首页 雷火电竞正文

有声小说,当咱们议论光波导时,咱们在议论什么(上)-雷火电竞平台官网

admin 雷火电竞 2019-06-02 179 0

光波导,因其轻浮和外界光线的高穿透特性而被以为是消费级AR眼镜的必选光学计划,又因其价格高和技能门槛高让人望而生畏。跟着干流AR设备微软HoloLens2、Magic Leap One等对光波导技能的选用和设备量产,以及AR光学模组厂商DigiLens、耐德佳、灵犀微光等近期融资音讯的频频宣布,导致光波导的评论热度也持续添加了不少。

那么,光波导的作业原理是怎样的?市面上各式各样的阵列光波导、几许光波导、衍射光波导、全息光波导、多层光波导又有什么不同?它又是怎么一步步改动AR眼镜商场格式的?Rokid R-lab光学研讨科学家、美国加州伯克利大学电子工程系博士李琨为您娓娓道来。

光波导,一个应AR眼镜需求而生的光学计划

增强实际(AR)与虚拟实际(VR)是近年来广受重视的科技领域,它们的近眼显现体系都是将显现器上的像素, 经过一系列光学成像元件构成远处的虚像并投射到人眼中。

不同之处在于,AR眼镜需求透视(see-through),既要看到实在的外部国际,也要看到虚拟信息,所以成像体系不能挡在视野前方。这就需求多加一个或一组光学组合器(optical combiner),经过“层叠”的方法, 将虚拟信息和实在场景融为一体,相互弥补,相互“增强”。

图 1. (a) 虚拟实际(VR)近眼显现体系的示意图; (b) 增强实际(AR)近眼显现体系的示意图。

NED:近眼显现(Near-eye display,简称NED)

AR设备的光学显现体系一般由微型显现屏和光学元件组成。归纳来说,现在商场上的AR眼镜选用的显现体系便是各种微型显现屏和棱镜、自在曲面、BirdBath、光波导等光学元件的组合,其间光学组合器的不同,是差异AR显现体系的要害部分。

微型显现屏,用来为设备供给显现内容。它可所以自发光的有源器材,比方发光二极管面板像micro-OLED和现在很抢手的micro-LED,也可所以需求外部光源照明的液晶显现屏(包含透射式的LCD和反射式的LCOS),还有根据微机电体系(MEMS)技能的数字微镜阵列(DMD, 即DLP的中心)和激光束扫描仪(LBS)。

这儿做了一张简略的AR光学显现体系的分类和产品举例:

因为本文首要论述光波导的作业原理和特征,对其它光学计划不做具体介绍,关于几种计划的差异,之前也有较多文章进行了论述。很显然,完美的光学计划还没有呈现,才有现在商场上百家争鸣、百家争鸣的状况,这需求AR眼镜的产品规划者根据运用场景、产品定位等来做权衡取舍。咱们以为,光波导计划从光学作用、外观形状,和量产远景来说,都具有最好的发展潜力,或许会是让AR眼镜走向消费级的不贰之选。

光波导是怎么作业的

在上述光学成像元件中,光波导技能是应AR眼镜需求而生的一个比较有特征的光学组件,因它的轻浮与外界光线的高穿透特性而被以为是消费级AR眼镜的必选光学计划,而跟着微软Hololens两代产品以及Magic Leap One等设备对光波导的选用和量产,关于光波导的评论热度也在持续添加。

其实,波导技能并不是什么新发明,咱们了解的光通信体系中,用来传输信号的光纤组成了许多条衔接大洋彼岸的海底光缆,便是波导的一种,只不过传输的是咱们看不见的红外波段的光。

在AR眼镜中,要想光在传输的进程中无丢失无泄漏,“全反射”是要害,即光在波导中像只游蛇相同经过来回反射前然后并不会透射出来。简略来说抵达全反射需求满意两个条件:(1) 传输介质即波导资料需求具有比周围介质高的折射率(如图2所示n1> n2); (2) 光进入波导的入射角需求大于临界角θc.

