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[技术]真正的数字化——肖特杂志 [复制链接]

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科学家

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 08-13

玻璃是未来AR设备的关键组件，可以完美地将真实和数字世界融为一体。通过引入灵活的超薄玻璃技术，使得我们的产品开发人员能够在新的维度进行思考。

增强现实（AR）技术将真实世界与虚拟世界融合在一起。它在技术上的复杂性同样令人着迷，特别是与逐渐流行的AR眼镜相结合时。这些高科技眼镜的生产商得到位于德国耶拿的LightTrans的支持。该公司开发和销售用于物理光学建模和仿真的软件。

目前的问题是非常深奥的：我们该如何看待这个世界？每个独立的个体都会从不同的角度来观察世界，这样的事实已经足够哲学家们去思考了，但就算是从纯粹的技术角度来看，AR也给物理学家带来了巨大的挑战。真实世界和虚拟世界的融合异常复杂，特别是在AR眼镜的流行趋势面前。毕竟，AR观看时首先应该保持视野清晰，同时在此基础上使用虚拟重叠进行现实增强。那么，如何保证AR眼镜的使用者在能够清楚地观察世界的前提下，将虚拟世界的信息清晰、锐利的展现在用户眼前呢？

答案可以在耶拿找到！位于德国图林根州的大学城被认为是卓越的光学中心，它秉承着卡尔·蔡司，奥托·肖特和恩斯特·阿贝等光学巨匠的传统。SCHOTT在这里设有一个玻璃工厂，同样LightTrans也在这里。这家雄心勃勃的公司开发了VirtualLab Fusion软件，该软件使用快速物理光学计算模型模拟和优化光学元件以及系统。

一栋位于在耶拿市中心西南部的萨勒（Saale）不远处的办公楼，从建筑的外表看几乎没有人会相信这里面有高深的物理光学技术。但公司的主人一旦打开门，这种印象就会立刻发生转变。

Frank Wyrowski教授（博士）是LightTrans的董事长以及耶拿大学应用计算光学组的主席教授。

Wyrowski Photonics首席执行官Christian Hellmann（左）与肖特首席科学家Frank-Thomas Lentes博士一起试用AR眼镜。

一个简单的握手仿佛告诉我：他想要做与众不同的事。Frank Wyrowski在讨论增强现实时眼中闪烁的光芒更加确认了这个想法。Wyrowsi是一名物理学教授。他是弗里德里希·席勒大学应用物理研究所应用计算光学小组的负责人。他于1999年创立了LightTrans集团公司，该公司由三家子公司组成：LightTrans GmbH，LightTrans International UG和Wyrowski Photonics GmbH。公司现有约30名员工，包括物理学家，数学家和计算机专家。“我们将自己视为电磁建模和设计的潮流引领者。我们的VirtualLab Fusion软件不仅可以让我们模拟现代光学系统中的光传播，还可以在这一平台上结合各种仿真模型，“Wyrowski解释道。这是一个独特的卖点。

具有艺术性的物理光学软件

AR目前正在蓬勃发展。两年前，智能PokémonGo引发了全球热潮。直到今天，全世界约有6000万粉丝每个月都在寻找虚拟幻想生物。新的世界早已打开，这不仅仅是对游戏玩家而言。使用增强现实技术的创新应用有望彻底改变我们的日常生活。由Splendid Research主导的调查：“增强现实监测2018”（ Augmented Reality Monitor 2018）中，超过一半的受访者表示他们希望将来能够使用AR技术来帮助日常生活。
例如，体育迷们早就熟悉的足球比赛中用来标识出争球线或有争议越位的叠加线。AR早已进入贸易和工业领域。例如，来自蒂森克鲁普的装配工使用AR眼镜进行电梯维护，显示所需维修信息—实现让双手在艰巨条件下的自由工作。汽车制造商的全球开发团队在AR应用程序（如设计对象）上进行协作。未来还有更多可能：从通过虚拟人体学习的医学生到通过真实全息图与来自世界另一端的朋友和同事进行实时对话。

光导技术

市场正在悄悄发生变化。像智能手机制造商这样的科技巨头，正在投资他们自己的应用编程接口（APIs）和传感器技术，用于直接实现AR产品开发，正如微软及其HoloLens一样，销售功能性的AR眼镜。然而，另一方面，没有专业知识或财务能力的中小公司也可以使用LightTrans的软件计算开发高质量的光学设计。

目标：清晰、锐利的图像

这种光学设计对于眼镜而言尤其困难，因为投影和感知发生在非常狭窄的空间中，而不允许额外的屏幕来描绘真实世界和虚拟世界，正如智能手机的情况一样。 “定义规范非常复杂，问题总是出现在大脑处理问题的方式上，因为这方面仍然不是很清楚，“Wyrowski教授说。在LightTrans会议室，他用一个激光笔指示着投影在墙上的幻灯片解释说明“平面波”进入人眼—光在到达人眼视网膜成像前的过程。

LightTrans首席技术官Site Zhang博士，负责监督产品开发和使用案例。

使用VirtualLab Fusion软件，可以准确，快速地建模各种光学系统。

AR眼镜有许多方法尽可能最佳地将光波引入眼睛以产生清晰，锐利的图像。 “光导技术（参见第17页的图表）证明在未来具有光明的前景，”Wyrowski解释道。首先，因为市场上已有类似的很有前景的产品，其次因为这样AR技术可以实现紧凑设计。
光导技术通常使用三个玻璃晶片，每个晶片用作红 - 绿 - 蓝（RGB）颜色空间中的一种颜色的光导。然后将诸如LED投影仪的光源定位在三个晶片的侧面上，以将图像信息耦合到晶片中。晶圆需要一个“光栅”—一个周期性的纳米结构 - 为光提供进入人眼的最佳路径。目的是将传播角度扩大到总是大于全内反射角度的极限角度的点。Wyrowski将此与观察水面相比较：“如果你从上面直视游泳池，你可以看到游泳池的底部。另一方面，如果你在阳光明媚的日子潜入水池并沿着水面观察，那么你会看到很多强烈的光反射。“覆盖大视野（FoV）也很重要。在尽可能引导光波时，同时还要考虑通过大的眼框的不同眼睛位置或距离。包含多个视野的信息必须通过光导引导，然后再通过光栅耦合出来，以便将其提供给人眼 - 理想情况是以尽可能最均匀的方式。 “因为这是在光栅结构的纳米尺度上进行的，我们的软件建模必须基于物理光学。我们正在进行高水平的建模，包括所有相关的物理光学效应。我们可以快速，非常准确地做到这一点，“Wyrowski说。

肖特则是基于LightTrans的专业技术。目前正在进行一个联合项目，其中两个合作伙伴正在研究如何进一步改进AR应用的玻璃晶圆。如今，肖特RealView™高折射率玻璃晶圆已达到前所未有的锐度，视野和重量。涂覆的晶片由具有高折射率的光学玻璃制成 - 它们的折射率超过1.9。这允许它们显著增加AR设备中的视野。生产者第一次可以将视野扩展到人类周边视觉的极限。到目前为止，只有非常小的区域才能实现渐进。玻璃表面的高几何精度，精确到原子，可以在对比度和分辨率方面达到图像质量，这是迄今为止尚未被认为可能实现的。肖特RealView™晶圆是传统玻璃晶圆的全反射角度的两倍。

如果没有Light-Trans的精确光学建模，这些结果就无法实现。两家公司之间的密切合作将有助于我们在未来以完全不同的视角看待这个世界。

通过生产独特的高折射率玻璃晶片作为增强现实设备的关键组件，我们使产品工程师和设计师能够将用户体验提升到新的水平。

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