未来，人们安坐家中就能享受沉浸式体验；增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 设备的早期迭代为这个美好的愿景奠定了基础。随着新冠疫情引致远程互动变得普遍，加上后来出现了元宇宙，这个愿景变得越来越清晰。然而，正如元宇宙这个概念一样，AR 和 VR 设备要实现广泛采用仍面临巨大障碍。虽然这些设备在专业应用中的使用率有所上升，例如，用于外科技术培训以及学习如何操作生产设备，但迄今为止，消费者使用这些设备仍主要是为了玩游戏。

是什么阻碍了 AR/VR 设备像其他可穿戴设备一样在消费者中广受欢迎？

这当中存在各种障碍，包括颈部和眼睛疲劳以及用户体验本身，但许多障碍都涉及同一个因素：舒适度。未来的 AR/VR 设备必须以舒适度为先，这是一大挑战，因为不受约束的 VR 头戴设备可能包括显示器、光学系统、越来越多的各种传感器、触觉设备、外置摄像头、音频和语音系统、无线连接、电池、渲染虚拟环境所需的处理能力，以及防止处理器过热所需的冷却系统。而这些只是涉及头戴设备内部的考虑因素。在头戴设备外部方面，外壳本身必须足够坚固耐磨，还必须尽量轻盈，以适合长时间佩戴。

没有一个万能的解决方案能够解决所有这些障碍，但通过对设备内部的电子元件实行小型化，许多障碍就能迎刃而解，尤其是连接方面的障碍。毕竟，组件更小巧可能意味着组件更轻盈，而减轻头戴设备重量是提升舒适度的方法之一。但是，提升舒适度不能只靠减轻设备重量，而且还要改善设备功能。

下面介绍了小型化连接解决方案可大力促进 AR/VR 设备采用率的三种方法，这些方法不仅局限于减轻重量，更是着眼于将舒适度和性能提升到新水平。每种方法都代表了众多设计挑战——其中许多挑战是出乎意料的。

对于许多人来说，VR 设备的好坏取决于它能为用户提供什么水平的沉浸式体验，而这种能力取决于设备内部显示器的质量。要将 OLED 或 microLED 显示器缩小到邮票那么大，同时让它们能提供至少 90 Hz 的刷新率和超过 4K 的分辨率，需要克服许多挑战。

• 日益提高的电子密度增加了电磁干扰 (EMI) 风险。
  
• 随着分辨率的提高，信号完整性和噪声问题可能会变得更棘手。
• 更高分辨率的显示器会产生更多热量，更容易出现压降问题。
• 这些显示器通常需要更多电力。

小型化连接器不仅能节省空间，它们具有电磁干扰屏蔽功能，采用创新的引脚布局，具有热缓解功能，甚至具有可实现轻松组装的功能。小型化还可减少显示器对电池性能的影响。滑铁卢大学的一个团队开发了一款更节能的显示器，这款显示器采用固态照明设计和先进电子电路，使电池续航时间增加了 30%，并降低了制造成本。

此外，小型化连接器可实现注视点渲染等创新的显示器功能，注视点渲染功能利用内置的眼动追踪系统，仅在眼睛注视区域渲染高质量图像，从而将处理功率降到最低。注视点渲染可减轻显示器和处理器的负担，但更先进的注视点渲染技术需要为摄像头或其他形式的光学传感器腾出空间。

显示器只是 VR 头戴设备视觉系统的其中一个组成部分，另一个组成部分是光学器件。虽然小型化连接器似乎不会直接影响光学透镜，但对清晰度和性能的影响可能很大。

在光学系统中，空间至关重要，且主要根据物理定律来定义。透镜的大小、形状、厚度和基板决定了佩戴者通过透镜能以怎样的清晰度看到多少东西，这些因素会影响头戴设备的总重量和占用空间，还会影响光学畸变。色差是指颜色开始混合并变得模糊，尤其发生在对象外部周围。在这些视觉系统的设计中，色差是必须克服的一大难题。

如今的头戴设备开始从笨重、容易出现色差问题的菲涅耳透镜改为使用更精简的 Pancake 透镜。虽然 Pancake 透镜有许多优于菲涅耳透镜之处，例如，色差更小，以及对软件图像校正的依赖性降低，但它们会吸收更多的光，强调需要在头戴设备中为更明亮的 OLED 和 microLED 显示器腾出空间。

