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来源:金沙申请送68元体验金    发布时间:2021-04-30 00:02:03
本文摘要:光波导因其轻量和外部光的高破坏特性而被指出是消费级AR眼镜的必选光学方案,价格低和技术门槛低而令人失望。

光波导因其轻量和外部光的高破坏特性而被指出是消费级AR眼镜的必选光学方案,价格低和技术门槛低而令人失望。随着主流AR设备微软公司HoloLens2、MagicLeap、One等光波导技术的使用和设备批量生产,AR光学模块制造商DigiLens、耐德不良、灵犀微光等最近融资信息的频繁披露,光波导的辩论热度也不断减少。那么,光波导体的工作原理是什么样的呢?市场上林林总的阵列光波导、几何光波导、散射光波导、全息光波导、多层光波导有什么区别?如何逐步改变AR眼镜市场结构?另一方面,光波导AR眼镜市场需求而产生的光学方案强化现实(AR)和虚拟现实(VR)是近年来非常不引人注目的科学技术领域,其近距离的眼睛表明系统是显示器上的像素,通过一系列光学光学元件构成远距离的虚像不同之处在于,AR眼镜必须投影,既要看现实的外界,也要看虚拟的世界信息,所以光学系统无法在视线前推开。

这就需要多特一组或者一组光学人群,通过叠加的形式,我们将虚拟世界信息和现实场景融为一体,相互补充,相互加强。图1.(a)虚拟现实(VR)近视表示系统示意图;(b)近视表示系统示意图。NED:近视表示(Near-eyedisplay、全名NED)AR设备的光学表示系统一般由微显示器和光学部件构成。

总而言之,目前市场上AR眼镜使用的显示系统是各种微显示器和棱镜、权利曲面、BirdBath、光波导等光学部件的人,其中光学部件不同,是区分AR显示系统的重要部分。微显示器用于为设备获得显示内容。可以是自闪的有源器件,例如LED面板像micro-OLED和现在很受欢迎的micro-LED,也可以是需要外部光源照明的液晶显示器(包括入射式LCD和反射式LCOS),以微机电系统(MEMS)技术为基础的数字微镜阵列在这里,实现了非常简单的AR光学表示系统的分类和产品的例子。

本文主要说明光波导的工作原理和特征,不详细说明其他光学方案。关于一些方案的不同,以前也有很多文章进行了说明。

终极光学方案似乎还没有出现,现在市场上百家争鸣,百花齐放的状态,AR眼镜的产品设计者必须根据应用于场景、产品定位等进行权衡。光波导方案从光学效果、外观形态、批量生产前景来看,没有最差的发展潜力,也许是AR眼镜南北消费水平的唯一选择。二、光波导体是如何工作的在上述光学元件中,光波导体技术是不应AR眼镜市场需求而生育的特色光学元件,由于其轻巧和外部光的高破坏特性,被指出是消费级AR眼镜的必备光学方案,随着微软公司Hololens二代产品和Magic对光波导体的使用和批量生产,光波导体的辩论热度也在持续减少。

但是,波导技术并不是新的发明,在我们熟悉的光通信系统中,传输信号的光纤构成了无数连接大洋对面的海底光缆,是波导的一种,只是传输了我们看不见的红外线带的光。在AR眼镜中,为了使光在传输过程中没有损失或泄漏,全反射是关键,即光在波导中像泛舟蛇一样通过往返光进行击。简而言之,超过全反射必须满足两个条件:(1)传输介质即波导材料必须低于周围介质的折射率(如图2右图n1n2);(2)将光转移到波导的入口角必须小于临界角。图2。

通过全反射原理示意图光机完成光学过程后,波导将光耦合到自己的玻璃基础上,通过全反射原理将光转移到眼睛前方释放。在这个过程中,波导只负责管理传输图像,一般来说图像本身没有功(例如缩减增大等),可以解读为平行光入、平行光出,因此是独立国家光学系统不存在的分离部件。

光波导的这一特性,对于头戴的设计和美化外观优化有相当大的优势。由于有波导这一传输途径,显示器和光学系统可以靠近眼镜移动到额头的上部和侧面,大幅度减少光学系统对外部视线的遮挡,重量生产更符合人体工程学,提高了设备的安装体验。

以下是波导技术的主要优势和严重缺点。我希望读者在完成这篇文章后能更好地理解背后的原因。

优点是减少眼框范围,适应环境,提高机械容差,推进消费级产品建设——通过一维和二维扩张技术减少眼框。光学系统的旁边,不遮挡视线,提高重量产生。

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------外观形态更像传统眼镜,有利于设计传统——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————获得真为三维图像的可能性——多层波导片可以一起填充,每层可以获得虚拟距离。严重不足光学效率低——————————————————几何波导:复杂的生产工艺整体良率低。

光波导

散射波导:散射色散导致图片有彩虹现象和光晕,非传统几何光学,设计门槛较高。图3.根据波导的AR眼镜外观原理示意图3、光波导的不同分类如文章的第二部分,波导结构的基础是薄透明的玻璃基础(一般厚度为数毫米或亚毫米级),光在玻璃上下表面之间往返全反射。

如果我们根据全反射的条件计算的话,就不会发现只有一部分角度的入射光需要在波导中传输,之后AR眼镜的最后视角(FOV)的范围。简单来说,越大的视角,折射率越高的玻璃基础必须构筑。因此,传统的玻璃制造商,如康宁和肖特,近年来为近视开发了市场专业的高折射率和轻量玻璃基础,希望大幅度降低晶体尺寸,降低波导生产的单位成本。

