vr眼镜的缺点-vr眼镜优缺点-眼镜缺点解决方案
本期关注：VR眼镜方案中的光学膜IDC 统计数据表明，2021 年全球 VR/AR 终端出货量为 1123 万台，且同比增长了 92.1%。在这之中，VR 头显设备的出货量达到了 1095 万台。预计在 2022 年，全球 VR 头显设备的出货量将达到 1573 万台，同比增长 43.6%。
其中运用了多种光学膜材，一套膜材，其大小约为 2 片 2 英寸显示屏那么大，市面上的价格大概在 20 到 100 元左右。尽管单平方的价格较为昂贵，但 1500 万套的话，目前大约有 100 亿左右的市场规模。当然，现在正处于初始阶段，随着更多应用场景的开发，或许将来会像手机一样普及。
VR 产业在不断发展，一些新兴技术逐渐涌现，我们会听到诸如“这到底是一个什么样的技术呢？”这样的新名词。今天我们就来了解一下。
首先，利用那些光学技术，其作用就是把眼睛前方的显示屏进行放大，使其能够清晰地被看到。接着可以使用放大镜，较为成熟的技术有以下这些：
非球面透镜
使用球面放大镜时，由于光线在不同介质的折射率存在偏差，从而导致聚焦不良。因此，对球面的弧线进行了改良，采用了非球面透镜。这是最传统的光路方式。很明显，这个镜片显得很厚重，并且显示效果也不佳。
菲涅尔透镜
工作原理为：假设一个透镜的折射能量仅在光学表面（例如透镜表面）发生，接着拿掉尽可能多的光学材料，同时保留表面的弯曲度。并且可以把菲涅尔透镜的每个凹槽都视为一个独立的小透镜，以此将光线调整成平行光或聚光。这种透镜还具备消除部分球形像差的能力。
以上有两种传统且成熟的工艺。然而，VR 业界对发展中的技术路线也持看好态度，其英文原意是小薄饼，在此处翻译为折叠光路。在这类工艺中，会用到许多光学膜行业的产品，如圆偏光片、线偏光片、1/4 相位延时片、半透半反的分束镜、反射型偏光片等。如果不是光学专业的朋友，要弄懂这些是很不容易的。
你要先学习一些基础知识。掌握了这些基础知识后，你才能够看懂一点光路。并且，这也只是入门普及的知识。
光的偏振
初中的物理知识涉及光的波粒二象性。光具有粒子性，同时光也具有波动性。
光既是一种电磁波，又是一类横波。从偏振性的角度去看，光能够被分为自然光，以及部分偏振光，还有偏振光，其中偏振光包含线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。
自然光包含大量彼此无关的线偏振光。这些线偏振光的振动方向各不相同，且没有优势振动方向取向。自然光相对于传播方向具有轴对称性。普通光源所发出的光均为自然光，例如阳光、烛光、钠灯光等。
部分偏振光相对于传播方向不呈轴对称性，而是有一个优越的振动方向。自然光经过反射后一般会变成部分偏振光，自然光经过折射后一般也会变成部分偏振光。自然光经过散射后一般也会变成部分偏振光。
偏振光显得有规律。线偏振光在观察时间内，光矢量大小会随时间变化，然而振动方向始终保持不变；圆偏振光的光矢量大小是固定的，但方向会随时间而改变，从（逆）着传播方向看矢量端点的轨迹是圆周，对于左旋圆偏光取正，对于右旋圆偏光取负。椭圆偏振光的道理与圆偏振光相近。光矢量的大小会随时间而改变，光矢量的方向也会随时间而改变。并且，矢量端点的轨迹呈现为椭圆。
偏光片
回到我们熟悉的显示行业，在光学薄膜产品中，偏光片是我们接触最多的。它利用碘系或染料系作为二向性介质，让 PVA 膜产生了极性化偏光。光线能够垂直于偏光片吸光轴方向通过，而平行于光轴的光线则会被吸收。
