在使用雙筒望遠鏡或顯微鏡時，大多數人應該都會注意到出射瞳孔過小的問題：除非每只眼睛能夠精確定位在目鏡前面的正確位置，否則你將看不到任何一切。這種“不待見”行為的原因是，較小的出瞳導致更高的光效率（進入雙筒望遠鏡的光線集中在另一側的小范圍區域），而這顯然是雙筒望遠鏡的理想屬性。

那么，視窗到底要多大呢？視窗的最小實際尺寸顯然是人眼瞳孔尺寸（通常假設為大約4mm），而這通常是雙筒望遠鏡的設計目標。雙筒望遠鏡的視場非常小，所以瞳孔保持相對固定。但對于AR/VR顯示器的，用戶的眼睛可以自由移動。為了支持這種眼睛運動，視窗需要在每個方向增加至少數毫米。

眼球運動不是擴大視窗的唯一要求。不同人有著不同的瞳距（IPD）。為了支持這種差異化，我們需要機械調節（如雙筒望遠鏡）或光學調節（通過進一步增加視窗寬度）。對于移動端設備而言，移動式組件存在非常大的問題，尤其是在需要精確校準的時候。由于機械調整不是一個好選擇，所以視窗寬度需要進一步增加至少10mm，理想情況下是20mm。

由于波導的輸入光瞳通常不是非常大，所以行業開發了各種技術來增加出射光瞳的尺寸，如瞳孔擴張或瞳孔復制。衍射波導具有天然的優勢，而反射波導在兩個方向擴展視窗（2D瞳孔擴展）則非常具有挑戰性。結果，半反射波導通常具有比衍射波導小的視窗。

設計大視窗通常非常具有挑戰性，并且會對其他設計參數產生巨大的影響。例如。視窗尺寸直接影響顯示區域（波導）的所需尺寸。另外，正如在雙筒望遠鏡的示例一樣，為了實現相同的感知亮度，較大的視窗需要更多的光輸出。

2.3 亮度，透明度和占空時間

簡單來說，顯示亮度定義了顯示器的亮度是否足夠支持用戶在特定情況下清楚地感知虛擬內容。透明度則關于有多少現實世界光線能夠到達眼睛。對于AR，理想情況是非模糊區域達到100％。對于VR，它通常為零。占空時間定義了每幀像素點亮的時間。占空時間可以以毫秒或幀時間百分比進行度量。這三個主題在很大程度上獨立于用戶視點，但技術上密切相關。我們將在本節中一起討論。

對移動AR設備而言，顯示亮度絕對是一個極具挑戰性的話題。今天幾乎所有的AR頭顯的顯示亮度都非常有限：Hololens和DAQRI Smart Glasses的顯示亮度約為300 nits，而Magic Leap One的顯示亮度僅為200 nits。由于顯示器亮度非常具有挑戰性，所以今天大多數的AR眼鏡通常都是經過調配，只限于室內使用，而且在戶外很快變得不可用，尤其是在陽光直射的情況下。為了減輕這個問題，大多數AR頭顯都采用會降低透明度，并因而減少到達用戶眼睛的環境光線數量的有色面板，從而令顯示器相對更加光亮。盡管這對于消費者來說或許可以接受，但大多數專業領域都不能容忍低顯示透明度。

除了有色面板，大多數光學設計都會阻擋大量的現實世界光線。例如，Birdbath設計（原ODG和現Nreal）會格擋大部分的入射光線。

Karl Guttag的博客有關于這方面的介紹（這里?和這里?）。根據Guttag的說法，Hololens只允許約40％的環境光線到達眼睛，MagicLeap One僅為約15％，而在2019年初亮相的Nreal眼鏡則是25％左右。幸運的是，人眼具有大約1：109的巨大動態范圍，所以我們能夠應對這種亮度降低。但在黑暗環境中，這種亮度降低可能是產生問題。

