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      專題欄目:ARVRMR虛擬現實

      「專利解密」Nreal增強式AR成像方案 消除干擾光線影響

      集微網消息,2021世界移動通信大會(MWC)上,國內公司Nreal在展會上帶來的全新的混合現實眼鏡應用場景展示,吸引了眾多參觀者前來體驗。Nreal展示了天氣應用《Tagesschau 2025》、AR籃球游戲《Dunkaar》、魔幻線上游戲《Dragon Awakening》、AR足球游戲《Magenta Sport》、AR版《太空頻道5》等多個應用場景,讓體驗者感受到了混合現實的魅力。

      增強現實(AR)也被稱為混合現實,其原理是通過電腦技術,將虛擬的信息應用到真實世界,真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在,人們可以通過穿戴式設備,如AR眼鏡或AR頭盔等,與真實世界進行互動。

      但是,現有的AR設備存在以下缺陷:現有的AR設備由于使用普通分光鏡,非常容易導致干擾光線大量進入人眼,以及外部射入的干擾光線嚴重干擾像源圖像的對比度,使得圖像內容混亂,我們從現有技術的AR成像原理可以更加深入地了解這個問題。

      如上圖,為現有技術中AR成像裝置的結構示意圖,這種AR成像裝置光學系統包括像源11、分光鏡3、曲面半反射鏡4和位于分光鏡3上方的透鏡12,像源設置在光學系統的上部,且像源與透鏡之間有一定距離。像源的圖像光線從上方向下射入透鏡,與此同時,環境光線從曲面半反射鏡的右側向左側射入,干擾光線從分光鏡的下方向上射入。

      圖像光線的部分光線經過分光鏡的反射射向曲面半反射鏡,部分光線再經過曲面半反射鏡的反射射向分光鏡;環境光線的部分光線依次穿過曲面半反射鏡和分光鏡抵達人眼;干擾光線的部分光線經過分光鏡的反射抵達人眼。

      經過這樣的光學成像系統,部分圖像光線、部分環境光線和部分干擾光線最終同時抵達人眼,這樣就使得用戶能夠看到外界真實環境的同時還可以看到疊加在真實環境中的像源的圖像,從而影響AR設備的成像質量。

      為了提高AR裝置的成像質量,Nreal在2018年2月12日申請了一項名為“AR成像裝置和穿戴式AR設備”(申請號:201810146751.2),申請人為杭州太若科技有限公司。

      根據該專利目前公開的相關資料,讓我們一起來看看這項方案吧。

      如上圖,為該專利中發明的AR成像裝置的結構示意圖,該AR成像裝置,包括圖像投射裝置1、偏振分光鏡5、波片組件6和曲面折半反射鏡7。偏振分光鏡、波片組件和曲面折半反射鏡依次排列,共同組成偏振光路組件,偏振光路組件包括在水平方向上依次排列的偏振分光鏡、波片組件和曲面折半反射鏡。

      如上圖,為該專利中提供的偏振分光鏡的結構示意圖,可以看到,偏振分光鏡傾斜設置,其包括分光鏡基片51、偏光膜52和偏振分光膜53。偏光膜用于通過偏振態為第一方向的偏振光,吸收偏振態為第二方向的偏振光;偏振分光膜用于通過偏振態為第一方向的偏振光,反射偏振態為第二方向的偏振光。

      當外界的干擾光線入射到偏振分光鏡中時,干擾光線會先通過偏光膜,其中第二方向的偏振光被吸收,多余的第一方向偏振光會穿過偏光膜和偏振分光膜,基本無干擾光線反射到人眼中,由此可以提升圖像觀看對比度以及減少對用戶的干擾。

      以上就是Nreal發明的AR成像裝置,這種AR成像裝置采用偏振分光鏡,當外界的干擾光線入射到偏振分光鏡時,干擾光線先通過偏光膜,其中的第二方向偏振光被吸收,第一方向偏振光會穿過偏光膜和偏振分光膜。由此,基本可以做到無干擾光線反射到人眼中,從而提高圖像對比度以及減少干擾光線對成像的影響。

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      來源:愛集微APP

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