偏光片常见的结构如下：它是一个多层光学膜结构。在这个结构中，最主要的部分是 PVA 层。因为 PVA 怕水汽等问题，所以在其两面有 TAC 膜来保护 PVA 膜。目前，高端一点的产品，也会使用 COP 膜来替代 TAC 膜。因为需要贴合在液晶玻璃面上，所以要涂布一层丙烯酸类的压敏胶，这种压敏胶是 OCA 光学透明胶的原型。对于光电类产品，要防止在生产中出现划伤等问题，因此在最外面需要贴合一层保护膜，这层膜在完成组装后会被撕掉，不会随产品一起。
目前这个偏光片产业，膜类原料方面，几乎都由日本厂商掌控。其中，PVA 膜是日本厂商的；TAC 膜以及光学补偿膜也是日本厂商的；保护膜是日本的 Nitto 公司的；离型膜是日本的 Toray 公司的。膜看似简单，但国内在技术水平方面存在较大差距。国内没有光学 PET，洁净度也达不到要求，精密涂布设备也缺失。国内涉足该领域的几家企业，像世华洁美等，基本上都得使用更上游的日本设备和原料。国内的上市公司，像胜波三利谱等，它们拿的是日本的膜材，进行拉伸和贴合的操作，所拥有的核心技术并不多。那些号称加工偏光片的模切厂，比如锦富冠石等，虽不是仅仅进行简单的切割，但技术含量也不是很高。因此，在高端的光学膜材方面，仍然存在很多被“卡脖子”的情况，中国业界的朋友们仍需继续努力。
QWP，1/4相位延迟片,Wave Plate
传统的 LCD 显示屏与之不同，OLED 屏采用的是圆偏振片。因为 OLED 使用的线路是金属的，像铝、银等，所以其表面会反射光线。当显示屏处于环境亮度高的情况下，会出现显示对比度降低且线路可见的情况。圆偏振片是在 LCD 用的线偏振片上添加了一层 1/4 相位延迟片。如下图所示，圆偏光片是 1/4 相位延迟片和线偏光片的组合。
这个 1/4 相位延迟片会在 OLED 显示中被使用，并且在 VR 显示光路上也会被单独拿出来使用。如下图示：入射的自然光 light 经过偏光片后变为线偏振光。此线偏振光再通过 QWP1/4 波片后，变成右旋圆偏振光。右旋圆偏振光在 OLED 面反射后，变成左旋圆偏振光。左旋圆偏振光第二次通过 QWP 后，相位延迟了 1/2，这相当于偏振方向改变了 90 度，从而无法穿透偏光片。所以人眼不容易看到 OLED 上的线路反射出来的印记。而OLED屏上出来的光，不受大的影响。
波片，又叫做相位延迟器。它具备这样的作用，能够让偏振光的两个相互垂直的线偏振光之间产生相位延迟。通过这种方式，可以改变光的偏振态，然而光的强度却不会发生改变。入射光必须要是偏振光，倘若入射光为自然光，那么透过之后依然是自然光。
目前这类产品，在市场上仅有日本的 Zeon 瑞翁能够提供，国内尚处于研究阶段。COP 聚烯烃膜的成膜工艺设备，与传统的 MDTD 横向纵向拉伸不同，是按照一定角度进行拉伸的。其使用的 COP 粒子，基本上也只有日本的 Zeon、三井、住友等公司能够提供。
反射型偏光片，RP，
因为光具有偏振性，所以在某些情况下会用 S 光和 P 光来表示不同的偏振方向。S 和 P 分别是两个德语单词的首字母，这两个德语单词分别是和。由此可知，S 表示垂直偏振光，P 表示平行偏振光。而在 VR 领域中使用的 RP 也是利用了光的偏振性。
在 VR 领域，3M 不将这个拳头产品称作 HARP（多层聚合物偏振片），然而它的工作原理与他们现有的成熟产品 DBEF 有相似之处。
很多显示领域的朋友都体验过 DBEF 双层增亮膜。这种增亮膜用在背光中，能够显著增加显示屏的亮度，同时还能起到节省电量等作用。
