷經理黃鐙誼(圖3)指出，電子產品基本上都需要記憶體，而電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)具備極高可靠度，適合儲存重要資料。考量原本EEPROM僅2Kb容量較小，黃鐙誼表示，意法半導體串列EEPROM提供從2Kb到4Mb的容量範圍，而新的串列頁EEPROM則採用40奈米製程將容量進一步提升至8Mb、16Mb、32Mb，提供可類比快閃記憶體(Flash Memory)的容量。黃鐙誼表示，該公司的EEPROM方案可實現50~400萬次的讀寫次數，以及100年的資料保存時長，適合應用於穿戴式裝置。
圖3 意法半導體CS-MM策略行銷經理黃鐙誼表示，電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)具備極高可靠度，適合儲存重要資料
作為非揮發性記憶體，EEPROM能夠在斷電情況下保留資料，搭配同樣無須內部電源的近場通訊(NFC)技術，實現身分認證等功能。黃鐙誼說明，相較於具有中長傳輸距離的Wi-Fi、Bluetooth和UWB等無線技術，NFC在10公分以內的運作距離能夠提高更高安全性，建立連接所需要的時間也更短。此外，NFC無線充電功能也能夠為穿戴式裝置提供更多元的充電選項。
硬體/通訊/軟體技術漸成熟 XR頭戴裝置普及指日可待(1)
硬體/通訊/軟體技術漸成熟 XR頭戴裝置普及指日可待(2)