眼镜光学技术(眼镜光学基础知识大全)

AR/MR产品经理必知道的AR眼镜相关技术知识

编辑导语：随着科技的发展，AR眼镜这一产品也由之而生。通过AR眼镜，我们能够看见如同科幻电影的视觉效果，并无需屏幕即可实现交互。与此同时，AR交互方式也在与时俱进。本篇文章里，作者对AR眼镜的相关技术知识进行了介绍，让我们来看一下。

一、写在前面最近几年互联网的发展，相信大家对AR也不能并不陌生了，并且国内市场的AR眼镜厂商鱼龙混杂，真正成熟的可应用于真实场景的AR眼镜设备少之又少。

可能你会提问，为什么可用的AR眼镜少之又少？

来来来，接下来让你像你了解手机一样认识下AR眼镜的技术构造。

在了解AR眼镜之前，你得先知道什么是“增强现实”。

增强现实，用很官方的语言就是：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。读完这句话你可能会想象到之前看到的科幻电影里的情景，其实差不多是那个意思。再来一张草图你可能会更清楚。

按照我的官方描述就是：你带上AR眼镜不仅能看到虚拟物体，也能看到你周围的真实环境。

好了，了解完什么是增强现实，我们就可以真正去打开AR眼镜的知识世界了。

先来个AR眼镜的构造图，想必会让你从整体上对AR眼镜有个初步的定位。

二、AR眼镜的构造AR眼镜主要分为四大模块：摄像头、CPU处理中心、光学模组、架托。

1.摄像头AR眼镜上一般会存在多个摄像头，并且每个摄像头之间的分工是不一样的，主要功能有三方面，一是用于提供基于视觉的跟踪定位（SLAM）的图像采集，二是进行交互手势识别，三是日常的拍照和录像。

这里重点讲解下什么是SLAM，大家百度之后的官方解说是“即时定位与地图构建，或并发建图与定位”，SLAM应用的场景有很多，比如自动驾驶、AR/VR、机器人、三维重建等；其框架主要分为：

其工作流程大致为：

传感器读取数据后，视觉里程计估计两个时刻的相对运动（E-i），后端处理视觉里程计估计结果的累积误差，建图则根据前端与后端得到的运动轨迹来建立地图，回环检测考虑了同一场景不同时刻的图像，提供了空间上约束来消除累积误差。

那么SLAM在AR眼镜中怎么工作的呢？首先是通过深度摄像头将你视角内的环境传递给AR眼镜，SLAM通过图像识别、定位分析与AI计算，将当前环境进行三维重建，构造一个三维真实世界，以增强AR眼镜对现实环境中相互作用的理解能力，为AR眼镜赋予了复杂环境感知力和动态场景适应力。

再明白点就是，你知道这个是堵墙，不能过去，AR眼镜也知道这个物体不能穿透过去。

关于SLAM更深层的技术实现问题，就比较深入了，涉及各种算法，在这里就不详细叙述了，大家可以自行百度了解。

2.核心交互势交互、语音交互、眼球追踪等，裸手交互有望成为AR的核心交互方式之一，微软的HL2，已经实现了裸手交互，但是国内AR眼镜普遍采用的还是隔空敲物的交互方式，通过识别指定的手势对眼前的虚拟物体进行交互操作，目前市场上AR眼镜最常用的手势为两种分别是确定和返回两个手势；这也是AR眼镜解放双手的优势所在。

确定手势

返回手势

3.CPU处理大脑作为AR眼镜的大脑所处理的图像和数据分为以下几个方面：

AI：从AR的输入、虚实融合和输出，整个一条链都需要AI的支持。云计算和大数据：由于AR结合的是现实，所以它的计算量和数据量会呈现指数级上升，它的发展也离不开云计算和大数据的支持。计算机视觉：比之于PC和手机，AR的本质是信息呈现方式的升级，由二维升级到三维。不管是AR的输入，还是输出，都离不开计算机视觉。核心的交互技术：包括手势交互、语音交互、眼球追踪等。目前来看，裸手交互有望成为AR的核心交互方式之一。典型公司：i、科大讯飞等。操作系统：AR要成为下一代计算平台，就必须有自己的操作系统，就像wiw之于PC，i/安卓之于手机一样。操作系统的好处就在于给产业上下游一个行业标准，利于行业发展。典型公司：微软、谷歌。

