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「专利解密」Nreal增强式AR成像方案 消除干扰光线影响

集微网消息,2021世界移动通信大会(MWC)上,国内公司Nreal在展会上带来的全新的混合现实眼镜应用场景展示,吸引了众多参观者前来体验。Nreal展示了天气应用《Tagesschau 2025》、AR篮球游戏《Dunkaar》、魔幻线上游戏《Dragon Awakening》、AR足球游戏《Magenta Sport》、AR版《太空频道5》等多个应用场景,让体验者感受到了混合现实的魅力。

增强现实(AR)也被称为混合现实,其原理是通过电脑技术,将虚拟的信息应用到真实世界,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在,人们可以通过穿戴式设备,如AR眼镜或AR头盔等,与真实世界进行互动。

但是,现有的AR设备存在以下缺陷:现有的AR设备由于使用普通分光镜,非常容易导致干扰光线大量进入人眼,以及外部射入的干扰光线严重干扰像源图像的对比度,使得图像内容混乱,我们从现有技术的AR成像原理可以更加深入地了解这个问题。

如上图,为现有技术中AR成像装置的结构示意图,这种AR成像装置光学系统包括像源11、分光镜3、曲面半反射镜4和位于分光镜3上方的透镜12,像源设置在光学系统的上部,且像源与透镜之间有一定距离。像源的图像光线从上方向下射入透镜,与此同时,环境光线从曲面半反射镜的右侧向左侧射入,干扰光线从分光镜的下方向上射入。

图像光线的部分光线经过分光镜的反射射向曲面半反射镜,部分光线再经过曲面半反射镜的反射射向分光镜;环境光线的部分光线依次穿过曲面半反射镜和分光镜抵达人眼;干扰光线的部分光线经过分光镜的反射抵达人眼。

经过这样的光学成像系统,部分图像光线、部分环境光线和部分干扰光线最终同时抵达人眼,这样就使得用户能够看到外界真实环境的同时还可以看到叠加在真实环境中的像源的图像,从而影响AR设备的成像质量。

为了提高AR装置的成像质量,Nreal在2018年2月12日申请了一项名为“AR成像装置和穿戴式AR设备”(申请号:201810146751.2),申请人为杭州太若科技有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料,让我们一起来看看这项方案吧。

如上图,为该专利中发明的AR成像装置的结构示意图,该AR成像装置,包括图像投射装置1、偏振分光镜5、波片组件6和曲面折半反射镜7。偏振分光镜、波片组件和曲面折半反射镜依次排列,共同组成偏振光路组件,偏振光路组件包括在水平方向上依次排列的偏振分光镜、波片组件和曲面折半反射镜。

如上图,为该专利中提供的偏振分光镜的结构示意图,可以看到,偏振分光镜倾斜设置,其包括分光镜基片51、偏光膜52和偏振分光膜53。偏光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光,吸收偏振态为第二方向的偏振光;偏振分光膜用于通过偏振态为第一方向的偏振光,反射偏振态为第二方向的偏振光。

当外界的干扰光线入射到偏振分光镜中时,干扰光线会先通过偏光膜,其中第二方向的偏振光被吸收,多余的第一方向偏振光会穿过偏光膜和偏振分光膜,基本无干扰光线反射到人眼中,由此可以提升图像观看对比度以及减少对用户的干扰。

以上就是Nreal发明的AR成像装置,这种AR成像装置采用偏振分光镜,当外界的干扰光线入射到偏振分光镜时,干扰光线先通过偏光膜,其中的第二方向偏振光被吸收,第一方向偏振光会穿过偏光膜和偏振分光膜。由此,基本可以做到无干扰光线反射到人眼中,从而提高图像对比度以及减少干扰光线对成像的影响。

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来源:爱集微APP

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