Karl Guttag：Magic Leap 2光学解析，部分指标超HoloLens 2

业界作者：青亭网 2022-03-28 21:02:45

Esther｜编辑

今年初，Magic Leap光学工程部副总裁Kevin Curtis在SPIE Photonics West 2022大会上，公布了关于新品Magic Leap 2光学等方面的大量细节，并解释了这些设计背后的创新。

近期，AR/VR光学专家Karl Guttag发表了对于这场名为“揭秘Magic Leap 2高级AR平台和突破式光学”演讲的看法，并重点分析了Magic Leap 2光学和显示元件设计的优缺点，并分析了实际效果。

Guttag表示：ML2采用了LCoS+单层光波导设计，取消了ML1由多层光波导组成的“焦点平面”光学设计等等。

最终采用LCoS方案

据了解，Magic Leap 2和上一代一样继续采用LCoS微显示模组。Curtis解释，这是因为激光扫描技术无法满足AR的显示要求。另一方面，现有的MicroLED技术还不适合开发RGB AR眼镜。

Curtis指出，Magic Leap 2显示屏像素间距为3.8微米（ppd约为32，和上一代差别不大），面板高度大于宽度，其主动分辨率达1440x1760，另外还预留了96x96像素的缓冲区，以弥补显示屏与人眼对齐的误差，适应不同的IPD。

有传闻称，Magic Leap的LCoS显示屏供应商为豪威科技（OmniVision），甚至Snap的下一代AR眼镜可能也将采用豪威的光学技术。不过，Guttag也表示：现如今大部分LCoS厂商都能造出像素间距3.8微米的显示元件。

实际上，Magic Leap 1并没有设计像素缓冲区，而是推出了两种尺寸，以适应不同的IPD。

Magic Leap 2的显示区域更大，FOV也从原来的30°x40°增长至44.6°x53.6°（对角线FOV为66°）。可以看出，Magic Leap 2显示区域的增长主要体现在纵向，纵横比从3:4变成了5:4左右。

尽管显示区域变大，Magic Leap 2的体积却比上一代更小，而且正面看起来比Magic Leap 1明显更加轻量化，镜片的“边框”变窄了不少。

Curtis在演讲中指出，Magic Leap 2采用的LCoS方案足够紧凑，解决了FOV尺寸受限的问题。

通常，大多数LCoS方案采用分光镜和合光镜。而Magic Leap 1的LCoS方案未采用这样的设计，而是为每一层波导配备了单独的颜色路径，总共需要六个LED和六个波导，才能实现双目多焦点平面设计。相比之下，Magic Leap 2只有一组LED和波导，节省了很多体积。

除了设计更简洁外，单个焦点屏幕的另一个好处是可提升AR图像质量。

Magic Leap通过LCoS方案进一步缩小了光学元件的尺寸，比如省略了分光器。ML2与ML1一样为每个彩色波导提供独立的LED照明，区别是ML2的光源先通过光波导和投影透镜，然后再点亮LCoS元件，无需分光镜。

ML1光路

Guttag表示：Magic Leap 2并不是唯一省去分光镜的LCoS方案，在SPIE会议上，Avegant也展示了一款紧凑的新型光学引擎，其组合RGB光波导和LED的结构与ML2类似，也是通过投影光学器件将光线传输到LCoS模组。不同的是，Avegant的光学引擎适用于未采用分离式输入光栅的1-3层光波导结构（在SPIE上搭配Dispelix单层光波导进行演示）。

ML2光学结构

另一方面，Magic Leap 2还缩减了光学器件的尺寸，使LCoS显示系统在光学上更接近投影光学方案，实现更加简化的设计。

Magic Leap 2采用一种特殊的圆形偏振器组合，特点是将光路折叠，原理就像是一些短焦VR采用的光路折叠Pancanke方案。

Curtis指出，Magic Leap 2的光学效率比上一代高12倍以上，适眼区也翻了一倍。亮度可以在20到2000尼特之间调节。实际上，ML1由于采用多层光波导设计，其光学效率本身就相当低，亮度仅约150尼特。

Guttag表示：通常，AR眼镜宣称的亮度可能是一个理想值，在不同光线环境下实际亮度观感或不同。比如HoloLens 2号称亮度可达500尼特，而在实际测试中，只有AR图像中心的亮度才能达到500尼特。

ML2光学结构

Guttag指出，从表面上来看ML2的光学结构接近HoloLens 1，区别是采用了调光层。另外，ML2采用了2.0超高折射率玻璃层，因此FOV比HoloLens 2更大。相比之下，HoloLens 2采用的蝶式光波导设计，不仅复杂且影响图像质量。

ML2的透光率很低，只有22%，也就是说阻挡了周围78%的环境光，从深灰色的镜片也可以看出这一点。Guttag表示：这种透光率相当于中等深度的太阳镜，而坦率地说，我认为实际透光率可能还达不到22%。

ML1、Avegant、Lumus Maximus、HoloLens 2外部透视效果

这是因为，典型的高透过率反射偏振器约阻挡60%非偏振光，50%偏振光，另外还有约10%的光效损失。加上调光用的偏光片，会损失额外约10%亮度。而调光器的薄膜结构还将阻挡15%或更多。将三个衍射波导叠加后，通常会损失25-35%光线，再加上其他薄膜图层、镜片，还将损失约10%亮度。理论最佳也就是22%，实际情况可能会更低。

Guttag还指出，ML2和ML1一样可适配插入式屈光镜片，区别是ML2版需要特定的形状，留出眼球追踪相机的形状。

ML2配备动态和分段调光功能，该功能又称软边缘遮挡，类似于用LCD快门来局部或全局调暗亮度，其缺点是会阻止超过70%的环境光透过。另外，分段调光的精度比局部调光的LCD屏幕更低，在AR眼镜中可能会导致环境光的衍射问题。

近十年来，Magic Leap一直在宣传用多焦点平面/光波导组方案，来解决VAC（视觉辐辏调节冲突）问题。而在SPIE演讲中，Curtis称ML2直接放弃了这个功能，目的是提升AR图像质量。

Curtis表示：影响视觉舒适度的因素还有很多，甚至比VAC更重要。其中许多与图像渲染有关，这可以通过更准确的眼球追踪来改善，从而提升动态注视点渲染效果。

除此之外，除了眼球追踪模组外，ML2还内置了实时校准模组，用于检测“OCG区域”中的物理位置变化，从而在软件方面将画面与人眼对齐。

实际图像质量

Curtis在演讲中公布了一些ML2实际的显示效果图，从中可以看出AR图像边缘渐暗的效果，目前不确定拍摄位置在不在适眼距内，还是ML2本身的问题。

除此之外，实拍图的色彩饱和度看起来足够好。Guttag认为ML2可能在显示效果和亮度方面比HoloLens 2更好，不过ML2能否显示纯白等纯色的能力还不确定，需要实际体验来确定，而且严格来讲HoloLens 2的标准自身就比较低。

Curtis不仅在SPIE演讲上介绍了ML2的光学细节，还宣称Magic Leap具有设计和制造光波导的能力。之所以Magic Leap高调公布技术细节、以及进行PR，不少人认为Magic Leap给自己贴上了“待售”标签，似乎仍在寻找潜在买家。综合之前的信息，Guttag也认同这一看法。

参考：

https://kguttag.com/2022/01/31/magic-leap-2-at-spie-ar-vr-mr-2022/

（ END）