尽管增强现实（AR）技术越来越受欢迎，但由于电池和电子元件的重量和体积，以及设备的计算能力、电池寿命和亮度不理想，AR可穿戴技术并未获得广泛的接受。近期，研究团队通过将能够生成合适投影AR图像的入射光角度从5度提高到20-30度，大幅提高了光接收AR眼镜的实用性。
国际科学家团队开发了增强现实眼镜，采用能够接收来自投影仪发射的图像的技术，解决了一些现有眼镜的局限性，例如重量和体积。该团队的研究将于2025年3月在法国圣马洛的IEEE VR大会上展示。
增强现实（AR）技术通过设备的取景器或电子显示屏，将数字信息和虚拟物体叠加在实际世界的图像上，近年来在热门游戏应用如《精灵宝可梦GO》以及教育、制造、零售和医疗等领域的实际应用中获得了一定的关注。但是，由于与电池和电子元件相关的沉重，可穿戴AR设备的采用率一直滞后。
特别是AR眼镜，通过集成虚拟元素有潜力改变用户的物理环境。尽管硬件技术多年来取得了许多进展，AR眼镜依然笨重且不便，并且在计算能力、电池寿命和亮度方面仍然缺乏足够的支持以提供最佳的用户体验。
为克服这些局限性，来自东京大学的研究团队及其合作伙伴设计了可接收来自发射投影仪图像的AR眼镜，而不是生成这些图像。
“这项研究旨在开发一种薄型轻量级的AR眼镜光学系统，采用‘发射显示’的方法，”东京大学信息学跨学科计划的项目副教授、研究论文第一作者伊藤祐太表示。“这种方法使AR眼镜可以接收来自环境的投影图像，消除了对机载电源的需求，同时在保持高质量视觉效果的同时减轻了重量。”
在研究团队设计之前，使用发射显示方法的光接收AR眼镜在接收光的角度上受到了严重限制，限制了其实用性——在早期设计中，摄像头只能在与光源呈现5度角的情况下，在光接收AR眼镜上显示清晰图像。
科学家们通过整合衍射光波导或图案化沟槽来控制光在其光接收AR眼镜中的传播，从而克服了这一限制。
“通过采用衍射光学波导，我们的发射显示系统将头部朝向的接收能力从5度显著扩展到了大约20-30度，”伊藤说。“这一进展增强了发射AR眼镜的可用性，允许用户在保持稳定AR体验的同时自由移动头部。”
具体来说，团队的AR眼镜的光接收机制分为两个部分：屏幕和波导光学。首先，投影光通过扩散器被接收，均匀地引导光线朝向聚焦在眼镜材料中的波导的透镜。这束光首先击中衍射光波导，随后图像光被引导到眼镜的眼面上的光栅。这些光栅负责提取图像光并将其引导至用户的眼睛，以创建AR图像。
研究人员创建了一个原型来测试他们的技术，从距离1.5米的位置用激光扫描投影仪向接收眼镜投影一个7毫米的图像，投影仪与投影器的夹角在0到40度之间。重要的是，光栅的引入使得团队的AR眼镜可以以接受的图像质量接收投影光的角度从大约5度提高到大约20-30度。
虽然这一新的光接收技术增强了光接收AR眼镜的实用性，但团队承认还有更多的测试和改进待完成。“未来的研究将聚焦于改善穿戴性和整合头部追踪功能，进一步增强下一代发射显示的实用性，”伊藤说道。
理想情况下，未来的测试设置将监测光接收眼镜的位置，可调节投影仪将相应移动并向光接收AR眼镜投射图像，进一步增强其在三维环境中的实用性。不同的光源也可以使用更高的分辨率来改善图像质量。团队还希望解决其当前设计的一些局限性，包括鬼影、有限的视场、单色图像、无法容纳处方镜片的平面波导以及二维图像。
