可量產的AR光學方案,耐德佳自由曲面光波導模組實現30°FOV、整機僅14.9g

AR 眼鏡的光學方案一般分為半反半透式、光波導式、離軸反射鏡式、自由曲面稜鏡式、非雙通道式幾種,其中原理最簡單、易生產的便是以 Google Glass 為代表的半反半透式稜鏡。

(Google Glass 稜鏡增強顯示模組結構圖)

Google Glass 的缺點是視場角小(20°)、光能利用率低(約為 20%),光線需要先後經過半反半透膜層兩次,導致畫面較暗。


北京靈犀微光科技最近發佈的光學方案原型,利用光波導技術和納米級耦合光柵做出視場角 40°、1.7mm 厚的鏡片。而據 36 氪了解,北京耐德佳顯示技術有限公司也有新進展。


耐德佳的第三代自由曲面波導增強現實光學模組(ned-fsw3)視場角為 30°,單塊鏡片的重量為 4.9 g,單個模組整機重量僅為 14.9g,輸出圖像分辨率可達到 720P。


顧名思義,該產品結合了光波導和自由曲面設計。一般而言,用透鏡或稜鏡會致使鏡片過厚,光波導本質上是一種扁平的光纖,光可以在光纖中近乎無損傳播實現全反射,但由於難以讓光線耦合出來,視場角一般比較小,以及會有雜光導致重影,造成 CG 部分不清晰。

耐德佳的辦法是在波導單端加裝自由曲面,通過自由曲面將光線反射到人眼,讓視場角變大。

耐德佳有超過十年的基於自由曲面的透射式近眼顯示研發及製造基礎,2009年 研發的自由曲面稜鏡產品,視場角達到 53.5 度,單鏡片重量僅 8 g,相關研究成果已發表在國際知名光學期刊Applied Optics上(AppliedOptics,Vol.48, No. 14, 2655-2668),其與當時的競品參數對比見下表:



其研發團隊此前也研發過基於幾何光波導與自由曲面光學技術結合的超輕薄近眼顯示技術,可以將光學鏡片的厚度減小到 2~3 mm 以下。相關研究成果已經發表在著名光學期刊 Optics Express 上 (Optics Express , Vol. 22, No. 17 | DOI:10.1364/OE.22.020705),專利圖如下:


可以對比參考的是以色列的 Lumus 推出的智能眼鏡光學方案,目前處於世界領先水平。Lumus 的 OE-32 光學方案,視場角達到了 40 度,厚度 1.6mm,透光率>78%,批量供給合作伙伴。但由於加工和成本方面的限制,面向消費者的產品需要 2018年 才能推出。


耐德佳將於 2016年5月 正式發售第三代自由曲面波導增強現實光學模組(ned-fsw3)產品,同時該款產品將於近期開始接受批量預訂。耐德佳此前曾與 AR 智能眼鏡廠商亮風台達成合作為其供應光學方案。

該公司創始人程德文為北京理工大學和美國亞利桑那大學聯合培養博士,北京理工大學光電學院副教授,碩士生導師。程德文師從王湧天教授,與VR 主題公園企業聖威特CEO 楊濤、VR 專家翁鼕鼕師出同門。


資料來源:36Kr

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