查看引用/信息源請(qǐng)點(diǎn)擊：映維網(wǎng)

通過(guò)可調(diào)透鏡來(lái)聚焦更多照明光，從而對(duì)抗明亮世界光的影響

（映維網(wǎng)Nweon?2022年01月17日）AR設(shè)備需要將真實(shí)世界圖像光與計(jì)算機(jī)生成內(nèi)容合并，從而產(chǎn)生一種數(shù)字內(nèi)容疊加到物理對(duì)象的逼真效果。但在這一過(guò)程中，環(huán)境光是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。若不注意，明亮的環(huán)境照明條件會(huì)造成影像模糊，并減損用戶體驗(yàn)。

在名為“Optical systems with switchable lenses for mitigating variations in ambient brightness”的專利申請(qǐng)中，蘋果介紹了一種通過(guò)可調(diào)透鏡來(lái)緩解環(huán)境光亮度變化影響的技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)世界光過(guò)強(qiáng)時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)可以聚焦更多照明光，從而加強(qiáng)影像存在感。

假設(shè)世界光是5，照明光是2，而人類在前者減后者的差值小于5時(shí)都能看到數(shù)字對(duì)象，大于5則不能看到數(shù)字對(duì)象（因?yàn)楸粡?qiáng)光覆蓋）。若在室外等環(huán)境明亮的環(huán)境，世界光變成10，照明光依然是2，人類看不到數(shù)字對(duì)象。所以，光學(xué)系統(tǒng)可以通過(guò)可調(diào)透鏡聚焦更多照明光，將原本為2的照明光變成6，這時(shí)人類就能夠感知到數(shù)字對(duì)象的存在。

具體來(lái)說(shuō)，諸如AR近眼顯示器可包括產(chǎn)生圖像光的顯示模塊和將圖像光從顯示模塊重定向至視窗的光學(xué)系統(tǒng)。其中，光學(xué)系統(tǒng)可包括波導(dǎo)，其形成光學(xué)組合器以將圖像光與真實(shí)世界光組合。

顯示模塊可包括具有顯示面板的反射性或透射性空間光調(diào)制器。顯示模塊可包括用照明光照亮顯示面板的照明光學(xué)元件。顯示面板可以通過(guò)調(diào)制具有相應(yīng)圖像的照明光來(lái)產(chǎn)生圖像光。照明光學(xué)元件可包括光源和可調(diào)節(jié)光學(xué)元件。

可調(diào)節(jié)光學(xué)組件能夠在至少第一和第二狀態(tài)之間調(diào)節(jié)照明光學(xué)元件。可調(diào)光學(xué)組件可包括具有可調(diào)光學(xué)倍率（匯聚或發(fā)散光線的程度）和/或焦距的可切換透鏡、可切換衍射光柵等?？刂齐娐房墒褂脗鞲衅鲾?shù)據(jù)來(lái)確定何時(shí)以及如何在第一和第二狀態(tài)之間調(diào)整照明光學(xué)元件。如果需要，可為波導(dǎo)提供著色層。

在第一種狀態(tài)下，可調(diào)節(jié)光學(xué)組件可在顯示面板的側(cè)面區(qū)域向顯示面板提供均勻強(qiáng)度（亮度）的照明光。在第二狀態(tài)下，可調(diào)節(jié)光學(xué)組件可在顯示面板的橫向區(qū)域向顯示面板提供強(qiáng)度不均勻的照明光。

例如，可調(diào)節(jié)光學(xué)組件可將照明光聚焦在橫向區(qū)域的子集（區(qū)域）內(nèi)，使得照明光在橫向區(qū)域的子集內(nèi)的強(qiáng)度增加，在橫向區(qū)域的子集外的強(qiáng)度降低。側(cè)面區(qū)域的子集可對(duì)應(yīng)于圖像光中的明亮對(duì)象?？刂齐娐房煽刂普彰鞴鈱W(xué)元件，以確保即使當(dāng)設(shè)備位于明亮的環(huán)境照明條件下時(shí)，圖像光中的明亮對(duì)象依然在視窗中可見(jiàn)。

