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虹科干貨 | 揭秘AR眼鏡中的光學(xué)技術(shù)

虹科ARVR ? 2021-10-11 18:37 ? 次閱讀

之前我們?cè)谡?a target="_blank">智能眼鏡單、雙目的時(shí)候(點(diǎn)此訪問),簡單提到了光波導(dǎo)等光學(xué)顯示系統(tǒng)相關(guān)的問題,今天這篇文章我們就來聊聊AR眼鏡中的光學(xué)技術(shù)吧!

ONE

AR眼鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)

AR眼鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)由微型顯示屏和光學(xué)鏡片組成,可以將其理解為智能手機(jī)的屏幕。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),從本質(zhì)上說,是將設(shè)備生成的影像與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行疊加融合。這種技術(shù)基本就是通過光學(xué)鏡片組件對(duì)微型顯示屏幕發(fā)出的光線束進(jìn)行反射、折射、衍射,最終投射到人的視網(wǎng)膜上實(shí)現(xiàn)的。

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TWO

常見成像系統(tǒng)及其差別

市面上常見的光學(xué)顯示系統(tǒng)有“LCos+棱鏡”、“Micro OLED+自研曲面類”、“LCos/DLP+光波導(dǎo)”等。這篇文章中,我們主要介紹棱鏡、曲面反射、光波導(dǎo)三大類光學(xué)元件。

棱鏡

棱鏡方案技術(shù)成熟、成本低,但做出來的AR眼鏡視場角都比較小,AR體驗(yàn)感不強(qiáng)。透明棱鏡在強(qiáng)光下的顯示效果也不太好。所以現(xiàn)在一些比較好的棱鏡方案是包裹式的,以確保顯示的內(nèi)容足夠清晰且不受環(huán)境光線影響。

曲面反射

曲面反射分為大曲面和小曲面,大曲面的視場角更大、成像效果更好,小曲面則犧牲了一點(diǎn)視場角,使眼鏡外觀更為小巧輕便,便于日常佩戴,性價(jià)比更高。

光波導(dǎo)

光波導(dǎo)的細(xì)分分類有很多,如幾何反射波導(dǎo)、衍射刻蝕光柵波導(dǎo)、全息光柵波導(dǎo)等,他們之間在加工工藝、量產(chǎn)能力上都有一些區(qū)別。Hololens、Magic Leap、Vuzix 4000等智能AR眼鏡用的都是衍射刻蝕光柵波導(dǎo)技術(shù),它們的視場角大、分辨率高,非常輕便,很適合大規(guī)模量產(chǎn)的半導(dǎo)體加工工藝。

AR眼鏡光學(xué)元件分類及其特點(diǎn)、產(chǎn)品:

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THREE

光學(xué)元件視場角越大越好?

視場角越大表明人能看到的視野越大。對(duì)于AR或VR眼鏡來說,一般視場角越大,體驗(yàn)越好。不過視野的大小還與功耗、技術(shù)復(fù)雜度和制造成本相關(guān),如果你只是需要用于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的遠(yuǎn)程協(xié)助,或是一些簡單的信息提示功能,那么15-30°的視場角基本就能夠提供清楚的視覺顯示,沒必要再去追求更大的視場角。因?yàn)楸冗@更大的視場角反而會(huì)容易造成視覺遮擋或干擾,影響正常工作視野。

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FOUR

亮度高低對(duì)使用體驗(yàn)的影響

這個(gè)問題涉及到一個(gè)叫“光效率”的技術(shù)名詞。光效率包括兩個(gè)方面,一方面是數(shù)字圖像從物理屏幕到達(dá)視網(wǎng)膜的顯示效率,另一方面是現(xiàn)實(shí)世界到達(dá)視網(wǎng)膜的效率。這兩個(gè)效率從理論上說當(dāng)然是越大越好。但“魚與熊掌,不可得兼”,我們很難同時(shí)將這兩個(gè)效率都做的很好。此外,不同的光學(xué)成像系統(tǒng)所能達(dá)到的效率也有很大差別,這與光源能量損失、功耗、續(xù)航、發(fā)熱等諸多因素相關(guān)。目前較多的AR產(chǎn)品為了讓用戶有更好的數(shù)字圖像體驗(yàn),一般會(huì)在鏡片外部加上一層深色透明的材料來遮擋大部分的環(huán)境光,以減弱對(duì)低亮度和低對(duì)比度的數(shù)字圖像的干擾。但在光學(xué)環(huán)境較弱的環(huán)境中,這種處理方法會(huì)使得雙目AR眼鏡佩戴者難以看清現(xiàn)實(shí)世界的存在,只能看到眼鏡屏幕生產(chǎn)的數(shù)字圖像,從而不能與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互。不過,對(duì)單目式眼鏡來說,它本身對(duì)視野基本上沒有遮擋,所以即便廠家直接用不透明的黑色外殼包裹住整個(gè)透鏡,佩戴者在任何光線環(huán)境下也都能夠清晰地看到眼鏡中的圖像。

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亮度、對(duì)比度對(duì)眼鏡的成像來說是一個(gè)很重要的問題。我們?cè)谔暨x智能眼鏡時(shí)可以針對(duì)場景對(duì)智能眼鏡做一下相關(guān)環(huán)境光影響的試用,以檢驗(yàn)眼鏡的成像效果是否滿足自身需求。此外,光效率其實(shí)還會(huì)直接影響到智能眼鏡功耗和電池續(xù)航能力,關(guān)于這個(gè)問題,我們會(huì)在后面的技術(shù)文章里與大家討論,期待大家持續(xù)關(guān)注~

?拓展閱讀:虹科AR解決方案

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虹科智能AR眼鏡

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原文標(biāo)題:虹科干貨 | 揭秘AR眼鏡中的光學(xué)技術(shù)

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