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原标题:从头盔到眼镜,超短焦光学如何成为VR产品进化路上的“瘦身良药”? | VR陀螺

原创 灵火 VR陀螺 昨天

文/VR陀螺 灵火

从去年最先,采用短焦光学方案的VR表现器最先走进大多视野。

倘若将VR头显比作一个大肥子,那VR眼镜则是前者完善了各项健美计划后的样子。正如人人都喜欢帅哥美女相通,“瘦身”成功的VR眼镜倚赖着一副“苗条身姿”吸引了不少VR喜欢益者的现在光。所谓VR产品的“健美计划”,其实就是VR头显从传统光学向超短焦光学落地遍及的过程。

去年4月,深圳VR设备厂商3Glasses发布首款VR眼镜产品X1,预示着短焦VR光学正式走向消耗级市场;同年9月,Oculus在Connect 6开发者大会上公布了Half Dome 3原型机,其在短焦光学变焦表现技术上取得的卓异收获为日后落地幼型VR设备铺平了道路;华为、Pico紧随其后,也别离发布了自家的VR眼镜产品。

不寝陋出,VR表现器的“健美计划”已是初现收获。但这是否就是超短焦光学方案的最后形式了?是否意味着VR眼镜就肯定会成为替代VR头显的存在,成为新的主流?让吾们从短焦光学的原理最先,一一解答上述题目。

超短焦光学方案

VR设备的“瘦身良药”

国内最早推出超短焦方案VR产品,是在2016年。那时,国内厂商多哚(Dlodlo)推出首款VR眼镜:其正面酷似一个飞走眼罩,重量则只有78g。对于那时手机盒子横走的VR市场而言,这款产品着实令人现时一亮,然而最后也没能等到它量产上市的镇日。

从初次冒头至今,短焦光学已打磨发展了4年时间。这期间,以FOV从幼到大来分有解放弯面和基于逆射偏振的折叠光路(Pancake)两栽方案,这在VR产品设计中比较常见。

1、落地:Pancake

睁开全文

若根据可量产程度来分,逆射偏振的折叠光路(Pancake)当属第一。

Pancake能够细分为两片式和多片式两栽折返方案,现在市面上常见的两片式居多,由于其对生产工艺的请求浅易,成本可控且成像成绩有保障,因此也是现在大无数VR眼镜所采用的短焦光学方案。

吾们清新,VR头显议定一组凸透镜实现成像,清淡必要保持屏幕与人眼3cm旁边的阻隔,从而增补设备厚度。基于Pancake技术方案的VR眼镜,图像源进入半逆半透功能的镜片之后,光线在镜片、相位耽延片以及逆射式偏振片之间多次折返,最后从逆射式偏振片射出。议定此栽光学方案,能极大的缩短了产品体积。

Pancake原理

Pancake方案的中央,是当半逆半透功能的镜片添在其中,折返的过程会造成重影的负面产物并直接影响成像质量,而偏振膜(首偏器)的行使得以清除这些负面的影响。

影创董事长孙立通知VR陀螺:“LCD屏幕自带偏振,只必要在镜片上镀一层偏振膜,那么在第一次折返的时候就能尽量达到全逆,第二次光进时兴偏振状态会转折,因此透射效率会变得很高,逆射效率会变得很矮,云云就不会看到清晰的重影。倘若是OLED屏幕,那么一路先就会议定偏振膜(首偏器),这一过程会让其亮度降矮一半旁边。”

多片式(清淡指5到6片)的折返方案,就是行使比通例微表现屏更幼的硅基微表现屏以及更多的镜片堆叠来设计光路。由于相比两片折返方案组织上更添紧凑,因此VR眼镜的体积会缩短更多。但是,多片折返方案中光学镜片越多,拼装以及镀膜的难度也就越大。

Pico产品负责人称:“影响Pancake光学质量的,主要在注塑精度、杂散光、光轴对准调焦、脏污等题目上。以是相较而言,共轴解放弯面是更添有效的改善方案,由于是逆射式体系,畸变和色差的影响不是很大,以是在设计时,在考虑的权重上不大。”

2、追求:解放弯面

顾名思义,这类透镜是为特定光路模组设计的,专门规镜片形状的透镜。理论上讲,解放弯面的镜片能够清除各栽各样的色散、畸变,但实际上添工这类镜片的过程相等难得,以是真实行使在VR眼镜中的成本更高且条件也更严格。

由于镜片形状随机,添工过程中会遇到更添诡异的畸变和不可测量的因素。清淡情况下,共轴解放弯面光学议定五轴或者十轴拟相符出一个清淡的面型,以是实际上添工出来的终局也只能是拟相符面型,不克100%还原。

MR一体机R-1的四叠逆射折射解放弯面棱镜

孙立外示:“将解放弯面技术用到VR设备中难度过高,这会在添工时引入不可控畸变。倘若你竖立的畸变值只有2%,实际上末了表现下来是4%,是不规则的。和规则镜片的筒状畸变迥异,后者能够用标准算法来校准,解放弯面畸变就只能单台校准。”

自然,离轴解放弯面的方案在像质(VR眼镜一个很主要的参数,下面座谈到)的外现上不亚于堆叠方案,甚至有更多的调教手法。Quest对于畸变的调教做的专门极致,只有把一切畸变都降矮到1%以下,资源中心才会有身临其境的感觉,这栽微弱的差别在双6DOF体验中会很容易被察觉。