 

图 2. 全反射原理示意图

光机完结成像进程后,波导将光耦合进自己的玻璃基底中,经过“全反射”原理将光传输到眼睛前方再释放出来。这个进程中波导只担任传输图画,一般状况下不对图画自身做任何“功”(比方扩展缩小等),能够了解为“平行光进,平行光出”,所以它是独立于成像体系而存在的一个独自元件。

光波导的这种特性,关于优化头戴的规划和美化外观有很大优势。因为有了波导这个传输途径,能够将显现屏和成像体系远离眼镜移到脑门顶部或许旁边面,这极大下降了光学体系对外界视野的阻挠,而且使得分量散布更契合人体工程学,然后改进了设备的佩带领会。

这儿将波导技能的首要长处和缺乏罗列如下,期望读者阅读完本文后会对背面的缘由愈加了解。

长处

• 增大动眼框规模然后习惯更多人群,改进机械容差,推进消费级产品完成 – 经过一维和二维扩瞳技能增大动眼框。

• 成像体系旁置,不阻挠视野而且改进配重散布 –  波导镜片像光缆相同将图画传输到人眼。

• 外观形状更像传统眼镜,利于规划迭代 –  波导形状一般是平坦轻浮的玻璃片,其概括能够切开。

• 供给了“真”三维图画的或许性 – 多层波导片能够堆叠在一起,每层供给一个虚像间隔。

缺乏

• 光学功率相对较低 – 光在耦合进出波导以及传输的进程中都会有丢失,而且大的动眼框使得单点输出亮度下降。

• 几许波导: 繁杂的制作工艺流程导致整体良率较低。

• 衍射波导: 衍射色散导致图画有“彩虹”现象和光晕,非传统几许光学,规划门槛较高。

图 3. 根据波导的AR眼镜外观原理示意图

光波导的不同分类

如文章第二部分所提,波导结构的根底是轻浮透明的玻璃基底(一般厚度在几毫米或亚毫米等级),光经过在玻璃上下外表之间来回“全反射”行进。

假如咱们根据全反射的条件做一个核算,会发现只要一部分视点的入射光能够在波导中传输,这便决议了AR眼镜终究的视场角(FOV)规模。

简而言之,越是大的视场角,就需求越高折射率的玻璃基底来完成。因而传统玻璃制作商比方康宁(Corning)和肖特(Schott),近年来都在为近眼显现商场研制专门的高折射率而且轻浮的玻璃基底,还在尽力不断增大晶元尺度以下降波导出产的单位成本。

有了高折射率玻璃基底,差异波导类型就首要在于光进出波导的耦合结构了。光波导整体上能够分为几许光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)两种,几许光波导便是所谓的阵列光波导,其经过阵列反射镜堆叠完成图画的输出和动眼框的扩展,代表光学公司是以色列的Lumus,现在商场上还未呈现大规模的量产眼镜产品。

衍射光波导首要有运用光刻技能制作的外表浮雕光栅波导(Surface Relief Grating)和根据全息干与技能制作的全息体光栅波导(Volumetric Holographic Grating), HoloLens 2,Magic Leap One均归于前者,全息体光栅光波导则是运用全息体光栅元件替代浮雕光栅,苹果公司收买的Akonia公司选用的便是全息体光栅,别的致力于这个方向的还有Digilens。这个技能还在发展中,色彩体现比较好,但现在对FOV的约束也比较大。

这儿还要差异一下真实的“全息技能”,其实这一向是个误区,全息光栅仅仅因为运用了类似于全息照相的原理来制作的,即用两束激光构成干与条纹来调制光栅资料的特性以构成“折射率周期”,光栅自身并不能够全息成像。

几许光波导的作业原理及优缺点

限于文章篇幅的原因,今日首要剖析几许波导的作业原理和优缺点,下一篇再要点剖析衍射波导。

图 4. 光波导的品种: (a) 几许式光波导和“半透半反”镜面阵列的原理示意图, (b) 衍射式光波导和外表浮雕光栅的原理示意图, (c) 衍射式光波导和全息体光栅的原理示意图。