如圖2所示，顯示模塊14A可以生成與圖像內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的光22。在圖2的示例中，顯示模塊14A包括照明光學(xué)元件31和空間光調(diào)制器33。照明光學(xué)器件31可產(chǎn)生照明光35，并可使用照明光35照明空間光調(diào)制器33?？臻g光調(diào)制器33可調(diào)制照明光35以產(chǎn)生圖像光22。空間光調(diào)制器33可以是反射性空間光調(diào)制器或透射性空間光調(diào)制器。

如果需要，顯示模塊14A可以包括發(fā)射性顯示面板而不是空間光調(diào)制器。可使用準(zhǔn)直光學(xué)器件34準(zhǔn)直光22。光學(xué)系統(tǒng)14B可用于將從顯示模塊14A輸出的光22呈現(xiàn)給視窗24。

光學(xué)系統(tǒng)14B可包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)耦合器，例如耦入器28、交叉耦合器32和耦出器30。光學(xué)耦合器位于波導(dǎo)26。

波導(dǎo)26可通過(guò)全內(nèi)反射沿其長(zhǎng)度引導(dǎo)圖像光22。耦入器28可配置為將來(lái)自顯示模塊14A的圖像光22耦合到波導(dǎo)26中，而耦出器30可配置為將圖像光22從波導(dǎo)26耦出并朝向視窗24。例如，顯示模塊14A可以沿+Y方向向光學(xué)系統(tǒng)14B發(fā)射圖像光22。當(dāng)圖像光22到達(dá)耦入器28時(shí)，耦入器28可重定向圖像光22，以便圖像光通過(guò)朝向耦出器30的全內(nèi)反射在波導(dǎo)26內(nèi)傳播，例如在X方向。當(dāng)圖像光22到達(dá)耦出器30時(shí)，耦出器30可將圖像光22從波導(dǎo)26重定向至視窗24，例如沿Y軸返回）。

在圖2的布置中，波導(dǎo)26構(gòu)成光學(xué)組合器的一部分。光學(xué)組合器將來(lái)自真實(shí)世界對(duì)象25的真實(shí)世界光26與來(lái)自顯示模塊14A的圖像光22疊加組合。

通常，圖像光22的亮度（強(qiáng)度）可能受到限制。例如，陽(yáng)光的亮度至少可以是圖像光22最大亮度的5-10倍。如果不注意，當(dāng)設(shè)備10位于相對(duì)明亮的環(huán)境中時(shí)，世界光23可以壓過(guò)位于視窗24的低強(qiáng)度圖像光22，使得用戶難以感知圖像光22中的對(duì)象。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以將可選的著色層36層疊在波導(dǎo)26。在世界光23通過(guò)波導(dǎo)26傳輸之前，著色層36可幫助降低世界光23的亮度，例如降低五倍或更多。如果需要，著色層36可以表現(xiàn)出隨波長(zhǎng)變化的透射剖面，以便世界光23在通過(guò)視窗24之前用所需的顏色進(jìn)行著色。

著色層36可調(diào)節(jié)。例如，著色層36可以通過(guò)控制路徑38接收控制信號(hào)，并調(diào)整著色層36傳遞到波導(dǎo)26的世界光23的量。如果需要，可以調(diào)整色調(diào)層36，以在世界光23傳遞到波導(dǎo)26之前調(diào)諧應(yīng)用于世界光23的色調(diào)的顏色。例如，著色層36可以包括電致變色層和光致變色層等。

盡管著色層36有助于在一定程度減輕世界光23對(duì)圖像光22中的對(duì)象的影響，但效果有限，特別是在非常明亮的環(huán)境光條件下。

如圖3所示，當(dāng)設(shè)備10位于相對(duì)較低的環(huán)境光環(huán)境中時(shí)，世界光23的強(qiáng)度相對(duì)較低，所以用戶能夠在圖像40中清楚看到數(shù)字顯示區(qū)域44。

