AR眼镜方案的介绍及建模

       AR眼镜光学显示系统由微显示屏、光学元件组成:因为既要看到真实外部世界,也要看到虚拟信息,所以显示屏不能挡在视线前方,需要光学组合器,通过层叠将虚拟信息和现实景象组合在一起。

      目前较成熟的光学方案包括:棱镜、自由曲面镜、birdbath、光波导方案等,当然目前技术发展仍然不是很成熟,还有一些行业痛点导致产品无法大面积普及:

①:生态不够完善:虽然市面上存在很多此类产品,但是相比之下生态做的都不是很健全,当然现在的应用越来越广泛了:逐渐应用在实时翻译、智能导航、智能教育、AR试穿、设备巡检、智能分拣、AI导游等应用场景,但是未来还有很多的使用场景需要开发;

②:续航问题:由于是头戴设备,所以体积极致压缩,所以内置电池不可能做到很大,而外接充电设备又显得很笨重。续航更持久,包括更低的IP功耗、更高效的数据交互、更低的带宽需求、更低的外部存储空间要求;

③能效比问题

④量产良率与成本问题:目前AR眼镜在生产过程会有一些需要克服的问题:

        贴膜对准精度问题、

        贴合过程中的褶皱、气泡问题、

        在加工过程中的切割毛刺问题、

        环境洁净度要求极高,否则会产生腔内异物

        产线产能问题

当然现在国内一些企业也在逐步克服以上难题:

     ①针对贴膜精度问题,目前复合膜光轴对准精度可以做到±0.1°甚至更小;

    ②针对贴合过程中的不良问题,通过改善生产环境、精准控制环境参数,定制治具以及独特的工艺流程设计,当然还有光学胶材的定制;

    ③切割毛刺问题,采用激光切割会改善很多,目前裁剪精度可以达到正负2丝(±0.02mm),熔边<5丝,甚至更小;

    ④洁净度问题,一般会采用百级千级洁净车间;

以上就是AR眼镜发展现在遇到的一些问题以及技术发展现状。

接下来我来大致介绍一下相关的方案:

一、棱镜方案:

       由微型投影仪、反射棱镜组成,微型投影仪将图像投射出来,棱镜通过半返半透结构将图像反射到人眼中。棱镜方案技术成熟、成本低廉,但亮度不高、视场角较小,会部分遮挡用户视线。

二、自由曲面镜方案:

 

自由曲面是一种有别于球面或非球面的非常规面形 ,可以使光学性能得到提高 ,分为反射镜结构 、折射棱镜结构:

(1)自由曲面反射镜结构:仅使用一个曲面反射镜来收集微显示器和现实世界的光线;由于光线仅被反射一次 ,光损明显降低  。采用此方案的AI眼镜包括:Mira Prism 、Meta2 、Dream Glass等  。

(2)自由曲面棱镜结构:将两个折射面 ,一个全内反射面 、一个部分反射面合并到一个元件中 ,视场角更大 ,但厚度较大  。采用此方案的AI眼镜包括:爱普生BT300 、耐德佳X2等

三、光波导方案:

揭秘光波导核心原理,了解AR眼镜背后的挑战(上) - 知乎

 

光波导的基本原理:耦入区域的光学元件将微投影光机发出的光束耦入进波导片,并以全反射的方式传播。相对于其他方案,光波导更轻薄、透光率高、可做到类普通眼镜形态,被视为未来发展趋势;但技术复杂、成本较高。光波导主要分为几何光波导(反射光波导)、衍射光波导(表面浮雕光栅波导、体全息光栅波导):

(1)几何光波导:通过阵列反射镜堆叠,利用光学冷加工工艺,成像质量更佳。

(2)衍射光波导:属于衍射光学范畴,光栅结构可更灵活地实现扩瞳,具有较大发展潜力,谷歌、苹果、索尼、三星等大厂均在积极布局。

采用光波导的相关产品包括:雷鸟X3、魅族MYVU、影目INMO AIR 3、Rokid Glasses、Ultralite等

四、 BirdBath方案:

从棱镜到光波导,一文看懂AR主流光学显示方案未来趋势 - 知乎

 

BirdBath将微显示器的光线经过透镜进行准直,利用半透半反镜、凸透镜的组合,将虚拟图像放大并投射到用户的视野中,故而得名。BirdBath方案相对简单,成本较低,量产程度高,但视场角不高,同时光线经过多次反射,光损较高。采用BirdBath相关产品包括:ODG R9、联想Mirage、Rokid Air、XREAL Air等。

下图为网上收集的以上几种方案的对比:

以上就是AR眼镜几种方案的对比,下面我将用一个简化的模型来介绍一下BB方案:

2D:

作者:光头强

资料为网上搬运,如有侵权立马下架

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