頭戴式AR/MR設(shè)備和智能眼鏡示例。左上角順時(shí)針?lè)较颍何④浀?/span>HoloLens 2（圖片?微軟）、Vuzix的新一代智能眼鏡（圖片? Vuzix）、小米的智能眼鏡（圖片：來(lái)源）以及聯(lián)想的ThinkReality A3智能眼鏡（圖片?聯(lián)想）。
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AR、MR（合并或混合現(xiàn)實(shí)）設(shè)備和智能眼鏡在企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的銷(xiāo)量一直很好。舉例來(lái)說(shuō)，頭戴設(shè)備在制造、培訓(xùn)、醫(yī)療、軍事用途等應(yīng)用領(lǐng)域的普及率很高。但到目前為止，消費(fèi)者們對(duì)這類(lèi)設(shè)備的反應(yīng)并不積極。事實(shí)上，70%的美國(guó)消費(fèi)者1不確定增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是什么（即使他們可能在移動(dòng)設(shè)備上出于娛樂(lè)目的使用過(guò)AR/MR照片濾鏡或者玩過(guò)Pokémon Go游戲）。很顯然，AR/MR行業(yè)未來(lái)還需要開(kāi)展一些消費(fèi)者教育和營(yíng)銷(xiāo)工作。另一個(gè)障礙則是市場(chǎng)上目前仍未出現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品突破的“殺手級(jí)應(yīng)用”。
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AR/MR設(shè)備在消費(fèi)者中間普及速度緩慢的另一個(gè)因素在于設(shè)備本身?！霸S多技術(shù)問(wèn)題阻礙了AR/VR設(shè)備的廣泛使用，尤其是光學(xué)架構(gòu)引起的瓶頸。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)前頭戴式AR設(shè)備的外形尺寸受限于笨重的折射光學(xué)元件以及目鏡與顯示器之間的距離。另一個(gè)問(wèn)題是，折射透鏡可能引起色差，致使成像質(zhì)量不佳，并導(dǎo)致不同顏色的顯示圖像以不同的放大倍率出現(xiàn)。此外，復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)（比如：投影復(fù)合透鏡）在光引擎中也很常見(jiàn)?！?/span>
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最近的發(fā)展趨勢(shì)終于為解決這些挑戰(zhàn)指明了方向。現(xiàn)在，先進(jìn)的波導(dǎo)技術(shù)、微型顯示器和超透鏡為制造商們開(kāi)發(fā)尺寸更小、重量更輕的AR/MR智能眼鏡和頭戴式設(shè)備提供了潛力，這將吸引普通消費(fèi)者用戶(hù)。在這篇博客文章中，我們將探討新興的超透鏡納米技術(shù)。
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超透鏡是由可以聚焦和散射光線(xiàn)的納米級(jí)超表面層制成的平面透鏡技術(shù)。超表面由排列成不同陣型的微小柱子（也稱(chēng)為觸角或納米鰭）組成。這些3D納米結(jié)構(gòu)的特殊排列改變了入射光波的偏振、強(qiáng)度、相位和方向。光波可以通過(guò)超表面結(jié)構(gòu)聚焦成幾乎任何形式。超透鏡比傳統(tǒng)的玻璃透鏡薄得多，這為制造比以往尺寸更小、重量更輕的廣泛光學(xué)設(shè)備開(kāi)辟了許多新的可能性。
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示意圖：超透鏡如何折射光線(xiàn)。（圖片來(lái)源：Giuseppe Strangi和Federico Capasso）
各種超透鏡納米結(jié)構(gòu)圖形示例。（圖片來(lái)源）
雖然超透鏡具有優(yōu)勢(shì)，但其光學(xué)效率低于傳統(tǒng)透鏡，人眼將會(huì)觀(guān)察到亮度、對(duì)比度和清晰度降低。更不用說(shuō)，在如此小的組件上放置納米級(jí)結(jié)構(gòu)將會(huì)多么困難。此外，如果超透鏡制造不精確，將會(huì)導(dǎo)致色差和波像差。人眼將會(huì)觀(guān)察到強(qiáng)度分布不佳、顏色不均勻和透明度低。為了成功地將用于XR顯示器的超透鏡商業(yè)化，制造商們必須精心設(shè)計(jì)設(shè)備，并執(zhí)行嚴(yán)格的測(cè)試。
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斜邊對(duì)比度。用于測(cè)量斜邊的黑色區(qū)域與白色區(qū)域之間的比率。 -
線(xiàn)對(duì)法。用于測(cè)量間隔緊密的垂直線(xiàn)與水平線(xiàn)之間的相似值。 -
直接測(cè)量線(xiàn)擴(kuò)展函數(shù)（LSF）。
用于A(yíng)R設(shè)備的透視超透鏡的測(cè)量結(jié)果樣本，顯示了不同波長(zhǎng)光線(xiàn)的強(qiáng)度和MTF值。（圖片來(lái)源：Nature.com）
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上面的數(shù)據(jù)樣本顯示了不同波長(zhǎng)光線(xiàn)的強(qiáng)度和MTF值如何受到超透鏡特性的影響。下面的圖表顯示紅色波長(zhǎng)的光線(xiàn)具有最低的MTF值。這意味著紅色虛擬圖像將會(huì)不太清晰。通過(guò)使用可量化的數(shù)據(jù)分析MTF，可幫助指導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)。瑞淀提供XR設(shè)備視覺(jué)檢測(cè)工具庫(kù)，其中專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的MTF分析工具，用于表征AR/MR顯示器所產(chǎn)生光線(xiàn)的質(zhì)量，并提供精確的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以了解超透鏡特性對(duì)視覺(jué)元素的影響。
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MTF測(cè)量圖示表明，紅色圖像將會(huì)不太清晰，而藍(lán)色圖像將會(huì)最清晰。
瑞淀的新型XRE鏡頭提供靈活的解決方案，用于測(cè)量XR光學(xué)元件的完整生態(tài)系統(tǒng)（包括超透鏡）以及XR設(shè)備的各種光學(xué)配置。瑞淀正在申請(qǐng)專(zhuān)利的該鏡頭設(shè)計(jì)整合了獨(dú)特的內(nèi)部對(duì)焦機(jī)制和電子控制功能，可立即將所連接的成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)調(diào)整到多個(gè)焦平面。將XRE鏡頭與ProMetric?成像色度計(jì)或亮度計(jì)以及TrueTest?軟件中的TT-ARVR?模塊搭配使用，可用于測(cè)量各種XR設(shè)備中內(nèi)置顯示器的視覺(jué)性能。
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瑞淀的XRE鏡頭解決方案，其中，折疊配置可與ProMetric I成像色度計(jì)（后）搭配使用，非折疊配置與?ProMetric Y成像亮度計(jì)（前）搭配使用。
瑞淀的XR設(shè)備測(cè)量解決方案套件包括ProMetric?成像亮度計(jì)和色度計(jì)、TrueTest?軟件、顯微鏡頭、NIR近紅外光輻射強(qiáng)度測(cè)量鏡頭結(jié)合TT-NIRI?軟件、以及AR/VR鏡頭或XRE鏡頭結(jié)合TT-ARVR?軟件。
來(lái)源：瑞淀光學(xué)
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦VR產(chǎn)業(yè)資訊）：AR/MR設(shè)備光學(xué)元件的未來(lái)：超透鏡
