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之前我們在談智能眼鏡單、雙目的時候（點此訪問），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的屏幕。增強現(xiàn)實，從本質(zhì)上說，是將設(shè)備生成的影像與現(xiàn)實世界進行疊加融合。這種技術(shù)基本就是通過光學(xué)鏡片組件對微型顯示屏幕發(fā)出的光線束進行反射、折射、衍射，最終投射到人的視網(wǎng)膜上實現(xiàn)的。

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體驗感不強。透明棱鏡在強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視場角，使眼鏡外觀更為小巧輕便，便于日常佩戴，性價比更高。

光波導(dǎo)

光波導(dǎo)的細分分類有很多，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、產(chǎn)品：

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。對于AR或VR眼鏡來說，一般視場角越大，體驗越好。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)活動中的遠程協(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。因為比這更大的視場角反而會容易造成視覺遮擋或干擾，影響正常工作視野。

FOUR

亮度高低對使用體驗的影響

這個問題涉及到一個叫“光效率”的技術(shù)名詞。光效率包括兩個方面，一方面是數(shù)字圖像從物理屏幕到達視網(wǎng)膜的顯示效率，另一方面是現(xiàn)實世界到達視網(wǎng)膜的效率。這兩個效率從理論上說當(dāng)然是越大越好。但“魚與熊掌，不可得兼”，我們很難同時將這兩個效率都做的很好。此外，不同的光學(xué)成像系統(tǒng)所能達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，一般會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，以減弱對低亮度和低對比度的數(shù)字圖像的干擾。但在光學(xué)環(huán)境較弱的環(huán)境中，這種處理方法會使得雙目AR眼鏡佩戴者難以看清現(xiàn)實世界的存在，只能看到眼鏡屏幕生產(chǎn)的數(shù)字圖像，從而不能與現(xiàn)實世界進行交互。不過，對單目式眼鏡來說，它本身對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。

亮度、對比度對眼鏡的成像來說是一個很重要的問題。我們在挑選智能眼鏡時可以針對場景對智能眼鏡做一下相關(guān)環(huán)境光影響的試用，以檢驗眼鏡的成像效果是否滿足自身需求。此外，光效率其實還會直接影響到智能眼鏡功耗和電池續(xù)航能力，關(guān)于這個問題，我們會在后面的技術(shù)文章里與大家討論，期待大家持續(xù)關(guān)注~

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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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