谷歌眼镜原理揭秘 (二) ----- 简述谷歌眼镜成像原理

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前言

这是该谷歌眼镜系列的第二篇博文，本篇博文基于前一篇的基础之上，故在此不会再对各种光学仪器原理进行赘述。
附上第一篇博文链接，在里面记录有各种光学仪器的原理功能等：
《谷歌眼镜原理揭秘 (一) ----- 介绍一下基本的光学仪器》

本文基于网上的公开资料进行整理归纳，包括但不限于知乎、知网等。

开始

一、首先介绍HUD

1. HUD是啥？
   HUD(Head Up Display)，抬头显示器。最初出现在军用飞机上。
   
   HUD是一种利用光学反射原理，将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面的技术。
   后来这项技术也发展到了汽车上面，用于将速度等信息投射在前挡风玻璃上。
   附图：
   
   可以看到，其原理是：在驾驶员前方，有一套成像系统。其中最重要的就是，一个投影仪、光学仪器所构成的光路。
   原理：投影仪将需要显示的图像投影出来，投影出来的光经过这条光路的不断反射传播，最后在前挡风玻璃上形成像，然后再反射进人眼。
2. 为什么要介绍HUD？
   介绍HUD的目的在于说明，当其与眼镜结合在一起时，谷歌眼镜就诞生了。
   所以，谷歌眼镜的原理和战机、汽车上面用的HUD技术原理是一致的，接下来展示谷歌眼镜的原理时大家就可以很好理解了。

二、谷歌眼镜实物照

说明图：

拆解后：

上图是谷歌眼镜的核心部分，其中明显可以看到有摄像头模块、分光棱镜，以及隐藏在二维码正下方的微型显示屏和一些必要的透镜结构等。

附上一张图：

三、结构说明

由于我并没有在网上找到完全可信的谷歌眼镜结构爆炸图，所以我在这不对谷歌眼镜内部真实的成像结构进行讲解，而是针对其申请的一项专利进行探究，但我相信其根本的成像原理是没有太大区别的。

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这是我找到的一副相对来说较为完整的原理示意图，大家可以看到这里面有很多部件，现将比较重要的部件进行介绍（从左往右）：
107-镜片；125-显示器；113-分光棱镜；105-光道；112-分光棱镜；120-人眼；118-前方景像；114+116-光反射结构。

所以为了更加简明地讲解其大概的工作原理，我将上图划分为三个区域：

1. ①区（红）：这里的结构包括微型显示屏、分光棱镜、以及一些其他的透镜；
2. ②区（绿）：这里就是光道了，上图中的光道中放置着是一个凹透镜。若是为了将光线转变为平行光，我们自己设计光路的时候，可以替换为凸透镜；
3. ③区（蓝）：这里就是显示部分了，分光棱镜将显示器的光与前方景物的光汇聚在一起投射进眼镜。

四、原理简述

1. 首先看红框内，128-显示器发出的光透过113-分光棱镜照射到107-镜片上，然后经镜片反射，再经分光棱镜反射；
2. 接下来光线就通过绿框的105-光道进行传播；
3. 到了蓝框，光线先透射过112-分光棱镜，照射到114+116-光反射结构上，随后光线反射回分光棱镜，最后再反射进人眼。此时118-前方景像的光线也会通过分光棱镜透射进入人眼。最后这两股光线就同时被人眼接收了。谷歌眼镜原理大致如此。

其实看到这里，有的朋友会对产生一些疑问，例如为什么谷歌眼镜中112-分光棱镜的朝向是那样的呢？通过105-光道的光还要先透射再反射？而不是如下图所示，直接反射进人眼。

诸如此类问题，我觉得我们大可不必深究，将其原理弄懂就行。当我们自己设计AR眼镜结构的时候，我们直接采用上图所示方案都是可以的。