东京大学等组成的研究团队开发出了让在现实世界叠加数字影像的AR(增强现实)眼镜更轻更薄的技术。该技术利用控制光传播方向的衍射光学元件与透明导光板,即使头部转动,也能将投影仪投射的影像稳定显示在眼前。AR眼镜轻量化后,将减轻运动或长时间使用所导致的疲劳,有望获得更广泛的应用。

将控制光传播方向的衍射光学元件与透明导光板相结合,实现AR眼镜的轻量化
近年来,AR眼镜以及用于VR(虚拟现实)设备的VR护目镜和VR眼镜越来越受欢迎。将智能手机对准风景即可显示精灵的游戏《宝可梦GO》,便是AR技术的一种应用。微软的HoloLens以及Meta发布的Orion试作机型等,均为AR产品的实例。
然而,若将数字影像的光源或电池内置到眼镜中,便会导致重量增加。东京大学研究生院信息学环的伊藤勇太特任副教授(信息科学领域)介绍说,与重量通常低于50克的普通眼镜相比,当前的AR眼镜重量约为其2倍左右,因此在佩戴舒适度和性能提升方面存在瓶颈。研究团队认为,若应用投影技术从外部环境向眼镜投射影像,便可省去电池等电源设备,从而实现轻量化。
不过,从外部投影的方法存在头部移动时投影的影像会出现延迟、以及如果视线与正前方的角度偏移5度,就会出现影像消失的问题。针对这些问题,研究团队采用了可根据眼镜位置和朝向调整投影方向与焦距的球形标记物,并设计了一种能伴随标记物的移动调整透镜与反射镜角度的机制。

研究团队试作的AR眼镜(左)。以两个球体作为标记物,专用投影仪(右)会根据标记物的移动调整透镜与反射镜的角度,并投射影像。AR眼镜本体无需内置电池等部件。
此外,若眼镜太厚,佩戴舒适度会变差。伊藤特任副教授开发出一种以眼镜接收影像的衍射光学系统从侧面投射投影影像,能够将光高效传导至特定方向的透明导光板进行显示的技术。即使头部偏移20~30度,仍可看到影像。

虽然接收光线并从侧面投射影像的衍射光学系统部分还需要小型化,显示接收影像的导光板已经与普通眼镜薄度相当
伊藤勇太特任副教授表示,通过外部接收影像实现轻量化的薄型AR眼镜,“在外部环境中部署多台投影仪投射影像,可使现有AR眼镜因佩戴疲劳而难以长时间进行的、佩戴着眼镜开展活动的作业成为可能。”
具体而言,该技术可设想用于在工厂边查看操作指南边作业、健身时参照示范动作等进行锻炼、在美术馆等地如聆听语音导览般地一边观看解说一边鉴赏作品等用途。
本研究由大阪大学、位于东京都品川区的VR服务企业Cluster的元宇宙研究所以及英国伦敦大学学院(UCL)共同开展,并已在2025年3月召开的VR/AR国际学术会议“IEEE VR 2025”上发表。
原文:JST Science Portal 编辑部
翻译:JST客观日本编辑部
【相关链接】
东京大学新闻稿“无需电源的新一代AR显示技术”
通过试制AR眼镜观看外部环境传送影像的演示视频