DBEF 实际上是一个偏光片。背光源的光包括 P 偏振光和 S 偏振光。如果不使用 DBEF，光直接通过液晶 cell，就会有 50%的亮度损失，原因是 S 偏振光不能透过液晶的下偏光片。而 DBEF 能使 P 光透过，同时反射 S 光，让 S 光反射回背光后再次变成 P 和 S 光入射过来，并且持续来回反复，这样就能尽可能地将原本不能透过的 S 光变成 P 光，从而增加了光的利用率。
3M 的增亮膜是一个品牌。普通的一张这种膜大约 0.12mm 厚。它里面覆合了大约 700 多层薄膜。要注意，这里说的是 700 多层。每层能控制不同方向的光线折射率等性能。当光线经过折射率不同的介质表面时，会出现折射和反射现象。当膜厚为波长的 1/4 时，其反射最强。DBEF 膜是依据这样的原理来制作的。多层纳级薄膜在 X 方向和 Y 方向的折射率不一样。当偏振方向沿着 X 方向时，反射比较弱，能够正常通过。而当偏振方向沿着 Y 方向时，因为光线不断穿过介质界面，所以会有很多光线反射回来。
这个多层聚合物偏振片的使用，能够对光线进行有选择的反射和投射。类似的方案中，有日本旭化成的 WGF 膜以及金属色线栅偏振膜。
BS，Beam ，分光镜，半透半反镜
说实话，目前小编不清楚如何制作这类结构的薄膜。3M 有与之类似的产品，并且业界也有在棱镜表面蚀刻光栅的方案，尝试用此方案来替代这个膜。
从 3M 公司生产的 PBS 膜方面来看，膜的厚度不足 0.1mm，这种膜内的微观结构具备以下性能。对于不同偏振方向的光线，其透过率存在着巨大的差异。
最后，我们有了前面的储备知识后，来看的光路图：
显示屏通常使用 OLED 屏，这种屏上使用了圆偏光片。如果是 LCD 屏，就可以再加一层 QWP。因此会发出右旋偏振光，该光经过 BS 膜后，光的强度会损失 50%，但偏振态保持不变。
2，通过QWP，右旋圆偏振光变成了P线偏振光；
3，P光在RP膜面上反射，不能通过；
4，P光再次过QWP，变回右旋偏振光；
右偏振光在 BS 膜被反射回来。它经历了两次相位的变化。之后变成了左旋圆偏振光。
6，第三次通过QWP，左旋偏振光变成S线偏振光；
7，S线偏振光可以通过RP膜，进入人眼。
在实际设计里，或许会在人眼前再添加一面凸透镜。经过这样多次的反射和折射进行放大之后，就能够获得很好的显示效果。
AR 玻璃是 Anti-玻璃，AR 高透减反射玻璃属于高透玻璃，同时也是增透玻璃。广告机用的高透玻璃是无反射玻璃，它属于减反射玻璃。还有润眼玻璃，它是显示屏保护玻璃，也是低反射玻璃。
AR 高透减反玻璃，也被称作增透射玻璃或减反射玻璃。它是一种对玻璃表面进行特殊处理的玻璃。这种处理的原理是把优质玻璃的单面或者双面进行工艺上的处理。
AR 高透减反玻璃的透过率很高，且反射率很低。其透过率在某一峰值时能够达到 99%，而反射率方面。
AR玻璃的优点
可见光的透过率有一个高峰值为 99%，并且可见光的平均透过率超过了 95%，这使得 LCD 得到了大幅的提高。
PDP原有亮度，降低了能耗。
平均反射率低于 4%，其中低值小于 0.5%，能够有效削弱因背后强光而致使画面发生变化的情况。
白之缺憾，享受更清晰的影像画质。
3、色彩更艳丽、对比更强使图像色彩对比更强烈，景物更清晰。
抗紫外线，能使眼睛紫外线光谱区的透过率大幅降低，从而可以有效地阻止紫外线对眼睛造成伤害。
耐高温 AR 玻璃的耐温超过 500 度，而一般的压克力只能耐温 80 度。
6、防刮耐磨性佳
AR 玻璃膜层的硬度与玻璃是相当的，其硬度大于 7H。一般来说，PC 板的硬度大约在 2H 至 3H 之间。
7、可耐各种清洁剂清洗耐酸、碱清洗剂之擦拭，膜层不受损坏。
8、抗冲击性强3mm厚度玻璃的冲击性能相当于6mm压克力。
