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光波导与ODG反射方案到底谁会是AR光学的主流?

光波导与ODG反射方案到底谁会是AR光学的主流?

Xtecher原创 丨 行业洞察

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2017-01-08

徐涛

Xtecher特稿作者

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前段时间的质疑Hololens使用光波导技术是掉进了坑里那篇文章,朋友圈里很多人都在转发。然而文章作者将像源OLED与光学系统光波导进行对比,也引发了一些吐槽。那么问题来了,ODG的45°反射式方案和光波导到底谁会是未来的主流方案?

 

选择一种AR近眼光学系统,无论是怎样的技术方案,都需要在显示质量,FOV,价格,重量,体积,方便使用等方面做权衡。AR近眼显示系统主要图像源和光学系统两部分,图像源负责产生图像,光学系统则将图像投射到视野中。图像源目前有LCoS,OLED,LCD等几种,光学系统则有离轴光学、棱镜、自由曲面、光波导几种。

 

那么ODG用的是哪一种方案呢?

 

ODG R9使用的光学方案是棱镜的一种改进型。

 

棱镜方案的经典的就是Google Glass,利用45度角棱镜,把显示器产生的光从眼镜框反射进人眼,也同时让现实世界的光透进来。棱镜的方案的为题在于如果要做大的视场角,棱镜的长和宽就要1:1的成比例扩大,因此分光棱镜的体积普遍比较大。

 

ODG所采用的就是一种经过改进的棱镜方案。由于分光棱镜的体积比较大,重量也比较重,而且图像源在边上也容易遮挡视野,出现了一种分光棱镜的改进型,单片半反半透镜的技术,简单来说,把棱镜的其他部分去掉,只留下半反半透的膜层。夹着膜层的玻璃片可以做的很薄。

 

图为ODG R-8,可以看到光学部分由上部的像源和一片斜45°的半透半反玻璃片组成。


图片1.png


Hololens 则采用了光波导的方案。简单来说, Hololens采用的光波导器件分为三个部分:藕入系统光传输系统、藕出系统。这里藕出指的就是将光耦合入人眼,并在视网膜上成像Hololens使用全息光栅来进行光耦合,利用全息干涉的原理,将某一角度的倾斜条纹在一定厚度的材料中记录下来形成倾斜光栅。当光按照一定角度入射到该光栅上时,就会衍射出另一个角度的光(光发生偏转,这里可以将倾斜衍射光栅简单想象成很多很小的有规则排列的平面镜)。

 

光波导技术根据藕出方式也可以细分为阵列式波导、全息波导等。Hololens使用的全息光栅波导由于有色散问题,通过使用三片光栅波导(分别对应红绿蓝RGB三色),色域由RGB三原色来合成。这样一定程度上缓解了彩虹效应。

 

综合看两种光学方案在各项指标上的PK:

 

1. 厚度。


光波导技术的好处是可以折叠光路(1mm即可,Google glass需要10mm),通过一片眼镜片式的光学镜片,就能实现大范围的虚拟成像。而ODG所采用的棱镜改进方案,也可以做的比较薄,但是占用的空间至少有12mm*12mm。因此波导略胜。

 

图片2.png 

 

2. FOV


ODG的R-8 提供了单目40°FOV,光波导的FOV目前最大的是Lumus的40°,其次是国内灵犀的36°。而近日微软已经发布了90°视场角的专利Lumus也宣称下代产品将是60°视场角。从发展的眼光来看,光波导似乎在FOV上更有前景。不过就目前的FOV比较,算是平局。

 

下图为hololens专利

 图片3.png


3. 视野遮挡

 

ODG的方案图像源和藕入模块必须在光学系统上方,这样导致上部视野完全被遮挡,而光波导镜片类似普通眼镜片,不遮挡视野。光波导胜出。


图片4.png 

 

3. 成本


目前光波导的成本方面,我们没有获得可靠的信息。不过我们了解到光波导的成本会随着量产降到几百人民币。这方面目前来看还是ODG胜出。

 

除了技术指标上的硬碰硬以外,一些场外的信息也可以给我们一些参照。目前的AR巨头中,hololens很早就选择了砸钱做波导,而MagicLeap在意识到光场方案短期内难以实现后,这代产品也很可能是基于波导的眼镜。从这两家很可能获得了上帝视角的公司动向看来,这一代波导似乎更受青睐。

 

综合来看,我们认为光波导会是唯一能最终达到普通眼镜形态的光学方案。也更可能是AR爆发后的主流方案。下一次带来技术升级的,可能就是光场技术,但这大概就要等10年以后了。 

 

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