小型化连接器还为采用更先进的光学系统创造条件，弥补电子器件与光学器件之间的差距，例如，通过施加电压来调整焦距的可调液晶透镜。如此一来，就不再需要使用大型的传统光学设计，还可以减少头戴设备从面部突出的程度。

小型化连接器还可以如何改进光学系统？

• 光学透镜对温度变化很敏感。小型化连接器可以提高热稳定性，并尽可能减少光学误差。
• 光学系统必须明确校准，以保持视觉清晰度，但其性能对于用户而言可能是独一无二的。未来的 VR 设备必须适应佩戴者的视觉偏好和弱点。小型化连接器可以减少机械应力并改善即插即用功能，从而使光学系统轻松实现模块化、校准和稳定，用户也可以更换透镜。

如今，强大的 AR 和 VR 系统需要通过电缆连接到外部计算机，由计算机提供处理能力来实现更逼真的图像、照明和总体视觉沉浸感。虽然这对于无需四处走动的活动来说可能不是什么问题，但使用有线连接会带来限制，且容易出现连接意外断开的情况，还会增加受伤风险。

未来，这些设备将朝着无线化的方向发展，将会是完全独立的——能够提供从现实世界无缝过渡到虚拟世界所需的高分辨率体验。但这并不仅仅意味着要使用更强大的 CPU、GPU 甚至专用的 AI 处理芯片，真正的虚拟体验还需要以下传感器：

• 运动传感器 - 检测运动和加速情况
• 面部追踪传感器 - 移调虚拟化身的表情
• 触觉反馈传感器 - 模拟触碰和阻力
• 环境检测传感器 - 提供混合现实体验和避免意外受伤
• 生物测量传感器 - 检测生理反应
• 音频和语音检测传感器 - 降噪和控制语音
• 位置追踪传感器 - 在虚拟环境中传达精确位置

要做到以下几点，小型化连接器必不可少：为大量的传感器和处理器腾出空间，同时确保稳定的电力和可靠的即时数据传输，并提供耐用性，以使设备适用于各种恶劣环境，包括会频繁突然地发生移动和振动的环境。正如显示器一样，这样的传感器和计算元件密度可能会增加电磁干扰，影响信号完整性，以及增加出现过热情况的风险。设备复杂性提高还会使更多组件面临因振动、急剧加速和其他使用影响而受损的风险。在打造沉浸式体验时，这些因素可能会导致延迟、眼睛疲劳和温度过高造成的身体不适，还可能会导致整个系统中断。

此外，VR 的未来可能不仅仅满足于可更换透镜的模块化光学系统，而是完全模块化的设备，可以随时在这些设备中加装或拆卸处理器甚至传感器。小型化连接器可降低升级过程中复杂布线干扰造成的损坏或出错风险，从而改进这种模块化设计。

AR 和 VR 技术的未来依赖于舒适的沉浸式消费者体验。但舒适度不仅意味着要减轻重量和压头感，还意味着要消除眼睛疲劳，让使用者可以自由活动，并尽可能减少输入和反馈延迟及其他滞后问题。

这正是 Molex 莫仕在小型化技术领域丰富的工程专业知识和成功经验的用武之地。我们广泛的小型化互连解决方案组合旨在解决 AR 和 VR 设备面临的诸多挑战，同时确保耐用性和可靠性。例如，我们的四行板对板连接器采用交错电路布局，节省了 30% 的空间，可提供高达 3.0A 的电源，在全球畅销的智能手表中经过现场测试，自 2020 年以来出货量超过 5,000 万块。具有完全电磁干扰屏蔽功能的 Molex 莫仕柔性线缆对板射频毫米波 5G25 系列连接器提供高速能力和可靠的插配，且占用空间更少，是在空间有限的应用中提升功能的理想选择。

如今，消费者希望获得更小巧轻盈、功能更强大且更舒适的设备，小型化是原始设备制造商满足消费者期望的必然选择。从设计的最初阶段到生产和准时交货，我们的全球多学科团队与客户携手，通过协作方法推动创新，以满足消费者需求。

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