光學(xué)系統(tǒng)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備的一個(gè)重要組成部分；系統(tǒng)的考慮因素包括光效率、環(huán)境光的透射率、尺寸、重量和視野范圍（FOV）等。不幸的是，目前尚不存在完美的解決方案，必須對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行權(quán)衡。
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光學(xué)系統(tǒng)是AR設(shè)備中的一個(gè)重要組成部分
在AR設(shè)備中，為了實(shí)現(xiàn)投影中的圖像和真實(shí)世界的結(jié)合，必須有一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。在這篇文章中，闡述了幾種常見的光學(xué)系統(tǒng)及其原理，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比。
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在設(shè)計(jì)AR的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)要素：
- 光效率（投影儀到眼睛），即將光線從投影儀導(dǎo)入人眼的過程中傳遞的比例
- 環(huán)境光透射率
- 光學(xué)系統(tǒng)的尺寸和重量
- 越大越好的FOV
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AR設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng) Source:?Omdia
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對(duì)于現(xiàn)有的AR光學(xué)系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單歸類為兩種主要方案
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第一類是利用一些光學(xué)元件的半透半反特性，將部分顯示光反射到人眼中。同時(shí)，外部光線也可以穿過此光學(xué)裝置，從而實(shí)現(xiàn)圖像與現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)合。這種類型的光學(xué)裝置可進(jìn)一步分為三種類型：prism、free-space和birdbath。
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第二類解決方案是光波導(dǎo)類型。目前主要有三種技術(shù)：反射光波導(dǎo)、衍射光波導(dǎo)和全息光波導(dǎo)。
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最近，由于在外觀上更接近于傳統(tǒng)的玻璃，開發(fā)者和市場(chǎng)對(duì)波導(dǎo)型光學(xué)元件表現(xiàn)出最多的關(guān)注。
AR光學(xué)系統(tǒng)原理圖 Source:?Omdia
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目前不存在完美的解決方案；必須對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行權(quán)衡
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總的來說，目前還沒有完美的AR光學(xué)解決方案。不同的解決方案都是在犧牲特定特性的情況下對(duì)其他方案的優(yōu)化。
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Prism型光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但如果FOV增加，其體積將急劇增加。Free-space和Birdbath光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。總的來說三種反射式光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要較大的空間來實(shí)現(xiàn)，這造成了重量和體積的增大，限制了其在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用。
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Prism是谷歌眼鏡選擇的光學(xué)解決方案。然而，這種方案無法解決狹窄的FOV和大體積的光學(xué)元件之間的矛盾，所以消費(fèi)類電子產(chǎn)品逐漸放棄了它。然而，由于其較高的光學(xué)效率，它仍然被用于工業(yè)和軍事應(yīng)用。
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Google Glass Enterprise Edition 2，采用了棱鏡方案
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Free-space和Birdbath的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比度好，分辨率高，F(xiàn)OV大，但它對(duì)環(huán)境光的透射率低。因此看起來更適用于室內(nèi)場(chǎng)景。愛普生（Epson）的BT300和Nreal的產(chǎn)品選擇了這種解決方案。
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Nreal Light，采用Birdbath光學(xué)方案
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目前，開發(fā)者最感興趣的是光波導(dǎo)解決方案，它在尺寸和視角上有很大的改進(jìn)，但也有不足之處。
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其中反射式光波導(dǎo)的光學(xué)效率更高，但成本也更高。
Lumus Maximus采用了反射光波導(dǎo)
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衍射光波導(dǎo)是目前AR領(lǐng)域最有前途的光學(xué)解決方案，但其光效較低。AR制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)向高亮度的硅基micro?LED（LEDoS）來解決這個(gè)問題。比較而言，LEDoS的亮度可以超過100萬尼特；硅基OLED（OLEDoS）只超過1萬尼特。
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微軟HoloLens 2采用衍射光波導(dǎo)
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全息光波導(dǎo)具有與衍射光波導(dǎo)相似的特性，在成本上可能具有優(yōu)勢(shì)，但在全色發(fā)展上還不成熟。Akonia和Digilens是這些光學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)商；值得注意的是，Apple在2018年收購(gòu)了Akonia。
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TCL 雷鳥發(fā)布的先鋒版智能眼鏡采用全息光波導(dǎo)
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資料來源：Omdio
