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Magic Leap 2分析(二):或为单层光波导+自适应透镜方案

MicroLED.cn 技术文章 2021-11-23 09:31:11 604 0 | 文章出自:kguttag.com MicroLED

Magic Leap 2 (Pt. 2):来自专利申请的可能答案

介绍——“当然,他们没有那么绝望”——但他们似乎是!

这篇文章是上一篇文章的后续,Magic Leap 2 for Enterprise,真的吗?再加上另外 5 亿美元。当我第一次看到 Magic Leap 在调光方面大有作为时,我非常快速地搜索了最新的 Magic Leap 专利申请。首先出现的是 Magic Leap 专利申请20210141229 ( '229 ),于 2021 年 5 月 13 日发布,标题为“用于可穿戴设备的环境光管理系统和方法”。我的第一个想法是,“他们肯定不会绝望到在波导前面放一块用于区域调光的 LCD 面板. 在 AR 眼镜前放置 LCD 是一个非常古老和普遍的想法,而且充满了问题。公司一直在为这些类型的东西申请专利,以防将来它们成为可能。所以我根据 CNBC 的采访和 Magic Leap 首席执行官佩吉约翰逊的信继续写了这篇文章。  

但在写完第一篇文章后,我决定更认真地研究一下 Magic Leap 最近在调光方面的应用,并找到了另外三项相关专利(US20210048676、US20210003872和US20200074724),并提供了更详细的信息。在CNBC 采访中将 Magic Leap 放在前面和中间的专利中的特殊性水平 表明,Magic Leap 确实在 ML2 中放置了一个像素化 LCD 调光器。原来他们是desperate.?解释为什么像素化LCD变暗是有问题需要一定的时间,将是我的魔术大跃进下一篇文章的主题。

跟随调光相关专利的踪迹,让我们看看 Magic Leap 可能正在做的其他事情的一些花絮。我遇到了其他看起来很有趣、不同或不合适的事情。我没有进行详尽的搜索,因为 Magic Leap 在过去三年内申请了 631 项专利(而且没有人付钱让我这样做)。所以我可能错过了其他重要的事情(让我知道)。

FOV 在垂直方向上更高吗?- 也许不吧

Magic Leap 首席执行官约翰逊的文章包括一张比较 ML2 和 ML1 的 FOV 的图片。在下图中,我添加了 Hololens 1 和 2,以及应用程序中显示的 FOV(绿色)。发布的图纸显示垂直视场要高得多,这与其他双目耳机不同,没有技术意义。但是申请 US20210141229(于 2020 年 11 月提交)有一个数字显示 FOV 为 55 宽 x 45 高。

同时,我还没有遇到过任何专利申请中提到 FOV 大于宽度。这确实让我怀疑 Magic Leap 的绘图是误导还是旋转以使其在视觉上更明显,FOV 大于 ML1。没有确认,但有一条线索表明 ML2 的 FOV 可能与 Magic Leap 发布的不同。

带有前后“透镜组件”的单波导

上一次,我推测凭借更宽的 FOV 和“更好的图像质量”,Magic Leap 可能会采用单焦点深度波导,而不是 ML1 的双焦点。波导要求进入它们的图像在无限远聚焦,因此如果不修改将离开聚焦在无限远的波导。ML1 有两组波导,一组带有出射光栅,使光看起来约为 2 米,第二组使光看起来来自约 0.5 米外,以减少所谓的“聚光调节冲突” (交流)。

Hololens 1 和 2 使用波导和眼睛之间的固定透镜将视焦点移动到大约 2 米。Hololens 然后在波导前面添加第二个透镜以抵消第一个透镜的影响,因此现实世界的焦点和放大倍数不会改变。大多数 ML 调光应用都显示了像 Hololens 一样配置的“后透镜组件”(BLA)和“前透镜组件(FLA)”。下面我展示了来自 Bernard Kress 的“用于增强、虚拟和混合现实耳机的光学架构”(左)的图 15.10与 '229 应用程序图 27 的对比。

可变焦点(“自适应”)和聚散调节(?)


