孔徑光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的位置與很多因素有關(guān)。在某些系統(tǒng)中有特定的要求,例如,目視光學(xué)系統(tǒng)一定要使出射光瞳位于目鏡之外,以便眼睛的瞳孔能與之重合;遠(yuǎn)心系統(tǒng)中應(yīng)使孔徑光闌位于焦點上。此外,孔徑光闌的位置還與像差校正和系統(tǒng)各光學(xué)零件的橫向尺寸有關(guān),應(yīng)在設(shè)計時合理確定。
決定視物范圍的光闌。視場光闌可決定視場范圍的大小。視場光闌由其前方光學(xué)系統(tǒng)所成的像稱入射窗,由其后方系統(tǒng)所成的像稱出射窗。
漸暈現(xiàn)象
在理想情況下,軸上點和軸外點的光束都受孔徑光闌的限制,有基本相同的光束孔徑角,如果視場不太大,整個視場的像面照度基本均勻。然而在實際光學(xué)系統(tǒng)中,軸外點成像光束往往受其他光學(xué)零件通光孔的限制,結(jié)果是軸外點的光束孔徑角比軸上點的小得多。這是因為要使軸外點也以充滿入射光瞳的光束成像時,那些遠(yuǎn)離孔徑光闌的透鏡需要有相當(dāng)大的直徑,并且對全孔徑軸外光束校正好像差也非常困難。因此,為了改善軸外點的成像質(zhì)量、也為了光學(xué)零件的橫向尺寸不特別大,常用適當(dāng)減小某幾個透鏡直徑的方法來對軸外光束作必要的限制。這種軸外點發(fā)出充滿入射光瞳的光束被某些光學(xué)零件部分?jǐn)r截而不能全部通過光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)象,稱為光束漸暈。軸外點離光軸越遠(yuǎn),攔截現(xiàn)象(即漸暈)越嚴(yán)重,結(jié)果是視場外圍的像面照度大大降低。當(dāng)然,絕大部分光學(xué)系統(tǒng)都允許存在一定程度的漸暈。
光學(xué)方案中又有多種光學(xué)原理,其中現(xiàn)階端常見的是:光波導(dǎo)和半反半透。目前包括Magic Leap在內(nèi)的AR頭顯大都采用光波導(dǎo)顯示技術(shù),該技術(shù)的原理是微顯示屏向光波導(dǎo)的一側(cè)投射光線,通過全內(nèi)反射原理,光線會在光波導(dǎo)內(nèi)反射和傳播,然后從另一邊反射出來,終反射到用戶眼中。
光波導(dǎo)的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)較小的機身體積,而劣勢則是圖像質(zhì)量存在部分問題。此外,光波導(dǎo)光學(xué)效率較低,對微顯示屏的要求也更高,現(xiàn)有光波導(dǎo)主要配合LCoS和Micro OLED微顯示屏。
而半反半透雖然比光波導(dǎo)設(shè)計起來要復(fù)雜,但原理更簡單,而且成本遠(yuǎn)低于光波導(dǎo)方案。Daniel表示:一個常見的誤區(qū)是,即使是在追求大FOV的前提下,采用半反半透光學(xué)的AR眼鏡也可以比meta 2的體積更小。