由于占空時間定義了每幀允許像素發光的時間長度，所以它與顯示亮度密切相關。占空時間為100％意味著顯示器連續發光。對于60Hz顯示器，這意味著每幀大約16ms。但在這樣長時間內顯示相同的像素值將導致運動偽影（“拖尾”）。比方說我們假設顯示器的水平視場是40度，水平方面1280像素分辨率，以及每秒60度的頭部旋轉。在這種情況下，頭部大約每毫秒旋轉2個像素。所以當占空時間為16ms時，每個像素將在32個像素的長度中產生“空間拖尾”（參見下圖）。

左右兩邊為相同的圖像，但右圖出現了水平運動模糊

但幸運的是，在專心查看細節時，我們人類頭部會更加穩定，所以實際上AR顯示器通常可以接受4ms或更低的像素占空時間。

60Hz幀率的占空時間。左邊是16ms，右邊是4ms

LCOS面板是由單獨的LED點亮，而這可以非常光亮，所以可以實現高透明度，占空時間低于1ms（各顏色）的光亮顯示器。另一方面，OLED更暗，所以當占空時間過短并且同時需要高透明度時，OLED顯示器很快就會出現多個問題。以上圖為例，當占空時間為16ms時，顯示器更亮，但會出現拖影。當占空之間為4ms時，拖影情況會減少，但顯示器會過暗。

當占空時間為4ms時：左邊是120Hz幀率，右邊是240Hz

當幀率為60Hz（約16ms）時，4ms的絕對占空時間將導致顯示像素僅在約25％的時間內有效。結果，顯示亮度將降低四倍。如果顯示器以120Hz運行，4ms的占空時間意味著像素依然在大約50％的時間內發光。類似地，240Hz可以實現約100％的占空時間。但對于移動設備及其顯示面板而言，這種高幀速率并不現實。

2.4 對比度

對比度沒有正式的定義或衡量方法。但是，大多數人都能理解對比度。簡單來說，對比度描述了顯示器同時產生更亮和更暗像素的能力，如：

如果顯示器的對比度較差，則無法同時顯示亮內容和暗（透明）內容。根據顯示器的整體亮度，它要么無法顯示明亮區域，要么本應為暗（透明）的區域沒有變暗。對于光學透視顯示器，透明度取代了黑色的作用：在對比度差的AR顯示器中，你可以看到透明區域顯示為深灰色。換句話說：只要AR顯示器不夠亮，對比度差的負面影響同樣有限。但隨著AR顯示器的亮度提升，它們將需要更高的對比度。

對比度取決于顯示面板和光學系統。LCOS往往具有低對比度，通常是為1：100至1：200。OLED具有相對較高的對比度，可以達到1：1.000.000或更高，這就是它們如今受到家用電視歡迎的原因。但在兩種情況下，光學元件（棱鏡，透鏡，波導）將導致對比度的進一步降低。例如對基于LCOS的系統而言，最終對比度很容易就會低于1：100。

2.5 均勻性和顏色質量

顏色質量定義了顯示器能夠再現顏色的準確程度。例如，由GPU渲染成紅色的像素會顯示屏中顯示為紅色嗎？為了實現適當的色彩再現，我們需要進行校準（包括伽瑪）。由于AR顯示器通常是添加光線，所以感知顏色同時取決于虛擬內容所疊加的場景。

與對比度相同，顏色質量可能存在非常大的差異，具體取決于顯示器的位置：例如，取決于它是位于顯示器的左側還是右側，像素顏色看起來可能相當不同。這種偽影通常依賴于視圖，這意味著用戶瞳孔的位置同樣會有影響，并且需要眼動追蹤進行解決。

均勻性描述了位于不同顯示器位置的像素顏色變化：對于完美的顯示器，通過相同RGB值渲染的每個像素看起來都完全相同。實際上，亮度，對比度，顏色和其他屬性取決于顯示器位置以及查看像素的角度。

盡管自由形式組合器（如Meta2）和半反射波導（如Lumus）的均勻性通常都非常好，但衍射波導顯示器（如Hololens和MagicLeap）明顯受到均勻性問題的影響。這種充滿中等灰度像素級數的顯示器會出現各種色調（見下圖）。

衍射波導的顏色問題。顯示器會出現各種色調，而非均勻的白色或灰色色調。底部明顯出現了亮度不均勻。

2.6 分辨率