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深入光学设计 Birdbath、曲面反射和波导,浅谈 AR 头显工作原理

2018-05-29 08:55:04 网络整理 阅读:93 评论:0

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文章相关引用及参考:映维网

本文来自 Hologram 的产品总监 Rob Delwo

(映维网 2018 年 05 月 29 日)增强现实头显是如此的新颖,以至于行业将有着截然不同设计的头显进行比较,仿佛它们是相同的技术那般。这就像是将所有的山地自行车划分为 " 自行车 " 一样。但我们知道,1 万美元的 Yeti 山地自行车与 179 美元的 Schwinn 休闲自行车有着截然不同的体验。与自行车一样,不同 AR 头显的体验可能存在巨大的差异。在这篇文章中,映维网将与大家一起探讨光学设计,并讲解三种主要类型的头显:"Birdbath";曲面反射镜(又名 " 虫眼 ");以及反射 / 衍射波导。

1. Birdbath 光学设计

深入光学设计 Birdbath、曲面反射和波导,浅谈 AR 头显工作原理

联想 Mirage AR 头显的 Birdbath 光学设计

工作原理:Birdbath 光学设计把来自显示源的光线(上图中的蓝线)投射至 45 度角的分光镜(垂直于前额的黑色矩形)。分光镜具有反射和透射值(R / T),允许光线以 R 的百分比进行部分反射,而其余部分则以 T 值传输。同时具有 R/T 允许用户同时看到现实世界的物理对象,以及由显示器生成的数字影像。从分光镜反射回来的光线弹到合成器上。这是一个凹面镜,可以把光线重新导向眼睛(上图中的虚线)。

采用这种光学设计的主要头显包括:联想 Mirage AR 头显与ODG R8 和 R9。

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Mirage AR 头显

硬件组件:像联想 Mirage AR 这样的低成本头显采用了 LCD 显示屏,而 ODG R9 这样更高级的系统则搭载OLED微型显示屏。微型显示屏价格比较昂贵,但能够大幅优化头显的尺寸。就光学而言,分光镜和组合器的单向镜在制造成本上通常比较低。

视场:这种设计具有中等视场。ODG R9 有 50 度的 FOV,与高端波导技术相比该范围相对较高,但小于大多数的曲面镜设计。

光损:在 50/50 分束器中,第一次反射时出现 50%的光损,当光线到达组合器时会有额外的损失,而且当光线通过分束器返回时又产生另外 50%的光损。为了弥补明显的光损,透镜非常暗,类似于在室内穿戴太阳眼镜。

形状尺寸:如果把 LCD 作为显示器来源,光学限制将要求更大的头显设计。微型 OLED 可以减少头显的尺寸,但增加了供应链和成本方面的困难。

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ODG R9

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