Chapter 1 引言
经过近两个月的折腾，通过分析现有头盔的问题，结合自身的技术能力，选择了基于光学透视技术的头盔式显示器（ Optical See-Through HMD ）。光学结构的主要组件为一个 80x80 毫米的 40/60 分光镜。本文主要记录一下阶段性的成果并分析其中的问题。
Chapter 2 Mark I 构型
Mark I 的方案是菲涅尔透镜与分光镜的组合方式，发光/图像源为一块 5.5 英寸的 AMOLED 屏幕。
这套方案主要是验证加入了菲涅尔透镜的可行性，加入菲涅尔透镜可以实现无穷远的显示效果。
实验主要围绕焦距为 F90 和 F140 展开的：
可以看到在边缘位置出现如下图所展示不同焦距平面菲涅尔透镜的明显的色散与变形，由于定制成本与现有产品的限制，会在边缘位置出现明显的色散与变形。
目前已达成的成果如下：
- 光学系统实现了无限远的显示效果；
- 确定了两种透镜与屏幕之间的距离；
- 确定了已有光学系统的光学性能；
需要改进的地方如下：
- 目前的光学组件的自己过于庞大，需要减小光学组件体积，可以从短焦距菲涅尔透镜入手；
- 光学系统需要从实验平台的形式转变为便携式的形式；
- 解决边缘部分色散与变形的问题；
Chapter 3 Mark II 构型
Mark II 主要用于验证分光镜与水平 30° 夹角和屏幕与水平 55° 夹角的光路可行性，屏幕为 5.5 英寸 AMOLED 显示屏，由于屏幕宽度的限制，因此只验证了右眼的左半边视场也就是 Half Field of View ，由于只是验证所使用，因此没有影响。
图像源为上海冠显光电科技有限公司的OLED显示模组，型号为 TA055FHV06 ，对角线长度为 5.44 英寸，具有 1080 x 1920 的分辨率，350 cd/m^2^ 的亮度和 60 Hz 的刷新率。反光镜使用分光比为 40:60 的分光镜，即外界真实环境的光线透过 40% 屏幕的光线反射 60%，此外分光镜的工作波长在 400~700 mm。
Chapter 4 Mark III 构型
Mark III 是 Augma Project 的第一个双目光学组件，图像源为两块 7.9 英寸 LCD 显示器，型号为夏普 Sharp 的 LQ079L1SX01 ，分辨率为 1536x2048 325PPI ，亮度为 450 nit。屏库网的链接在此。
Mark III 可以看作 Mark II 的全视野双目版本。调整了屏幕的角度参数，由与水平夹角 55° 改为了 60° ，这样画面可以平行显示在面前。
测量数据：
dx = 865mm ; cx = 385mm ; cy = 220mm ; dy = 443.4mm ;
根据上述数据计算得出：
DFOV ≈ 54.2°；HFOV ≈ 48°；VHFOV ≈ 28.5°；
就 DFOV 而言视场的角度已经大于 Microsoft HoloLens 第二代版本的视场.
画面呈现在双目前方约 20 厘米处，这个距离不适合长时间的观察使用。
Chapter 5 小结
从六月份以来一共测试了这三种光学结构，下面简单总结了一下各种构型的优点和缺点，先从优点说起：
- Mark I 构型结构虽为固定式测试平台，但是验证了菲涅尔透镜在光学系统中应用的可行性。在光学系统中加入菲涅尔透镜，采用准直的方法，将画面投至无限远，可以极大的提高佩戴的舒适性和提高使用时间；
- Mark I 构型确定了菲涅尔透镜的焦距大小，采用 F90 mm 的菲涅尔透镜，可以在不定制镜组的情况下缩小光学结构的大小，同时降低画面边缘的色散与变形现象；
- Mark I 构型确定了菲涅尔透镜光面距显示面板 74mm 时可以获得较为良好的可视效果，画面等同于在面前一米至两米处；
- Mark II 和 Mark III 构型尝试了反射式光学结构，该种结构简单粗暴，没有了透镜的参与，消除了变形的问题，同时反射镜的颜色偏差也很小，可以做成双目 3D 显示的方式。
缺点也很明显：
- Mark I 构型在眼睛距离菲涅尔透镜较远的地方时，显示质量明显下降，特别是短焦距的透镜在边缘的画面变形与色散尤为明显，因此设计光学系统时，菲涅尔透镜要与眼睛保持较近的距离；
- Mark I 构型还有一个问题在于较大的纹距会明显降低画面的清晰度，目前测试的纹距位 0.3 mm；
- Mark II 和 Mark III 构型的光学系统体积过于庞大，以至于在保证结构的强度时，会大大增加结构的重量，不适宜长时间佩戴；
- Mark III 构型双目光学系统的投射画面距双目过近，仅 20 厘米左右，不适宜长时间的佩戴使用，会造成眼部的疲劳。
以现有的零件和技术，下一代也就是 Mark IV 构型需要结合 Mark I 和 III 构型的优点进行设计，将 F90 mm 的菲涅尔透镜与 40/60 分光镜结合，使用双目 3.8 英寸显示器作为图像源，做双眼 3D 显示。Mark III 构型的图像源是置于面部左右两侧，不过左右两侧会破坏水平方向的视场 HFOV ，因此 Mark IV 构型的图像源将置于垂直向上的方向。因为加入菲涅尔透镜，因此预期是可以将画面投射到无限远的位置。
评论区