解讀 Magic Leap One：光學(xué)成像是怎么做的？（一）

雷鋒網(wǎng)按：成立于 2017 年的 nreal.ai，致力于用 MR 技術(shù)塑造未來世界，改變?nèi)祟愓J(rèn)知體驗(yàn)的公司。CEO 徐馳曾就職于 Magic Leap。本文作者為 nreal.ai 聯(lián)合創(chuàng)始人、首席光學(xué)工程師肖冰，他對(duì) ML One 的光學(xué)部分進(jìn)行解讀。

期待已久的Magic Leap終于發(fā)布了第一代開發(fā)者版本，這是所有做AR的人都應(yīng)該興奮的事情，但由于目前給出的情報(bào)過少，只能從公開的圖片、文字和少數(shù)媒體的報(bào)道中給出一些判斷和猜測(cè)：

光學(xué)方面，官方在數(shù)字光場(chǎng)上的描述是：

 我們的光場(chǎng)光子產(chǎn)生不同深度的數(shù)字光，并與自然光無縫融合，從而將逼真的虛擬物體疊加至真實(shí)世界中。（Our lightfield photonics generate digital light at different depths and blend seamlessly with natural light to produce lifelike digital objects that coexist in the real world.）

從上圖及文字描述，以及以往的專利內(nèi)容判斷，想在如此小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)深度的圖像顯示，使用的應(yīng)該是多層光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。從滾石報(bào)道中的圖片也可以看出，Magic Leap One初期原型的尺寸也是大的驚人。

從前圖中紅圈處的階躍變化，至少能看到2層間隔有一定距離的光波導(dǎo)，里面是否還有更多層的光波導(dǎo)，由于透過率太低，無法判斷。從反射粉色光來判斷，光柵面積應(yīng)該占據(jù)了波導(dǎo)片的絕大部分面積。從Magic Leap創(chuàng)始人Rony Abovitz早期給出的圖判斷，耦入位置應(yīng)該在光柵上部分的中間。

至于把光線送入波導(dǎo)的投影光機(jī)，猜測(cè)如果每只眼使用不同的顯示像源來顯示不同深度的圖像信息，這樣功耗、體積、重量和系統(tǒng)復(fù)雜度會(huì)相對(duì)較高，但完全獨(dú)立的顯示可以使幀率更高顯示更加逼真，但由于體積限制，如果采用這種方式，從上圖看depth不會(huì)太多，不會(huì)大于3個(gè)；如果每只眼的不同depth共用同一個(gè)像源，則體積、重量、功耗以及系統(tǒng)復(fù)雜度都會(huì)降低，但帶來的問題是幀率會(huì)變?yōu)?/n，n為深度的個(gè)數(shù)，同時(shí)對(duì)于投影光機(jī)的復(fù)用也會(huì)帶來一些設(shè)計(jì)難度。

對(duì)于屈光不正人人群的適配問題，就我所知，目前無法再波導(dǎo)內(nèi)改變物體的呈現(xiàn)深度（雖然Magic Leap的專利里有類似的技術(shù)，但就我判斷基本不具備可生產(chǎn)性），需要在波導(dǎo)片之外對(duì)波導(dǎo)出射的代表無窮遠(yuǎn)的虛擬物體光線進(jìn)行視度調(diào)節(jié)，因此必然在多層波導(dǎo)之間使用透鏡或具有類似功能的元件，這將導(dǎo)致對(duì)于屈光不正的人來說，眼鏡只能對(duì)特定的人適配，從滾石的報(bào)道中也有類似的描述：

“在他們推出的時(shí)候，公司還將在鏡片選擇上，提供針對(duì)不同群體的適配方案。（By the time they launch, the company will also take prescription details to build into the lenses for those who typically wear glasses.）”

對(duì)于視場(chǎng)，滾石的人說，在手臂半伸展的距離下，相當(dāng)于眼前的一個(gè)老式錄像帶的大小：（The viewing space is about the size of a VHS tape held in front of you with your arms half extended.） 

假設(shè)臂展500mm，半臂展250mm，則對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)水平41°×23.3°=46°，因此猜測(cè)視場(chǎng)在50°左右。

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