“几许光波导”的概念最先由以色列公司Lumus提出并一向致力于优化迭代,至今差不多快二十年了。按图4(a)所示,耦合光进入波导的一般是一个反射面或许棱镜。在多轮全反射后光抵达眼镜前方时,会遇到一个“半透半反”镜面阵列,这便是耦合光出波导的结构了,也便是几许光波导里的“光组合器”。

“半透半反”(切当说是“部分透部分反”)的镜面是嵌入到玻璃基底里边而且与传输光线构成一个特定视点的外表,每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼,剩余的光线透射曩昔持续在波导中行进。然后这部分行进的光又遇到另一个“半透半反”镜面,然后重复上面的“反射-透射”进程,直到镜面阵列里的最终一个镜面将剩余的悉数光反射出波导进入人眼。

在传统光学成像体系中,图画一般只要一个“出口”,叫做出瞳。这儿的“半透半反”镜面阵列相当于将出瞳沿水平方向仿制了多份,每一个出瞳都输出相同的图画,这样眼睛在横向移动时都能看到图画,这便是一维扩瞳技能(1D EPE)。

具体阐明,假定进入波导“入瞳”的是直径4毫米的光束,因为波导只担任传输而并不把图画扩展缩小等,那么“出瞳”的也是4毫米的光束,在这种状况下人眼的瞳孔中心只能在这4毫米的规模内移动而且仍能看到图画。

这样的问题是,不同性别和年纪的人双眼瞳孔距离或许从51毫米到77毫米不等,假如近眼显现体系的光学中心根据瞳距的平均值(63.5毫米)方位来规划,这就意味着有很大一部分人戴上这个眼镜看不到明晰的图画或彻底接纳不到图画。

有了这个扩瞳技能,动眼框规模一般能从开始的4毫米左右扩展到10毫米以上。你或许会发生疑问,多个出瞳,这样眼睛不会看到重影么?定心吧,出瞳面仅仅图画的“傅里叶面”,人眼瞳孔会从这个面截取完好的图画信息并用自带的“透镜”晶状领会将出瞳面透射到真实的“像面”(视网膜)上,因而同一视点的光仍是会会聚到同一个像素(视觉细胞),不会呈现重影。

或许有点难了解,但这是扩瞳技能可行的精华。动眼框的扩展处理了产品规划中的许多问题,例如机械规划容差、产品规格数目(需不需求分男版和女版)、用户交互领会等,将AR眼镜向消费级产品的完成大大推进了一步。

可是天下没有免费的晚餐,仿制出瞳导致总的出光面积增大,自然而然在每一个出瞳的方位看到的通光量就减小了,这也是引起波导技能光功率比传统光学体系偏低的原因之一。

几许光波导运用传统几许光学规划理念、仿真软件和制作流程,没有牵扯到任何微纳米级结构。因而图画质量包含色彩和对比度能够抵达很高的水准。

可是,工艺流程比较繁杂,其间一步是“半透半反”镜面阵列的镀膜工艺。因为光在传达进程中会越来越少,那么阵列中这五六个镜面的每一个都需求不同的反射透射比(R/T),以确保整个动眼框规模内的出光量是均匀的。

而且因为几许波导传达的光一般是偏振的(来历于LCOS微型显现屏的作业原理),导致每个镜面的镀膜层数或许抵达十几乃至几十层。别的,这些镜面是镀膜后层层摞在一起并用特别的胶水粘合,然后依照一个视点切开出波导的形状,这个进程中镜面之间的平行度和切开的视点都会影响到成像质量。

因而,即便每一步工艺都能够抵达高良率,这几十步结合起来的总良率却是一个应战。每一步工艺的失利都或许导致成像呈现瑕疵,常见的有布景黑色条纹、出光亮度不均匀、鬼影等。

