光學效率是指發光元件所發出的光線有多少實際到達用戶眼睛。令人驚訝的是，今天大多數基于波導的顯示器在光學效率方面都非常低，大部分僅為約百分之一。幸運的是，組合LCOS和LED的投影儀足夠亮，可以為波導提供足夠的光量。所以，OLED不是當今波導的選擇。另一方面，對于組合器顯示器（如Meta2），我們可以通過組合器元件具有的透明度來很好地控制光學效率：組合器反射率越高，它的光學效率就越高。但這同時會反射更多的環境光，所以到達眼睛的環境光更少（透明度降低）。

波導是今天占主導地位的AR顯示技術。由于LCOS十分光亮但存在低對比度問題，而有著高對比度的OLED則存在低亮度問題，大多數人把目光投向了微型LED，因為這種類型的顯示器有望實現更高的亮度水平。行業已經演示了分辨率和尺寸足以支持AR顯示器的微型LED面板，但迄今為止都只是單色面板。要實現支持全RGB的類似規格面板，行業尚需多年的時間發展。

2.16 延遲

運動到光子延遲定義了從出現一個事件（運動）到顯示器顯示相應更新所需的時間。例如，當用戶將頭部向右旋轉時，顯示器索顯示的內容必須相應地“向左移動”。對AR而言，延遲不是一個經過充分研究的主題，這主要是因為行業直到最近才實現了具有足夠低延遲的系統。但人們普遍認為，對于光學透視顯示器，5毫秒或更短的延遲已經足夠。

由于延遲問題，標注在快速頭部運動期間可能會從清晰位置（左側）移動到不清晰的位置或錯誤位置（右側）

除了算法和其他電子組件，延遲主要是受顯示面板（OLED，LCOS）和顯示協議（MIPI，DisplayPort，HDMI）影響。延遲和顯示面板的選擇是一個復雜的主題，因為它對電子組件和軟件設計產生了巨大的影響。例如，執行線序（“滾動”）更新的OLED和執行色序（“全局”）更新的LCOS有著完全不同的數據傳輸和運動補償策略。

2.17 雜散光

大多數用戶和眼鏡廠商都渴望一種形狀與太陽眼鏡類似的AR眼鏡。盡管這聽起來十分簡單，但人們經常會忽視一個問題：雜散光。

AR眼鏡的敞開程度越高，越多來至多余方向和光源的光線就能夠進入系統。盡管AR顯示器通常能夠很好地應對來自前方的環境光，但來自側面或用戶后方的光線會引起嚴重問題。常規眼鏡通常不會反射太多光線，所以問題不大。但AR顯示器必須反射和彎曲光線，所以更容易受到雜散光的影響。衍射波導特別受其影響，來自側面的光線會議彩虹偽影的形式出現在顯示器。反射波導的性能更好，但同樣存在這方面的問題。某些設計可以減少雜散光，但對于其他設計而言，這個問題不像衍射技術那樣容易解決。

2.18 視覺舒適度

在過去五十年間的頭顯發展中，業界投入了大量的努力來解決人類因素問題，尤其是立體圖形顯示器。視覺輻輳和視覺調節是一個眾所周知的問題，另外還存在與雙眼視覺相關的其他問題，而它們會對舒適性產生巨大影響。其中一個是被稱為雙目垂直角差。當雙目顯示器之間存在垂直視差或傾斜時，雙目垂直角差就會出現。人類視覺系統難以忍受這一問題，并且可能會導致頭暈，惡心，甚至嘔吐。有時人們認為視覺輻輳調節沖突是造成這種癥狀的原因，但實際上這是顯示器之間的輕微錯位。1986年的美國海軍訓練文本指出，為了避免眼睛疲勞，雙目鏡筒軸的垂直偏差δ不應超過2弧分。

圖像的垂直偏差，亦即雙目垂直角差。這可能會導致用戶不適。右眼需要稍微旋轉才能整合的雙目圖像。

另一個可以影響舒適度的領域是雙目重疊量。例如，不必將左右圖像場完全重疊。實際上，通過故意不重疊雙目顯示來增加有效視場是一種常見的做法，這主要有兩種方式：眼睛發散重疊和眼睛會聚重疊。通常，人類視覺系統可以容忍這種情況，因為由于鼻子的影響，左眼和右眼看到的現實世界圖像不完全重疊。但在產生不適之前，用戶之間有著不同程度的部分重疊。90％的部分重疊可以接受，而當重疊減少到70％時，表示不適的用戶數量有所增加。

部分重疊：左圖是眼睛發散部分重疊；右圖是眼睛會聚部分重疊

質量中心是另一個重要元素。盡管不是非視覺要素，但不適當的設計可能會給用戶帶來不必要的頸部不適。需要合理安排顯示組件和驅動電子的放置，這可以幫助最小化重心的任何偏移。如果用戶需要在一定角度范圍內向上和向下查看，這可能是十分關鍵的一點。

3. 其他

除了本文探討的話題之外，還存在尚未進入商業系統的其他光學設計選項。今天大多數設備都能夠在固定距離顯示一個焦平面。Magic Leap One則更進一步，能夠顯示兩個焦平面，但在顯示器質量和透明度方面付出了巨大的代價。然而，人類能夠區分大約十二種焦距，而目前的方法只能實現一兩個。所以，業界已經開始研究可調節的焦平面，但對于大多數AR設備而言，迄今為止所演示的方法都過于復雜。

尚未進入商業系統的另一個功能是：在光學透視顯示器中繪制黑色像素。今天的無源光學元件無法實現這一點，因為它們混合現實和虛擬的工作純粹是添加性質。對于黑色像素，我們需要能夠以每像素和每幀水平格擋真實世界光線。盡管LCD層可能是一種解決方案，但它會將顯示器的透明度降低一半，并產生極化環境光的問題，所以這通常不是一種可行的解決方案。

我們同時沒有探討功耗和散熱的話題。人類對靠近眼睛和臉部的熱源非常敏感。所以，頭顯在面部和太陽穴區域消散的熱量不應高超過一瓦特?；旧?，今天所有的AR設備都產生了過多的熱量。為了提高顯示器的亮度，光學設計必須變得更加有效，而不僅僅只是增加顯示器光源的功率。

4. 對未來的期待

一個常見的要求是擴大視場和降低眼鏡尺寸（實現太陽鏡般的形狀參數），而這顯然不利于改進我們上面討論的大多數參數。與電子設備不同，小型化通常不是光學設計的選擇或優勢，因為它將帶來縮小的參數，如焦距，視窗尺寸或適眼距。

除了少數參數之外，新的突破技術不太可能推動上面的大多數要素。例如，全彩微型LED的出現將使得更亮的小型投影儀成為可能，但這對整體顯示器尺寸的影響有限。另一方面，光學領域的技術不太可能出現急劇的改變。

所以，我們需要很長一段時間才能實現具備太陽鏡形狀參數，大視場，高亮度，支持戶外用例，以及其他遠見者所暢想的元素的AR眼鏡。與電池技術領域類似，我們更有可能看到各參數的逐年提升。