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【干货分享】光学显示方案的原理及AR眼镜的工艺全解析!

作者:管理员 时间:2021年01月12日

  关于AR眼镜,AR技术是在显示真实场景的同时,通过图像、视频、3D模型等技术向用户提供虚拟信息,实现虚拟信息与现实世界的巧妙融合,属于下一次信息技术革命的起点,权威预测增强现实眼镜将取代手机成为下一代的协作计算平台。目前,以增强现实眼镜为代表的增强现实技术开始出现在各行各业,特别是安防、工业等领域,它具有无可比拟的优越性,极大地改善了信息交互方式。当前较为成熟的增强现实光学显示方案主要有棱镜方案、棱镜方案、自由曲面方案、离轴全息透镜方案和波导方案等。下面小编告诉大家光学显示方案的原理及AR眼镜的工艺全解析!

  1.1棱镜方案

  如图1中的GoogleGlass所示,棱镜方案的光学显示系统主要由投影仪和棱镜两部分组成。投影器将影像投影,棱镜将影像反射到人眼视网膜上,与真实影像叠加。因为这个系统是在人眼之上的,所以需要眼睛在右上方聚焦才能看到图像信息,而这个系统,就存在着视场角度vs体积的自然矛盾。googleGlass系统的视场角度较小,只有15度,但光学镜片厚度只有10mm,亮度也不足,图像存在较大的失真,因此产品上市后不久就被各大公司收回。

  1.2Birdbath计划。

  在Birdbath方案中,光学设计是将来自显示源的光线投射到一个角度为45度的分光镜上,该分光镜有一个反射值和一个透射值(R/T),允许光线以R的百分率进行部分反射,而其他部分以T的形式传送。R/T使用户能够同时看到真实世界中的物理物体和由显示产生的数字图像。由分光镜反射的光反射到合成镜。合成镜通常是一个凹面镜,它能将光线转向眼睛。

  3.自由表面方案。

  在自由曲面方案中,通常使用具有一定反射/透射(R/T)值的自由曲面反射镜,它是一种复杂的非常规面形,不同于球面或非球面,即用于描述镜面面形的数学表达相对复杂,且常常不具有旋转对称性。来自显示器的光直接射向凹透镜/合成器,再反射回眼睛。在与反射镜平行的位置显示源的中心。理论上来说,理想的位置是让显示器覆盖用户的眼睛,因此大多数设计把显示器移到了前额上方的“轴”上。偏转显示板上的凹面镜存在畸变,需要软件/显示端的校正。因为自由曲面不仅可以为光学系统的设计提供更多的自由度,从而大大提高了系统的光学性能指标,而且还可以为系统设计带来更灵活的结构形式,因此,近年来在光学设计领域的研究热点是日本爱普生公司(图3所示)和美国梦视觉公司(图4所示)。尽管日本爱普生公司的AR眼镜赢得了色彩、饱和度和成像质量的大奖,但它只有23度的视场角度,厚度只有13mm。尽管美国梦视觉公司的Meta2系列AR眼镜有90度的视场角度,但它的厚度超过了50mm,光机架重约420克。

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