别的,尽管跟着工艺的优化镜面阵列现已简直做到“不行见”,但在关掉光机的状况下依然能够看到镜片上的一排竖条纹(即镜面阵列),或许会遮挡一部分外部视野,也影响了AR眼镜的漂亮。

作者介绍:李琨,浙江大学光电系本科结业,美国加州伯克利大学电子工程系博士结业,首要研讨方向包含光学成像体系、光电子器材、半导体激光器和纳米技能等。现就职坐落美国旧金山湾区的Rokid R-lab,担任光学研讨科学家和多个项目担任人。

【文章为作者独立观念,不代表87870态度】

本文由 Rokid 授权 87870 宣布。转载此文章须经作者赞同,并须注明来历及链接,否则将追究其法律责任!



假如您也认同,打赏支撑下作者吧
打赏
0人打赏
Rokid
Rokid,一家专心人机交互技能探究的酷公司,AI、AR软硬件相关。中心技能包含语音唤醒、语音辨认、自然语言处理、图画辨认等,北京和美国硅谷均设有研制实验室,用于人工智能理论、算法研讨,以及前瞻性技能的探究。
挑选付出金额
1元 2元 5元
挑选付出方法
金币 微信 付出宝
打赏成功

感谢您对87870的支撑
雷火电竞版权声明

本文仅代表作者观点,不代表本站立场。
本文系作者授权发表,未经许可,不得转载。

幸福人生,单个低利率借款被用于购买理财产品套利!银保监会将打开举动-雷火电竞平台官网

  •   所以有不少出资者选择经过基金的办法参加到美股出资中,今日小编就来盘点一下,出资美国

  • 起亚k5,仅6只出资美股的QDII基金战胜了商场 你买对了吗?-雷火电竞平台官网

  •   关于矿山生态修正形式,湖南省天然资源厅提出,抛弃露天矿山生态修正要与山水林田湖草生态维护修正工程、城乡建设用地增减挂钩、村庄复兴

  • 奔驰迈巴赫,湖南展开长江经济带抛弃露天矿山生态修正-雷火电竞平台官网

  • 要听神明的话,电池安全正式列入“查核”,蔚来召回给新势力打样-雷火电竞平台官网

    要听神明的话,电池安全正式列入“查核”,蔚来召回给新势力打样-雷火电竞平台官网

  •   李克强:致力于展开更高水平的敞开型经济

      国务院总理李克强2日上午在大连到会2019年夏日达沃斯论坛开幕式并宣告特别致辞。李克强标明,夏日达沃斯论坛在我国现已举办了13年。最初建立夏日达沃斯论坛时,新一轮产业革命正在鼓起,全球化脚步在加速,新业态、新技术、新商业模式层出不穷。

      多头东山再起 私募再度大幅加仓!两大出资时机获遍及看好

      7月以来,A股商场连续了6月中旬的震动上扬气势。股票私募在A股的仓位装备方面,现已由5月的大幅减仓,转变为6月以来的大幅加仓。从仓位水平缓出资决计视点来看,现在私募组织关于短中期和下半年A股商场的体现全体偏于达观,偏强震动正成为一线私募的干流预期。

      中报行情来了!多只预喜个股大涨 请收好这份出资攻略

      业内人士指出,依据前史体现状况来看,布局中报行情的最佳时段在7月中上旬。但出资者在追逐中报行情的时分,要注意鉴别“伪增加”股,避免“踩雷”。组织建议,出资者可从其时成绩预告里边,经过多维度的挑选规范,挑出成绩高增加且安稳的上市公司。

      网上申购陡增10万户!科创板002、003号中签率出炉 分别为0.06%和0.055%

      7月2日晚间,科创板002号、003号中签率出炉。

  • 烧烤,7月3日国内四大证券报纸、重要财经媒体头版头条内容精华摘要-雷火电竞平台官网

    最近发表

    雷火电竞平台官网_雷火竞猜_雷火电竞csgo

    http://www.koisoku.net/

    |

    Powered By

    使用手机软件扫描微信二维码

    关注我们可获取更多热点资讯

    雷火电竞出品