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理想光學系統(tǒng)

理想光學系統(tǒng)是能產(chǎn)生清晰的、與物完全相似的像的成像系統(tǒng)。光束中各條光線或其延長線均交于同一點的光束稱為同心光束。入射的同心光束經(jīng)理想光學系統(tǒng)后，出射光束必定也是同心光束。入射和出射同心光束的交點分別稱為物點和像點。

理想光學系統(tǒng)具有下述性質(zhì)：①交于物點的所有光線經(jīng)光學系統(tǒng)后，出射光線均交于像點。反之亦然。這一對物像可互換的點稱為共軛點。②物方的每條直線對應像方的一條直線稱共軛線；相對應的面稱共軛面。③任何垂直于光軸的平面，其共軛面仍與光軸垂直。④對垂直于光軸的一對共軛平面，橫向放大率為常量。研究理想光學系統(tǒng)上述物像兩方一一對應關(guān)系的理論稱為高斯光學。首先由德國科學家C.高斯在1841年的著作中闡明。實際上不存在真正的理想光學系統(tǒng)。共軸球面系統(tǒng)在近軸條件下可近似滿足理想光學系統(tǒng)的要求。

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。然而在實際光學系統(tǒng)中，軸外點成像光束往往受其他光學零件通光孔的限制，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，那些遠離孔徑光闌的透鏡需要有相當大的直徑，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、也為了光學零件的橫向尺寸不特別大，常用適當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零件部分攔截而不能全部通過光學系統(tǒng)的現(xiàn)象，稱為光束漸暈。軸外點離光軸越遠，攔截現(xiàn)象（即漸暈）越嚴重，結(jié)果是視場外圍的像面照度大大降低。當然，絕大部分光學系統(tǒng)都允許存在一定程度的漸暈。

關(guān)于AR光學

市面上主流AR光學顯示系統(tǒng)有：光學和視頻兩種。據(jù)悉，這兩種AR光學顯示系統(tǒng)都曾得到探索，不過視頻法在頭顯重量、體積等方面有較大局限，因此大多數(shù)AR眼鏡采用光學方案。

光學方案和常規(guī)眼鏡類似，你可以直接看到現(xiàn)實世界，但光學模組并不是完全透明，由此通過真實圖像疊加虛擬圖像來實現(xiàn)AR現(xiàn)實。光學方案的缺點是，難以顯示黑色或深色，因此陰影渲染很苦難。科學家們進行過一些嘗試，但實用性并不高。

視頻光學顯示系統(tǒng)原理

視頻AR方面，目前Varjo XR-1等VR頭顯已具備此功能，原理是直接在攝像頭拍攝的畫面上疊加虛擬內(nèi)容，你觀看的是屏幕的“虛擬內(nèi)容”，看不到真實世界環(huán)境。其優(yōu)勢是，可讓AR與真實環(huán)境融合更自然，劣勢則是這種基于攝像頭＋屏幕的組合，對于光學顯示方面存在較大不確定性，包括對比度、亮度、視場角等。