4.光学模组主要负责AR眼镜的成像工作，AR不同于VR，虽然它们的近眼显示系统都是将显示器上的像素，通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射到人眼中。

不同之处在于，AR眼镜需要透视（-hh），既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，所以成像系统不能挡在视线前方。这就需要多加一个或一组光学组合器（ii），通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充，互相“增强”。这也是AR眼镜的一个难点所在。

目前市场上主流的AR设备基本都采用光波导光学方案，光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导，光波导的材质轻薄，中间层薄度可达1-10微米，并且对于外界光线的穿透特性极高，因此被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案，价格自然而然也就上去。

目前随着市场上的主流AR眼镜HL2、MiLO等对光波导技术的采用和设备量产，以及AR光学模组厂商DiiL、耐德佳、灵犀微光等行业技术不断升级，国内更多的AR眼镜制造厂纷纷采用了光波导技术方案。

AR设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。概括来说，目前市场上的AR眼镜采用的显示系统就是各种微型显示屏和棱镜、自由曲面、BiBh、光波导等光学元件的组合，其中光学组合器的不同，是区分AR显示系统的关键部分。

微型显示屏，用来为设备提供显示内容。它可以是自发光的有源器件，比如发光二极管面板像i-OLED和现在很热门的i-LED，也可以是需要外部光源照明的液晶显示屏（包括透射式的LCD和反射式的LCOS），还有基于微机电系统（MEMS）技术的数字微镜阵列（DMD,即DLP的核心）和激光束扫描仪（LBS）。

目前市面上的AR光学显示系统的分类和产品有：

那么通过光波导怎么去实现所谓的既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息的这个需求呢？

在AR眼镜中，最重要的就是“全反射”，即光无论通过任何角度投射进来，都要完全反射，做到光在传输的过程中无损失无泄漏；那么想完成这个，需要满足两个条件：

传输介质比周围介质高的折射率（如图2所示12）；入射角需要大于临界角γ。光机完成成像过程后，波导将光耦合进自己的玻璃基底中，通过“全反射”原理将光传输到眼睛前方再释放出来。这个过程中波导只负责传输图像，是独立于成像系统而存在的一个单独元件。

关于更多深层次的光波导的技术原理，在本文就不详细解说了，想继续了解的朋友可以网上搜一下，有很多的。

三、总结目前市场上微软的HL2无论在交互、SLAM定位、三维数据处理、散热等表现是非常好的，但是由于操作系统的限制和价格的高昂，在我了解的工业行业使用的不是很多。

国内AR眼镜做的比较好的有联想的晨星AR-G2、影创i、亮风台的AIARG200等。

国内眼镜的设计大多将处理中心与眼镜分离，以保证处理中心的数据处理能力、续航能力和散热能力，这样做的比较好的一点就是减轻头部的重量；但是缺点就是通过数据线连接，在工人作业过程中避免不了挂到，接头接触不良情况发生。

关于市面上AR眼镜的详细解析，我们放在下部进行详细解说，欢迎大家及时关注了解！

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题图来自Uh，基于CC0协议

教你认识眼镜片的各种镀膜，选择购买变简单

花3分钟弄清楚镜片的各种镀膜，从此买眼镜镜片不再犯迷糊。码字不易，请耐心看完。

不知道大家有没有发现，在眼镜镜片这个行业，几乎把所有的科技词汇都用上去了。

仅蔡司一家的镜片科技词汇就有：莲花膜，冰蓝膜，铂金膜，极光膜，晶彩膜；镜片系列有佳锐，泽锐，铭锐，新铭锐，新清锐，博锐，臻锐；还有按使用用途分类的数码片，驾驶片，防蓝光；青少年的有成长乐，成长锐，名字后面还可以再带个专业版。其他的品牌像依视路，豪雅，万新，明月等等，也都有自有的一套命名体系。可以这么说，现在在镜片行业，想起个别人没有用过的好名字都非常困难了。相信大多数消费者看了这些高科技词汇后，几乎都是一脸懵逼。