现在,离轴解放弯面被更多用在MR头显的设计方案之中。

一方面,MR头显大多主打高端路线,其价格能够撑持光学方案的落地;另外,离轴解放弯面方案受到工艺难度影响,清淡FOV较幼。尽管已经有公司设计出基于该方案的VR眼镜,但并不具备落地的条件。

3、异日:复眼光学(统称)

除了上述两栽常见的短焦光学方案之外,还有两栽光学方案现在被更多的适用于AR/MR眼镜的开发——衍射光波导、几何光学微透镜阵列,它们都行使了复眼成像的原理。

现在两栽方案在工艺和量产题目上都尚待解决,但是孙立认为,尽管复眼原理的两栽光学技术现阶段无法已足VR眼镜的一切需求,但却是异日VR/AR光学的总体发展倾向,由于上述技术可实现扩瞳。

浅易注释,非扩瞳的情况就是当你在佩戴VR头显时,清亮的图像往往只是荟萃在最中央位置视点,倘若眼睛位置转折了,画面就会变得相等暧昧。能够想象,异日吾们所佩戴的VR眼镜倘若是基于衍射光波导或者几何光学微透镜阵列,那么吾们的眼睛在任何位置注视画面都是相通畸变清亮的图像。

微型表现屏带来的挑衅

VR眼镜之以是能变“幼”,其内心因为照样行使了微型表现屏。包括上面为行家介绍的三栽主流的超短焦表现方案,它们无一破例都是基于微型表现屏成像的。

不论是哪栽方案,超短焦光学所行使的屏幕与传统的表现屏都是迥异的。清淡方案中行使到的表现屏大点的也就1.8寸,更幼的Micro OLED屏幕不到1寸。

也就是说,短焦光学方案一方面要实现体积削减,还有一个更主要的义务——将这块不到1寸的表现屏变成清亮度极高的超大屏,这时候,就不得不挑“像质”了。

孙立称:“短焦光学设计的主要一个请求就是像质(MTF)优先。在MTF参数弯线中,包含了专门多的比如对于图像自己极限分辨率的设定,有的光学体系的极限分辨率能够只能做到几百PPI。由于微表现器像素密度很高,倘若MTF做的很矮,固然能表现一个120或90度FOV的图像,但是异国办法把清亮度做的和屏幕相通,这就会造成分辨率的铺张。”

单就Pancake方案来说,更多镜片折返的方针是为了行使更幼的硅基OLED的屏幕,1寸以内的屏幕是无法行使两个镜片的光学模组来表现的,原理上必要议定光学体系先把一寸屏自己的口径放大,再议定折返的光路传递到眼镜内里。

由于采用多镜片的Pancake方案能够将其组织做的更添紧凑,以是集体的VR眼镜的体积会更幼,但是光路的复杂程度直接导致了光学模组的添工工艺难度的攀升,以是现在市面还异国看到有量产的产品。

孙立外示:“现在量产VR眼镜的PPI程度,就是相通华为VR Glass云云1600X1600的微型LCD的屏幕。但之前视涯推出了Micro OLED的方案,其PPI能够做到2000到3000旁边,分辨率做到单眼2560X2560,比前者都要更清亮。但是现在成本和拼装难度都相对较大,以是暂时还异国看到这类方案的眼镜量产。”

倘若只商议Micro OLED的方案,现在屏幕自己能够将PPI做到3000甚至4000以上,以是画面表现上能够做到更添具体,异国纱窗效答的画质成绩。Pico产品负责人外示:“体积幼重量轻,是VR设备永远的主题。现在产业链还在逐渐成熟的阶段,稀奇是成本较高,影响到价格。FOV再去上增补到100度以上会越来越难得。”

VR眼镜遍及尚需期待

从VR眼镜的供答链生态角度来看,集体的供答量还处在矮迷的状态。现在,除了京东方的通例微表现屏集体成本能够略微拉下来,Micro OLED屏幕都还处在较高的量产成本阶段。

孙立认为,现阶段VR眼镜的发展尚处早期,从技术方面看,现在挑供短焦有关解决方案的歌尔、舜宇等OEM厂商均具备生产Pancake光学方案的能力。然而,大厂的推动对于新兴科技的遍及尤为主要,吾们已经看到华为在组织超短焦VR眼镜的道路上迈出第一步。

(苹果VR眼镜网络概念图)

另一方面,除了VR眼镜的光学模组片面,孙立认为双6DOF体验将成为VR眼镜的标配。他称:“将双6DOF做进幼体积的VR眼镜并非难事,不论是外置(相通华为VR Glass)照样内置(相通现在常见的AR眼镜)都能够实现。但是,截至现在,国内还异国一款6DOF技术真实媲美Quest的产品,添上内容生态方面的缺失,成为了VR眼镜遍及的最大拦路虎。”

孙立外示:“异日3年到5年,吾们有看看到真实意义上超短焦VR眼镜的落地。和2016年相通,在这之前以体型幼巧为卖点的VR眼镜噱头有能够不请自来。但是一款产品是否受迎接,其中一个主要指标就是活跃度,倘若消耗者买了产品之后只是放家里积灰,那其对于一款产品的遍及又会有多大协助呢?”

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