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详解工业AR眼镜关键技术之光学篇

07/10 15:37
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AR眼镜的光学技术是决定其显示效果、佩戴体验和场景适应性的核心,直接影响虚拟信息与真实环境的融合质量。这里我们从光学所需要的微显示、光波导等技术,进行详解。

微显示技术

显示屏是 AR 眼镜的 “虚拟图像源”,其性能直接决定分辨率、亮度、色彩等核心显示指标,就目前市面上的产品,分辨率越高意味着芯片背板越大即尺寸越大。在实际设计产品时,需在“小尺寸”与“高分辨率”之间选择一个平衡点。它的指标要求有:

  • -高分辨率:在特定的视场角下,分辨率越高纱窗效应越弱,目前市面micro-oled系列产品已经达到1080p,而未来目标是 4K级。
  • -高亮度:亮度越高意味着你在强光环境也能看清虚拟画面,户外场景需对抗阳光(阳光亮度约 10 万尼特),显示屏亮度需达到1000-5000 尼特。
  • -高刷新率:减少动态画面拖影,需≥90Hz,人眼则感受不到画面的滞后。
  • -高对比度:确保虚拟图像在复杂光线环境下的清晰度。

主流技术方案有LCOS、Micro-OLED、Micro-LED等。

光波导技术

光波导是 AR 眼镜实现 “轻薄化” 的关键,其作用是将微显示屏生成的虚拟图像投射到用户眼中,同时允许真实环境光透过波导片进入人眼。核心是通过光学结构让光线在镜片内部进行传播,最终以特定角度射出。

1、几何波导也称阵列波导

原理:利用棱镜、反射镜等几何光学元件,通过全反射在镜片内传播光线,最后通过出口棱镜将光线导出至人眼。

特点:结构简单、光线利用率高(亮度损失少),但镜片较厚(通常 5mm 以上),正面有明显条纹。

2、衍射波导

原理:在镜片表面设计纳米级光栅(衍射光学元件),光线通过耦入光栅的衍射效应后在镜片内全反射传播,最终由耦出光栅导向人眼。

特点:可实现超薄镜片(2-3mm),重量轻,但光线利用率低,如果实现全彩还需要多层波导支持。

AR光学作为AR眼镜最重要的组成部分,其核心是追求更轻薄的体积、更大的 FOV、更好的成像质量以及更低的成本。目前市场已经证明,基于衍射光波导的方案产品形态最接近普通眼镜,因而符合发展趋势,在不久的未来,体积轻薄、大视场角眼镜必定会出现。

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