但大多数与调光相关的专利都显示了“自适应”镜头,它们与变焦镜头同义。可变聚焦将用于支持单个波导的聚散调节冲突 ( VAC )。引用申请 2021/0141229(我大胆强调):

“甲可变焦距元件2704 可包括深度面内偏差/眼2700和目镜2702作用于虚拟显示屏上的切换元件。在一些实施例中,可变焦元件2704是后透镜组件(BLA)2706。BLA 也总是作用于世界光,因此添加了前透镜组件 (FLA) 2708 以消除对世界显示的影响


后面图中的 '229 申请将相同类型的 BLA 和 FLA 元件描述为“自适应”,但并未说明它们是可变焦距的。在描述图 28 时,描述与“自适应 BLA”和“自适应 FLA”相同结构的应用程序说:

在OST-HMD可以还包括一个目镜2806,一个自适应BLA 2808,一个自适应FLA 2810,和EPE 2840,显示光2836到用户的眼睛2800,如本文所述。

似乎缺少的是如果他们没有自适应 BLA 和 FLA 组合会发生什么的“出局”。坦率地说,根据我迄今为止对制作可变焦距镜头所需的了解,我怀疑 ML2 是否有它们。所以这留下了三个选项:

  1. 其下的 Magic Leap 在 ML1 和巨大的财务压力下失败并解雇了大约 2/3 的员工(包括在镜头上工作的人)开发了比以往任何人都做得更好的自适应镜头(更多关于它的内容)似乎他们试图在下面制作)。

  2. Magic Leap 曾尝试开发自适应镜头,但为了将 ML1 推出市场而放弃了它们。他们要么有一组固定的镜头和一个像 Hololens 一样的单一焦距,要么根本没有镜头并聚焦在近无穷远。或者,他们可以拥有具有不同焦距和/或夹入式或光学式的模型

  3. 他们可能坚持使用 ML1 型双波导,而没有 BLA 或 FLA 透镜。

在上述三个选项中,我倾向于认为 #2 的某些变体是最有可能的。下面我将介绍支持自适应/聚焦光学的选项以及为什么我认为 #1 不太可能。

透射式可调焦装置

魔术飞跃专利已经在他们的一些最早的应用讨论可变焦距元素,这个博客的2016的文章中讨论魔术飞跃-分离魔术一个第二现实。有几种已知的方法来制造可变焦距元件 ( VFE )。最常见的技术是移动镜头、变形镜头和液晶型镜头。其他技术(例如可变形反射镜)可以充当 VFE,但它们在波导和眼睛之间不起作用。

电机移动一个或多个镜头

支持可变焦距的最常见方法是使用电机来移动一个或多个镜头,就像相机的对焦机构一样,但由于镜头的尺寸与波导的尺寸相匹配,因此会变得又大又重。

膜上具有可变压力的光学流体

ADLens和Optotune等通过改变柔性膜之间的流体压力来改变焦点。Optotune(左)是众所周知的液体可调镜片供应商。ADLens 的眼镜产品使用手动操作的“泵”,并且还一直致力于开发电动可变焦液体镜片,例如专利 US11,086,132(右)。

如上所述,需要 FLA 以完全相反的膜来准确补偿 BLA。虽然充满液体的透镜具有高透射率,但与流体泵送相关的精度、耐用性和体积是缺点。我在最近的 Magic Leap 专利文献中也没有发现关于流体镜片的证据。

液晶电子镜头

液晶可以制作变焦镜头的事实在业界是众所周知的。我第一次在 CES 2018 上看到了一个带有 Deep Optics 的工作设备与 Lumus 波导一起使用(参见:CES 2018 第 1 部分 - AR 概述)。该博客还介绍了 Facebook/Oculus 2017 年的“焦点表面”研发工作,该工作使用相位调制液晶产生可变焦距。

这里最相关的是 Deep Optics 有一个平坦、透明的液晶透镜 (如下图所示)。Deep Optics 已开始销售带电控对焦的32°N 偏光太阳镜(如下左图所示,并在短视频中进行了演示)。

引自 DeepOptics 网站:

“DEEP OPTICS 像素化液晶 (LC) 透镜:LC 层被分成数百万个微小像素,能够在面板上的每个点旋转 LC 分子。这创造了无限数量的动态、高质量的镜头,可以随时更换。

只需一个物理镜头,即可实现不同的光学镜头,只需驱动不同的电压

IPD:可以根据用户的瞳距(IPD)控制和改变有源镜片中心之间的距离”

