美国AWE直击 | 怎样实现120度大视角超薄AR光学?

2023-06-02 18:10:34来源:YiVian


MagicLeap、XREAL、ThinkReality等老牌XR厂商密集亮相。

据Bloomberg等多家外媒猜测,苹果XR头显可能采用Pancake的光学方案,在VR功能的基础上,采用与MetaQuestPro及Quest3相同的VST技术(摄像头拍摄视频透过)以实现兼容AR功能。苹果、Meta两大家同时下注,这使得AR、VR双模混合成为了行业新风向,但两家都不约而同选择VST,则隐隐点出了一个存在已久的行业痛点,即业界缺少光学透过式(OST)的大视角AR光学方案。此次AWE大会上展出了一款由AntReality带来的120度大视角超薄AR光学方案,吸引了大量业内人士排队打卡体验。

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以下,我们通过AntReality的大会演讲的中文译文,来探析一下实现120度大视角超薄AR光学的技术路径

(干货预警,共4554字,阅读约花费7分钟。)

大家好,我是AntReality的创始人覃政。

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今天要介绍的是我们的Crossfire:一款AR/VR两用的120°视角AR光学,它集成到产品中将会是这样轻薄的眼镜形态

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众所周知,大视角是行业所趋,然而在AR领域,大视角却非常罕见。

1.混合波导为什么能实现大视角?与Birdbath、自由曲面、波导方案对比

这是业界常见的Birdbath方案的光路图,由于视窗口径(Viewaperture)受限于体积问题不能做得更大,而视窗距(Viewdistance)又无法进一步缩短,Birdbath的极限是纵向视角29°对角线60°,也就是说,几何因素限制了birdbath可实现的最大视角为60°。

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这是自由曲面方案的光路图,由于它是离轴的(Off-axis)方案,导致其产生扇形畸变,画面边缘清晰度低、图像扭曲,即使是软件反畸变算法也无法很好的校正。之前业界有过90°以上的自由曲面方案,但体积非常大。若做成眼镜体积,且要求画面足够清晰,则最多只能利用自由曲面视野中心50°左右的区域

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如果希望将产品外形维持在眼镜形态,那么缩小光机体积的同时,通常也会导致视角减小。况且波导方案成本也非常高,这无疑又为市场化增加了障碍

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下面是OLED等薄板式光源即可,这使得整机可实现窄边框的眼镜形态

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这是透过混合波导Type-A光学模组的实拍视频,可以看到它视角非常大,图像明亮清晰锐利,且镜片轻薄呈眼镜形态。

混合波导Type-A和Type-B均采用刚才介绍的单混合波导系统,可达最大视角为对角线90°。通过两套单混合波导系统进行双向拼接,通过在轴图像融合,最大可达到对角线135°的融合视野

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混合波导系统通过特殊的偏振系统设计实现了杂光的消除,如下图所示,图示中红色的线偏振s光产生的多个非正常光路杂光被绿色的线偏振p系统消除,从而杜绝了大部分鬼影(Ghostimage);同时,紫色的圆偏振片系列除了可以防止光线外溢形成漏光(Eye-glow),还实现了反射旋光,以保证正确光路的唯一光线从s光变成系统允许通过的p光而最终进入人眼。偏振反射和偏振旋光的设计,使得整个系统拥有很高的光学效率。最终带来的优良效果是,用户获得足够明亮的显示图像,整个视野非常通透干净,且系统内向鬼影和外向漏光都得到了有效控制

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就这样,我们实现了超大视角的AR。

为什么说OST比VST好呢?

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如果我们直接将Crossfire与Pancake进行对比:

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CrossfireMax3K,它是一款单目3K分辨率的AR+VR两用光学模组,视角为120度,厚度为13mm

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通过实拍的视频可以看到,模组可以实现Crossfire的情况就好了很多,因为是在轴系统,无论人眼移动到什么位置,上下拼接的画面始终是自然地融合在一起,几乎可以达到完美的拼接显示效果,做到无接缝,无重影

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Crossfire的整机参考设计,这是一款AR+VR两用的一体机,眼镜形态,厚度为10mm,视角为100°。我们首次采用纯光学式的动态调光,可以实现更大范围的0.002%-33%的透过率,简言之,也就可以实现更黑的VR封闭和更亮的AR透过

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一起看一下它大视角和VR、AR切换的实拍视频:

所以,如果Crossfire参考设计变成实际产品,它与市面上几款主流的AR设备进行横向对比:

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5.下一代AR光学方案,更好的混合波导

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总结介绍下,我们的整个混合波导系列将会在未来元宇宙生态中作为硬件基础设施发挥其价值与作用

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很高兴,CES上,混合波导受到了更多的关注,大视角以及AR、VR切换的功能让大家耳目一新,全球很多媒体进行了报道。
本届AWE,蚁视(AntReality)的展位在113号。

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大家可以在展位上体验到Type-A、B、C的模组和以及Crossfire的参考设计,欢迎大家前往体验。

谢谢!

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