佳能發(fā)表頭戴式顯示器的新型光學(xué)系統(tǒng)

    佳能在2007年7月5日～6日舉行的“第32屆光學(xué)研討會(huì)”上，發(fā)表了可使頭戴式顯示器（HMD）同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣角化和小型化的2種“Shuttle光學(xué)系統(tǒng)”。一種在小型化方面下了一番工夫，而另一種則面向視頻透視（Video See Through）型HMD。

　　HMD中由液晶面板發(fā)出的光線穿過光學(xué)系統(tǒng)后到達(dá)人眼。在HMD的光學(xué)系統(tǒng)中，有近目光學(xué)系統(tǒng)和一次成像光學(xué)系統(tǒng)。近目光學(xué)系統(tǒng)采用將液晶面板發(fā)出的光線向透鏡投射到達(dá)人眼的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)一般由透鏡及液晶面板構(gòu)成，大多結(jié)合投向人眼的光線視角確定尺寸，配置安裝在人眼的正前方的透鏡和液晶面板。因此，視角越大，透鏡和液晶面板的尺寸就越大。

　　而一次光學(xué)系統(tǒng)則不同，為了把一次成像后的光線擴(kuò)展開來，一般會(huì)在液晶面板和透鏡之間配備由多個(gè)部件構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。雖然配置在人眼正前方的透鏡需要結(jié)合視角來設(shè)定尺寸，不過在擴(kuò)大視角時(shí)，無需加大液晶面板，只利用光學(xué)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。不過，這時(shí)需要追加光學(xué)系統(tǒng)，因此光路長(zhǎng)度容易變長(zhǎng)，從而使HMD的整體尺寸難以減小。

　　此次佳能開發(fā)的名為Shuttle光學(xué)系統(tǒng)的新型光學(xué)系統(tǒng)，在構(gòu)成一次成像光學(xué)系統(tǒng)的同時(shí)，減小了整體尺寸。Shuttle光學(xué)系統(tǒng)通過利用有自由曲面的棱鏡，同時(shí)使棱鏡內(nèi)反射的光在反射前后穿過同一光路，并將光路收納在更小的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了小型化。

　　在此次發(fā)表的2種Shuttle光學(xué)系統(tǒng)中，其中一種在小型化方面下了很大工夫。在利用0.47英寸反射型液晶面板、12mm瞳孔直徑下水平視角為50度時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的整體尺寸為37mm×39mm×53mm。而該公司原采用一次成像的光學(xué)系統(tǒng)則不同，在8mm瞳徑、水平視角為50度時(shí)，利用0.6英寸反射型液晶面板，光學(xué)系統(tǒng)的整體尺寸為38mm×40mm×90mm。

試制出了視頻透視型HMD

　　另一種是面向視頻透視型HMD的Shuttle光學(xué)系。視頻透視是指實(shí)時(shí)顯示攝像頭拍攝的外界影像。比如，配備這種HMD的人能夠看到在所拍攝的影像上重疊CG的景象�？梢杂脕慝@得混合現(xiàn)實(shí)感(Mixed Reality)。

　　視頻透視型HMD大致分為2種——向拍攝外界的攝像頭投射光線的光軸與向觀察者的瞳孔投射光線的光軸不同的“視差型”，以及兩光軸為同一光軸的“無視差型”。此次佳能試制出了采用Shuttle光學(xué)系統(tǒng)的無視差型HMD。不過，采取上述小型化措施的Shuttle光學(xué)系統(tǒng)存在一定的缺陷，即在使攝像頭與瞳孔的光軸一致時(shí)，需要加大光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，因此此次面向無視差型HMD進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后，包括攝像頭在內(nèi)的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸控制到了47mm×57mm×95mm。HMD的尺寸為240mm×396mm×267mm，重量約為1700g。水平視角為60度，垂直視角為47度。采用0.88英寸的反射型液晶面板。戴在頭上使用。

　　試制的視頻透視型HMD利用稱為Tablet Lens的透鏡，對(duì)稱為“偏心倍率色像差”的像差進(jìn)行了補(bǔ)償。這是因?yàn)椋喝绻�瞳孔位置與設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)位，就會(huì)產(chǎn)生偏心倍率色像差，RGB各色看上去就會(huì)偏移。另外，還以電子方式對(duì)光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的歪曲像差進(jìn)行了補(bǔ)償。在產(chǎn)生歪曲像差時(shí)，影像通常會(huì)出現(xiàn)失真。因此，此次采用了一種新的理念--事先在液晶面板上顯示與光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的失真相反的失真影像，使作為該影像的形式的光穿過光學(xué)系統(tǒng)，將希望得到的影像投射到瞳孔中。

　　另外，試制產(chǎn)品采用的Tablet Lens和柱面透鏡（Cylindrical Lens）由光學(xué)玻璃制成，而其它光學(xué)元件則采用了樹脂產(chǎn)品。