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AR眼镜中的光学技术揭秘

之前我们在谈智能眼镜单、双目的时候(点此访问),简单提到了光波导等光学显示系统相关的问题,今天这篇文章我们就来聊聊AR眼镜中的光学技术吧!

ONE

AR眼镜的光学成像系统

AR眼镜的光学成像系统由微型显示屏和光学镜片组成,可以将其理解为智能手机的屏幕。 增强现实,从本质上说,是将设备生成的影像与现实世界进行叠加融合。这种技术基本就是通过光学镜片组件对微型显示屏幕发出的光线束进行反射、折射、衍射,最终投射到人的视网膜上实现的。

TWO

常见成像系统及其差别

市面上常见的光学显示系统有“LCos+棱镜”、“Micro OLED+自研曲面类”、“LCos/DLP+光波导”等。这篇文章中,我们主要介绍棱镜、曲面反射、光波导三大类光学元件。

棱镜

棱镜方案技术成熟、成本低,但做出来的AR眼镜视场角都比较小,AR体验感不强。透明棱镜在强光下的显示效果也不太好。所以现在一些比较好的棱镜方案是包裹式的,以确保显示的内容足够清晰且不受环境光线影响。

曲面反射

曲面反射分为大曲面和小曲面,大曲面的视场角更大、成像效果更好,小曲面则牺牲了一点视场角,使眼镜外观更为小巧轻便,便于日常佩戴,性价比更高。

光波导

光波导的细分分类有很多,如几何反射波导、衍射刻蚀光栅波导、全息光栅波导等,他们之间在加工工艺、量产能力上都有一些区别。Hololens、Magic Leap、Vuzix 4000等智能AR眼镜用的都是衍射刻蚀光栅波导技术,它们的视场角大、分辨率高,非常轻便,很适合大规模量产的半导体加工工艺。

AR眼镜光学元件分类及其特点、产品:

AR眼镜中的光学技术揭秘

THREE

光学元件视场角越大越好?

视场角越大表明人能看到的视野越大。对于AR或VR眼镜来说,一般视场角越大,体验越好。不过视野的大小还与功耗、技术复杂度和制造成本相关,如果你只是需要用于工业生产活动中的远程协助,或是一些简单的信息提示功能,那么15-30°的视场角基本就能够提供清楚的视觉显示,没必要再去追求更大的视场角。因为比这更大的视场角反而会容易造成视觉遮挡或干扰,影响正常工作视野。

FOUR

亮度高低对使用体验的影响

这个问题涉及到一个叫“光效率”的技术名词。光效率包括两个方面,一方面是数字图像从物理屏幕到达视网膜的显示效率,另一方面是现实世界到达视网膜的效率。 这两个效率从理论上说当然是越大越好。但“鱼与熊掌,不可得兼”,我们很难同时将这两个效率都做的很好。此外,不同的光学成像系统所能达到的效率也有很大差别,这与光源能量损失、功耗、续航、发热等诸多因素相关。

目前较多的AR产品为了让用户有更好的数字图像体验,一般会在镜片外部加上一层深色透明的材料来遮挡大部分的环境光,以减弱对低亮度和低对比度的数字图像的干扰。但在光学环境较弱的环境中,这种处理方法会使得双目AR眼镜佩戴者难以看清现实世界的存在,只能看到眼镜屏幕生产的数字图像,从而不能与现实世界进行交互。 不过,对单目式眼镜来说,它本身对视野基本上没有遮挡,所以即便厂家直接用不透明的黑色外壳包裹住整个透镜,佩戴者在任何光线环境下也都能够清晰地看到眼镜中的图像。

亮度、对比度对眼镜的成像来说是一个很重要的问题。我们在挑选智能眼镜时可以针对场景对智能眼镜做一下相关环境光影响的试用,以检验眼镜的成像效果是否满足自身需求。

此外,光效率其实还会直接影响到智能眼镜功耗和电池续航能力,关于这个问题,我们会在后面的技术文章里与大家讨论,期待大家持续关注~

责任编辑:haq

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