https://img2.baidu.com/it/u=3794496271,3380934800&fm=253&fmt=JPEG&app=138&f=JPEG?w=500&h=649
保持视角时，一般情况下压克力在安装后，其视角会变小；而 AR 玻璃装上后，其视角不会变小。
10、外观
AR 玻璃的表面平整度比镀膜压克力好很多。尺寸越大时，两者在表面平整度上的差异就越明显。
AR 玻璃冷热变形几乎可以忽略不计，它适用于各种环境；并且，AR 玻璃带有琉璃感，其外观更为漂亮。
主要应用
一般的液晶显示器和液晶电视前面没有加前档玻璃。其表面容易被划伤破坏，而且视角较小。加装一种 AR 玻璃后，这些缺点能够被克服。这种 AR 玻璃主要用于显示器件保护屏，像 LCD 电视、PDP 电视、手提电脑、台式电脑显示屏、高档仪表面板、触摸屏、相框玻璃等电子产品，可提高透射率并降低反射率。
AR 高透减反玻璃，也被称作增透射玻璃或减反射玻璃。它是一种对玻璃表面进行特殊处理的玻璃。这种处理是将优质玻璃的单面或双面进行工艺加工。AR 高透减反玻璃具备很高的透过率以及很低的反射率。在某一峰值时，透过率能够达到 99%，而反射率则……
AR玻璃的优点
1、可见光透过率高峰值99%可见光平均透过率超过95％，大幅提高LCD、
PDP原有亮度，降低了能耗。
平均反射率是低于 4%的，其中低值还小于 0.5%，它能够有效地削弱因背后有强光而致使画面发生变化的情况。
白之缺憾，享受更清晰的影像画质。
3、色彩更艳丽、对比更强使图像色彩对比更强烈，景物更清晰。
4、抗紫外线，有效保护眼睛紫外线光谱区透过率大幅降低，可有效阻绝紫外线对眼睛之伤害。
5、耐高温AR玻璃耐温>500度(一般压克力只能耐温80度)
6、防刮耐磨性***佳
AR玻璃膜层硬度与玻璃相当,大于7H，（一般PC板硬度约为2H至3H）。
7、可耐各种清洁剂清洗耐酸、碱清洗剂之擦拭，膜层不受损坏。
8、抗冲击性强3mm厚度玻璃的冲击性能相当于6mm压克力。
9、保持视角一般压克力在安装后，视角会变小；而AR玻璃装上后，视角不会变小。
10、外观
AR玻璃表面平整度远远优于镀膜压克力，并且尺寸越大，相差越明显。
11、AR玻璃冷热变形几乎可以省略不计，适用于各类环境；同时，AR玻璃具有琉璃感，外观更漂亮
主要应用
一般的液晶显示器和液晶电视前面没有加前档玻璃。表面容易被划伤破坏，并且视角小。加装上一种AR玻璃后，这些缺点会被克服掉。主要用于显示器件保护屏如LCD电视、PDP电视、手提电脑、台式电脑显示屏、高档仪表面板、触摸屏、相框玻璃等提高透射率降低反射率的电子产品。
1、基本概念：
减反射玻璃(AR)也称增透玻璃。AR 玻璃采用了光学薄膜干涉原理。它通过真空磁控反应溅射先进工艺，在玻璃基板上镀制了一定膜系结构的纳米光学多层膜。这样一来，玻璃的可见光透过率从 89％提升到了 98％以上，表面反射光从 8％下降到了 1％以下。在外部强光环境下，它能够高透且无反射，起到防眩光的作用。同时，还大幅度提高了平板显示器在强光环境中的对比度和清晰度，并且部分提高了显示器的亮度，具备高清润眼功能。
2、产品应用：
主要用于保护一些功能玻璃，比如 LCD 电视的显示器件、PDP 电视的显示器件、手提电脑的显示器件、台式电脑的显示器件、户外显示屏的显示器件、医疗仪器的显示器件、摄像机的显示器件、展示厨窗玻璃、军事用显示面板等。
3、膜层结构:
A. 单面AR（双层）GLASS\TIO2\SIO2
B. 这种材料是双面的 AR 结构，由四层组成，分别是 SIO2、TIO2、GLASS、TIO2、SIO2。