其实这些名字的背后都和形形色色的各种镜片镀膜有关。我们抛开现象看本质，眼镜镜片的镀膜基本上可以归集为下图的模式：

基片：决定镜片基本光学参数，折射率，球镜度数（近视或老花），柱镜度数（散光）。

物理保护层：最接近基片，一般包括加硬膜，抗氧化膜等，因为基片材质比较软，容易刮花。这些镀膜主要是强化基片的物理性能，使基片具有一定的强度和韧性，并且不容易老化变色。

光学性能层：在物理保护层的外面，一般包括增透膜，抗辐射膜，抗紫外线膜，抗反射膜等，防蓝光膜，变色膜等等，主要是处理进入镜片的光线，提高成品镜片的光学性能，增加光线的透过率。也包含了一些基本的防护功能，比如防紫外线，防蓝光，见光变色等等。

使用功能层：防刮花膜（耐磨），抗油污膜，抑菌膜，除雾膜等等。这一层的镀膜和我们日常生活是息息相关的。在不同环境下使用眼镜，建议购买有针对性膜层的镜片。

比如频繁摘戴眼镜，建议要耐磨的或加硬的；生活的城市空气不好，雾霾严重或经常在户外的，又或者工作环境是餐厅等油烟比较大的场合，就需要抗油污膜或超发水膜。如果在北方频繁进出室内外，就需要防雾效果好的。

在购买的时候，不要去看那些花里胡哨的名字，因为每家镜片的镀膜叫法都不同，看了也记不住，只要看镜片是不是有对应的使用功能就可以了。另外，需要说明的是，以上提到的膜层不是每家都会完完整整给你镀上去，毕竟每多一层，就多一层的成本和不良率，最后会在价格上体现出来。抓住你的核心需求，去买对应的产品就可以了。

尽管很多膜层在各家品牌的叫法不同，其实功能是一样的。经济能力强的买大牌，图个省心。经济一般的就选择国内品牌，图个性价比。

如果本期内容对大家有用，还请点赞加关注，如果有不明白的地方，欢迎在评论区留言探讨。

镜片知识：认知镜片的特性

（一）镜片的参数

1、折射率

（1）折射率定义：我们都知道，光线在同一种介质中沿直线传播。当光线在传播过程中，遇到了另一种介质，便会改变原有的传播方向，其原因便是不同介质的折射率不同。举例来说，当光线从空气进入玻璃中时光线发生偏折，光线会靠近法线，如下图。因此，可以通俗地理解为折射率是将光线折射的一个重要指标，折射率越大，光线的折射力度也就越大，折射光线越靠近法线。

（2）同等度数、同等尺寸的负球镜片，折射率越高的镜片，边缘越薄。

（3）同等尺寸、同等厚度的镜片，密度越小者越轻。

（4）同等厚度、不同材质的镜片，抗冲击性能不同。

2、阿贝数

（1）定义：也称倒色散系数，指材料的光学性质。是材料色散率的倒数，表明戴镜者会感受到的横向色差的程度。在高对比环境下，横向色差对人眼的影响是视物时可能发现物体的边缘内伴有彩色条纹。低对比度下，会影响戴镜者用周边镜片视物的清晰度。阿贝数越低的镜片，边缘的彩虹现象越明显(图3-1-3)看东西越模糊。国家要求，光学镜片材质的阿贝数不得低于30。

（2）因此，选择镜片时，配镜师还要为顾客选择合适的阿贝数，阿贝数越高的镜片，成像效果越好。但是，很多时候，阿贝数高的镜片折射率都偏低，因此，配镜师必须调整好阿贝数与折射率之间的平衡。