但當(dāng)設(shè)備10根據(jù)箭頭48所示移動(dòng)到相對(duì)明亮的環(huán)境光環(huán)境時(shí)，區(qū)域42中的世界光非常明亮，以至于數(shù)字顯示區(qū)域44被世界光覆蓋影響，所以用戶不再能在圖像40中感知到其中的數(shù)字對(duì)象。為了緩解所述問(wèn)題，控制電路可以控制顯示模塊14A在空間光調(diào)制器的區(qū)域內(nèi)選擇性地聚焦更多照明光，以抵抗世界光23的影響。

圖4是具體的執(zhí)行步驟。在步驟50，控制電路16可控制圖2的照明光學(xué)元件31，致使其在空間光調(diào)制器的（橫向）區(qū)域以均勻亮度（強(qiáng)度）向空間光調(diào)制器33提供照明光35。

在步驟52，控制電路16可確定是否存在要求將更多亮度聚焦到空間光調(diào)制器特定區(qū)域的觸發(fā)條件，亦即環(huán)境光是否過(guò)于明亮。控制電路16可以使用諸如環(huán)境光傳感器數(shù)據(jù)、攝像頭數(shù)據(jù)或用戶輸入等數(shù)據(jù)來(lái)確定是否滿足觸發(fā)條件。

例如，當(dāng)環(huán)境光傳感器數(shù)據(jù)指示設(shè)備10處于明亮環(huán)境光條件時(shí)（例如環(huán)境光傳感器數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)定閾值），或者當(dāng)用戶指示設(shè)備10位于明亮環(huán)境中時(shí)、控制電路16可確定觸發(fā)條件存在。

如果觸發(fā)條件不存在，則處理可返回到步驟50，如路徑54所示，照明光學(xué)元件可繼續(xù)以均勻亮度照亮空間光調(diào)制器。但如果存在觸發(fā)條件，則處理可以進(jìn)行到步驟58，如路徑56所示。

在步驟58，控制電路16可控制照明光學(xué)元件31，以向空間光調(diào)制器33提供亮度不均勻的照明光35。例如，控制電路16可以控制照明光學(xué)元件31，使更多的照明光聚焦在空間光調(diào)制器的特定區(qū)域內(nèi)。

這可以降低提供給空間光調(diào)制器的其他部分的亮度，并替代性地提高圖像光中的數(shù)字對(duì)象的亮度。這可以允許用戶更容易地感知數(shù)字對(duì)象。以這種方式，控制電路16可在照明光學(xué)元件31向空間光調(diào)制器33提供均勻照明光的第一工作狀態(tài)和照明光學(xué)元件31向空間光調(diào)制器33提供非均勻照明光的第二工作狀態(tài)之間調(diào)節(jié)顯示模塊14A，以防止用明亮環(huán)境光壓過(guò)圖像光中的數(shù)字對(duì)象。

如圖5所示。對(duì)于圖3，即便用戶如箭頭60所示移動(dòng)到明亮的環(huán)境中，通將更多的照明光聚焦到數(shù)字顯示區(qū)域44，系統(tǒng)能夠強(qiáng)化圖像光中的數(shù)字對(duì)象的亮度，所以用戶依然能夠在圖像40中感知到數(shù)字對(duì)象。

相關(guān)專利：Apple Patent | Optical systems with switchable lenses for mitigating variations in ambient brightness

名為“Optical systems with switchable lenses for mitigating variations in ambient brightness”的蘋果專利申請(qǐng)最初在2021年9月提交，并在日前由美國(guó)專利商標(biāo)局公布。需要注意的是，這只是一項(xiàng)發(fā)明申請(qǐng)，尚不確定具體的應(yīng)用效果。

---
原文鏈接：https://news.nweon.com/93620