一些非常有趣的关于深光学LC技术是液晶光学仅在光的一个偏振作用。如果入射光在一个方向上偏振而显示光以相反的方式偏振,则镜头只会改变显示器图像的焦点,而不会改变现实世界的焦点。

使用 Deep Optic 的技术,无需撤销对现实世界的校正。正如我将要展示的,Magic Leap 拥有许多也使用 LC 镜头的专利申请,但它们需要针对现实世界进行光学校正。此外,几个 Magic Leap 应用显示使用多个单元来实现不同程度的焦点变化,其中 Deep Optics 可以通过电压控制数量。

与 Magic Leap 应用程序一样,Deep Optics 方法需要对现实世界的光进行偏振。通常,这导致大约60% 的光损失(50% 由于偏振加上大约 10% 的其他损失)。正如将要讨论的,Magic Leap 中使用的方法会阻挡更多的光。

Magic Leap LC 可切换镜头专利申请

Magic Leap 一直在研究用于 VAC 的液晶 ( LC ) 可切换光学器件。以下是从 2019 年提交的 Magic Leap 专利申请 2021/0231986、2021/0328556、2021/0041703 和 2021/0132394 中选出的一些数字。与仅修改虚拟图像的 DeepOptics 技术不同,Magic Leap 申请同时具有可切换“前”镜头 (FLA) 和 LC 可切换后镜头 (FLA)。

这些 LC 型镜头需要偏振光才能工作。假设这些是在调光器之后,这也需要偏振光,那么光很可能是偏振的。但我会担心波导和其他光学层是否至少部分地使光去偏振。

专利申请 US2021/0132394 展示了为 BLA 和 FLA 可调镜头中的每一个使用多层以选择不同的焦距变化量。他们还展示了将可切换镜头与传统光学镜头相结合的选项。

最后,“厨房水槽”应用程序 2020/0201026 包括两个波导和两个带有前后自适应透镜的调光器。这种结构有很多层,发生了很多事情,如果两个调光器都处于最大透射状态,那么只有非常少量的光,我猜不到 10%,来自现实世界的光会进入眼睛。

光损失 - 多次切割死亡

每个带有玻璃、液晶、配向材料、两个 ITO 电极和其他薄膜/层的液晶单元将阻挡大约 10% 的光。大多数 Magic Leap 专利都表明,每个自适应 BLA 和 FLA 结构都使用了许多单元,更不用说调光了。因此,假设光已经偏振,单个 BLA 或 FLA 可能会阻挡 10% 到 40% 的光。

通常,“高通量”偏振器(与“高对比度”偏振器相反)在偏振时会阻挡大约 60% 的光(偏振为 50%,阻挡大于 10% 的所需偏振)。当通过预偏振光时,偏光片仍会阻挡约 10%。

将 40%(偏振器的 100%-60%)乘以约 90% 的透射率(其他组件为 100%-10%)会导致通过的光百分比非常低。

结论和下次更深入地研究调光

有很多证据表明 Magic Leap 正在做像素化调光。下一次,我将详细介绍我在该领域发现的许多专利申请。此外,Magic Leap 已经明确表示他们的设备具有某种形式的动态调光。

无论 FOV 更高还是更宽,ML2 的 FOV 更有可能更高,正如他们所展示的。但是这幅画只是在艺术家的构想中,并且有一些证据表明 FOV 可能更宽。我会说至少有 30% 的机会在上面加上一个数字。

Magic Leap 已经认真考虑使用液晶制造可切换/可变焦距的光学元件/镜头。由于该公司自 2013 年以来一直将解决 VAC 作为其存在的理由,因此 Magic Leap 找到一种在 ML2 上支持它的方法非常重要。虽然应用程序证明花费了大量时间和金钱,但我所看到的一切看起来都不实用,尤其是与基于 LC 的像素化调光相结合时。我认为在 ML2 的开发过程中可能有一个“意识形态与现实相遇的时刻” 。

我还认为Magic Leap 在他们最近的采访中可能已经提出了关于 VAC 的观点,如果他们仍在解决这个问题的话。正如我上面写的,他们可能有一些附加方法,但我怀疑他们是否使用自适应镜头,

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