拿两片度数一样的镜片，例如-6。00D，一片是CR-39号材质，一片PC材质，依次放在投影仪前，你会发现什么呢？没错，你会发现两片镜片的周边都出现了彩虹条纹，但是PC材质的镜片出现的彩虹条纹更靠近中心，也就是说PC材质的镜片色差较大。接下来，试着用刚才学过的知识解释一下吧。

（3）

3、比重：近视镜片的比重是衡量镜片重量的重要指标，它表示单位体积镜片的重量，比重越小镜片的重量越轻。目前市场上所销售的镜片中，树脂镜片的比重小。

4、抗v值：

（1）v是紫外线的缩写，英文全称为vi，紫外线波长为：10-400（纳米）。UVA波长在320-390，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。

（2）此参数表示镜片防紫外线的能力，数值越大防紫外线能力越强。一般来说，市场上所销售的近视镜片防紫外线能力都在350与400之间。

5、曲率：

（1）曲率在几何光学中的定义为圆弧的弧长与其所对应的夹角的比值，是表征一个曲面的重要参数。通俗地讲，曲率就是曲率半径的倒数。一般，曲率以大写字母R表示，曲率半径以小写字母表示，二者的关系为：R=1/。

（2）这是区分镜片球面与非球面的重要指标。由于非球面镜片的成像效果要比球面镜片的好，并且厚度也比较薄，因此成为近视配镜的佳选择。

（二）不同度数的眼镜适合哪种折射率的镜片呢？

（1）低度近视（≤-3。00D）：适合折射率为1。5~1。6的镜片，此类镜片的阿贝数较高，对于初戴者或者间歇性配戴者，比较适合。

（2）中度近视(-3。25D~6。00D)：适合折射率为16~1。67的镜片，此类镜片边缘较薄，配戴美观，但阿贝数稍低。不过对于习惯戴眼镜的人来说，很容易适应。

（3）高度近视(-6。00D)适合折射率为167及以上的镜片，此类镜片为超薄镜片，配戴美观，但其阿贝数较低，对于敏感的人来说配戴后需要适应一段时间。

（三）镜片的密度：镜片的密度与阿贝数一样，镜片的密度也是与材质本身相关的重要参数。玻璃材质的密度远远高于树脂材质，随着时代的发展，玻璃镜片已经逐步被树脂镜片取代，目前我们在市面上所见到的绝大多数镜片均是树脂镜片。表3-1-3为常见树脂材质镜片的折射率、阿贝数和密度的对应表。

表3-1-3常见树脂镜片的参数表

材质

折射率

阿贝数

密度/·-3

CR-39

1.50

58

1.32

Tivx

1.53

45

1.10

Ei

1.55

38

1.24

PC

1.59

31

1.20

MR-8

1.60

41

1.30

MR-7

1.67

32

1.35

MR-174

1.74

33

1.47

（四）镜片的抗冲击性能

镜片的抗冲击性能顾客在配戴眼镜后，眼镜必须要保证能够接受一定程度外力的冲击性，否则容易发生碎裂而伤及眼睛。镜片的抗冲击性能一方面与镜片的厚度有关，另一方面与镜片的材质有关。

同样材质的镜片，厚度越厚，抗冲击性能越好，但增加镜片的厚度，会增加眼镜的重量，因此，为了兼顾两者，国标对镜片的厚度是有严格的规定的。

在更多的情况下，镜片的抗冲击性能取决于是材料的本身性能。镜片的材质最常见的是玻璃与树脂后者较前者的抗冲击性能好。在实验室里面，通常会对树脂镜片进行抗冲击性能的测试，通常是将16的小钢珠从127处自由落体至镜片表面，从而进行检测。树脂材料中，Tivx与PC材质镜片的抗冲击性能为佳，其中Tivx的抗冲击性能最好。因此，在很多情况下，如需要考虑镜片的安全性能需要考虑该两款材质的镜片。