C. 多层AR（可根据客户要求定制）
透射率从普通玻璃的 88%左右提升到了 95%以上，有的甚至可达 99.5%，并且透射率与玻璃的厚度及选材也有一定的关联。
反射率从普通玻璃的 8%降低到 2%以下，甚至可以达到 0.2%。这样就能够有效地削弱因为背后有强光而导致画面变白的缺陷，从而让人们可以享受到更加清晰的影像品质。
6、降低紫外线光谱穿透率
7、优良的耐刮性，硬度 >= 7H
优良的耐环境性能表现为：经过耐酸测试，膜层无明显变化；经过耐碱测试，膜层无明显变化；经过耐溶剂测试，膜层无明显变化；经过温度循环测试，膜层无明显变化；经过高温测试，膜层无明显变化。
高透减反射玻璃 也叫AR玻璃 分单面AR玻璃和双面AR玻璃
一．光学薄膜的原理及应用
简单地说，整个光学薄膜的物理依据就是光的干涉。
所谓光学薄膜，首先要薄，然后要产生一定的光学效应。
“薄”的程度：
A）定性描述，光学薄膜的厚度要和入射光波长可以相比拟。
B）物理意义：能够产生干涉现象的膜层。
薄膜光学属于物理光学的一个重要分支。它所研究的对象包含膜层对光的反射、透射、吸收等方面，同时也涉及位相特性以及偏振特性等。
光在通过分层媒质时，不同界面的反射光和透射光会在光的入射及反射方向上产生干涉现象。利用这种干涉现象，我们可以通过改变材料及其厚度等特性，来人为地控制光的干涉。并且根据需要，能够实现光能的重新分配。
光学薄膜可以分为两大类：
A）光学薄膜：光横穿过薄膜进行传播。
B）薄膜波导：光沿着平行薄膜界面的方向在薄膜内传播。
光学薄膜在光学系统中的作用：
A）提高光学效率、减少杂光，如减反膜（增透膜），高反膜等。
实现对光束的调整或再分配，例如使用分束膜、分色膜、偏振分光膜等。
通过波长的选择性透过来提高系统的信噪比。例如窄带滤光片、带通滤光片，还有长波通滤光片以及短波通滤光片。
D）实现一些特殊功能，如ITO透明导电膜，保护膜等。
与光学薄膜技术有关的产业：
A）镀膜眼镜
B）幕墙玻璃
C）滤光片
D）光学镜头
E）ITO膜
F）车灯、冷光镜、舞台灯光滤光片
G）激光系统
H）光通信器件
I）投影显示
J）机器视觉
二．光学薄膜的分类
1.减反射膜，也叫增透膜（AR）
l增透膜的作用：
A）增加光学系统的透过率
B）减少杂散光
C）增加作用距离
D）提高像质
l增透膜的类型：
A）单点减反
B）宽波段减反
C）双波段减反
D）宽角度减反
应用举例1：氟化镁减反膜
在510nm时，反射率为1.26%。
https://img0.baidu.com/it/u=977515380,2264110844&fm=253&fmt=JPEG&app=138&f=JPEG?w=500&h=685
该减反膜在 510nm 时是 1/4 波片，在 700nm 时是 0.725 的 1/4 波片，在 400nm 时是 1.275 的 1/4 波片。
应用举例2：双层减反膜
用两种材料可以将反射率降到更低（接近0）。
应用举例3：增加半波层的减反膜
在两层设计之间加入一个半波片，膜层的反射率不会被改变。同时，可以将波长带宽加大。
比如上图中加入的是折射率2.15的ZrO2。
l增透膜的主要指标：
A）使用波段
B）使用的角度或角度范围
C）剩余反射率要求
D）使用环境
E）在激光领域还有低吸收、激光阈值等要求
2.分束膜
通常情况下，分束膜是倾斜使用的。常用的 45 度分束膜有两种，一种是中性分束膜，也就是消偏振的 NPBS；另一种是偏振分束膜，即 PBS。
中性分束镜分为平板型和棱镜型。通常情况下，PBS 会采用棱镜型。而平板型存在像散问题，所以一般只在对光学装置要求中低的情况下使用。