有低折射率玻璃基础,区分波导型主要是光出入波导的耦合结构。光波导体可分为几何光波导体和散射光波导体两种,几何光波导体是所谓的阵列光波导体,通过阵列反射镜填充构筑图像的输入和眼框的扩大,表示光学公司是以色列的Lumus,目前市场上还没有大规模的量产眼镜产品。散射光波导向主要是利用光刻技术生产的表面浮雕光栅波导向(SurfaceReliefGrating)和基于全息干涉技术生产的全息体光栅波导向Volumetric的HolographicGrating),被称为HoloLens2,Magic的Leappone归属于前者,全息体光栅光波导向用于全息体光栅元件替换浮雕光栅,苹果公司收购的Akonia公司使用的是全息光栅,并致力于该方向。

该技术仍在发展中,颜色表现良好,但目前对FOV的允许也很大。这里有一个确实的全息技术的区别,但这仍然是一个误解。

全息格栅只是利用类似全息照片的原理生产的,即使用两根激光组成干预条纹来调制格栅材料的特性,构成折射率周期,格栅本身不需要全息光学。四、几何光波导的工作原理和优缺点仅限于文章篇幅的原因,今天主要分析几何波导的工作原理和优缺点,下一篇重点分析散射波导。图4.光波导种类:(A)。

几何式光波导和半透半鼓吹镜面阵列的原理示意图、(B)分散光波导和表面浮雕光栅的原理示意图、(C)分散光波导和全息体光栅的原理示意图。几何光波导的概念年,以色列公司Lumus明确提出,致力于优化递归,至今已有近20年。根据图4(a)右图,耦合光转入波导通常是反射面或棱镜。

多次全反射后光到达眼镜前时,不会遇到半透射半鼓励的镜面阵列。这是耦合光波导的结构,即几何光波导的光人组装器。

半透射半鼓励(明确表示部分浮动部分反向)的镜面映射在玻璃基础上,与传输光构成特定角度的表面,各镜面不会将部分光引出波导转移到人眼中,只剩下的光引入波导中。然后,这部分进行的光又遇到了另一个半透射半鼓励的镜面,反复上面的光-进射过程,直到镜面阵列的最后一个镜面反射出只剩下的所有光,波导转移到人眼中。

在传统的光学光学系统中,图片一般只有一个出口,叫做出瞳。这里的半透半鼓吹镜面阵列等于将出瞳沿着水平方向复制了很多,每个出瞳都输入完全相同的图像,眼睛纵向移动时可以看到图像,这就是一维扩瞳技术(1DEPE)。

详细说明,如果转移到波导进瞳的是直径4毫米的光束,波导只负责管理传输,没有扩大图像等,出瞳的也是4毫米的光束,在这种情况下人眼的瞳孔中心不能在这4毫米的范围内移动,也能看到图像。这样的问题是,性别和年龄不同的人的眼睛瞳孔间隔有可能从51毫米到77毫米平均,近视表示系统的光学中心根据瞳孔间隔的平均值(63.5毫米)方向设计的话,相当多的人戴着这个眼镜看到明确的图像,或者几乎接管了近视频。

有了这种扩瞳技术,动眼框的范围一般可以从最初的4毫米左右扩大到10毫米以上。你可能会有疑问。有很多瞳孔,眼睛会看到影子吗?请放心。

出现瞳孔面的只有图像的傅里叶面,人眼瞳孔不会从这个面提取原始图像信息后,不会用自己的镜头晶体将瞳孔面射入确实的镜头面(视网膜),因此同一角度的光不会聚集在同一像素(视觉细胞)中可能有点无法解读,但这是扩大瞳孔技术不现实的精髓。动眼框的扩大解决了产品设计中的许多问题,如机械设计容量差、产品规格数(不需要男性版和女性版)、用户交互体验等,大大推进了AR眼镜对消费级产品的构建。但是,世界上没有免费的晚餐,瞳孔整体的发光面积减少,当然在每个瞳孔的方向看到的通光量增也是波导技术的光效率高于传统的光学系统的原因之一。几何光波导体利用传统的几何光学设计理念、建模软件和生产流程,与微纳米级结构无关。

因此,图像质量也包括颜色和对比度超过高水平。然而,过程相对复杂,其中一步是半透射半鼓吹镜面阵列的镀膜过程。由于光线在传播过程中不会越来越少,所以阵列中这五六个镜面的每一个都必须有不同的光线透射比(R/T),以确保整个眼框范围内的光线均匀分布。

另外,由于几何波导传播的光一般偏振(来源于LCOS微型显示器的工作原理),各镜面的镀膜层数有可能超过十几层或几十层。此外,这些镜面在镀膜的后层堆积后,用类似的粘合剂粘接,从一个角度切断成波导形状,在此过程中镜面间的平行度和切断角度影响光学质量。因此,即使所有的技术都能超过低良率,这几十步融合的总良率毕竟是一个挑战。每个步骤的结束都可能导致光学缺陷,罕见的有背景黑色条纹、亮度不均匀分布、鬼影等。

另外,随着技术的优化,镜面阵列已经完全看不见,但是在开动光机的情况下,也可以看到镜头上的横条纹(镜面阵列),复盖外部视线的一部分,也可能影响AR眼镜的美观。作者说明:李昆、浙江大学光电系本科毕业,加利福尼亚伯克利大学电子工程系博士毕业,主要研究方向包括光学光学系统、光电子设备、半导体激光和纳米技术等。

现在就职位于美国旧金山湾区的Rokidr-lab,兼任光学研究科学家和多个项目负责人。(公共编号:)文章:不知道6DoF,想说AR吗?详细介绍6DoF四种流行方案的特约原稿,允许禁止发表。下一篇文章发表了注意事项。


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