分束膜根据镀膜材料，可以分为金属分束镜和介质分束镜。
l金属分束镜的优点：
A）中性好
B）光谱范围宽
C）偏振效应小
D）制作简单
l金属分束镜的缺点：
A）吸收大
B）激光阈值低
l介质分束镜的优点：
A）吸收小，几乎可以忽略
l介质分束镜的缺点：
A）光谱范围窄
B）偏振分离明显
C）角度效应明显
3.反射膜
反射膜在光学系统中的应用同样重要。
纯金属反射膜：能够满足大部分光学仪器反射系统的要求。
全介质反射膜能够拥有最大的反射率，同时具有最小的吸收率。正因如此，它在激光系统以及高要求的光学系统里有着较为广泛的应用。
3.1金属反射膜
金属膜材料的选择原则：
使用波段
反射率指标
使用环境
制作成本
常用的金属膜反射材料有Al、Au、Ag、Pt、Cu等。
Al，最常用，紫外、可见、红外均可用。
Ag，反射率最高，但稳定性差。
Au，红外常用，稳定性好。
Pt，性能稳定坚固。
3.2全介质反射膜
理论上而言，只要增加膜系的层数，反射率就能够无限地接近于 100%。然而，实际上，由于膜层存在吸收和散射的情况，当膜层达到一定层数之后继续加镀，反射率便不再提高。甚至还会因为吸收和散射的增加，导致反射率出现下降的情况。
4.滤光膜
通常把能改变光束性质或者颜色的膜称作滤光膜，其中比较常见的有干涉截止滤光片以及带通滤光片。
4.1干涉截止滤光片
干涉截止滤光片有这样的要求，即某一波长范围的光束能够高透，而偏离该波段的光束则要截止。
典型的截止滤光片包含短通滤光片和长通滤光片。短通滤光片只允许短波光通过，长通滤光片只允许长波光通过。它们都是多层介质膜，具有由高折射率层和低折射率层交替构成的周期性结构。
干涉截止滤光片的几个重要指标：
透射曲线开始上升时的波长，以及此曲线上升的许可斜率；透射曲线开始下降时的波长，以及此曲线下降的许可斜率。
高透射带在此透射率带内许可的最小透射率。
l 有一个反射带（抑制带），它的透射率较低。这个反射带的光谱宽度是多少呢？同时，在这个光谱宽度范围内，所允许的最大透射率又是多少呢？
4.2带通滤光片
光谱特性曲线的透射带两侧为截止区的滤光片称为带通滤光片。
带通滤光片是一类重要的光学薄膜元件。它在化学领域得到了广泛应用。它在光谱学领域得到了广泛应用。它在激光领域得到了广泛应用。它在天文物理领域得到了广泛应用。它在光纤通信领域得到了广泛应用。它在生物学领域得到了广泛应用。
带通滤光片是用光波干涉原理制备的。其光谱曲线如下图所示。在图中，波长λ0附近的光谱透射区被称为滤光片的通带。通常，通带的两侧是截止区。并且，截止区的周围可能存在旁通带。通常需要用有色玻璃、吸收膜或截止滤光片来消除旁通带。
l带通滤光片的主要特性参数有：
①λ0：中心波长，也称为峰值波长；
②Tmax：λ0处透射率；
③2Δλ0.5 指的是半宽度，也就是透射峰达到峰值一半时通带的波长宽度。
十进宽度指的是透射峰为峰值 10%处通带的波长宽度，即 2Δλ0.1
2Δλ0.1 与 2Δλ0.5 的比值为波形系数，此波形系数能够表征通带矩形化的程度。
⑥2Δλ0.5/λ0：相对半宽度，有时记为HW；
⑦Tmin：抑制带最小透射率，即背景透射率；
⑧Tmin/Tmax：抑制率；
⑨λ3-λ4：长波截止范围；
⑩λ1-λ2：：短波截止范围。
带通滤光片可根据光谱特性分为窄带滤光片和宽带滤光片。然而，这种划分并无明确界限。一般来说，相对半宽度不小于 20%的滤光片会被称作宽带滤光片。
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