什么是双晶光学设计，又有什么优点和缺点

OSVR项目最初于CES 2015大会宣布，其包括开源的HDK头显，以及旨在支持一系列头显，外设和游戏引擎的SDK，并允许开发者社区自由修改和重新分销。与雷蛇一同领衔OSVR计划的Sensics对HDK头显的开发扮演了重要的角色。日前，Sensics首席执行官犹瓦·博格尔（Yuval Boger）与RoadtoVR一同撰文介绍了这款设备与大多数VR消费者头显的不同之处：双晶（Dual-Element）光学组件。下面是映维网的具体整理：

当OSVR HDK于上月亮相时，设备受到大量好评的一点是光学元件：边缘清晰，无需预先扭曲。由于OSVR是一个开源项目，而且HDK将提供完整的制造文档下载，所以如果你有兴趣，我会向你介绍Sensics是如何设计头显的光学元件。

这有何紧要呢？下面请看看这个对比图：

用iPhone 4拍摄的测试图：左边是双晶光学设计；右边是单晶光学设计

我们在几个月前拿到了第一批HDK光学透镜，并拍摄了上面的图片。我在网上找到了一个测试图，并使用与HDK头显一样的5.5英寸显示器进行显示。然后我用iPhone 4拍摄了两张照片。左边是HDK的双晶光学设计，右边则是常见的单晶光学设计。我尝试为两种设计拍摄最佳的图片。这是一种科学的精确比较吗？可能不是，但它非常有说服力。

如你所见，左右两张照片的中心位置都十分清晰。但如果你留意图片边缘，双晶光学元件依然清晰可见，但单晶光学元件则模糊不清。请比较“Gmail”一词，左边图片相对清晰易读，而右边则相当模糊。

对于右边的图片，你同时可以发现颜色散开的情况。你可以开始看到红色，绿色和蓝色之间的分离。左侧图像的颜色保持不变。最后，如果你留意一下测试图的三根竖列（左图右半部分），你可以看到它们相当笔直，右图则显得蜿蜒不整。

简而言之，单晶设计会呈现模糊，色散和几何失真的图像，但双晶设计的问题则较少。HDK头显中的双晶设计是否完美呢？Sensics已经做到最好了吗？它是否就能优于所有其他的设计呢？当然不是。只能说它是一种好设计，扎实的工程努力。下面我们来看看令双晶设计由于单晶设计的地方。

当我们开始着手设计光学的时候，我们探究了具体的要求。我们的目标视场是多少？屏幕大小是多少？可以使用的材料是什么？重量可以是多少？成本方面的限制如何？我们希望能够达到的适眼距范围是多少？视窗（以最佳视点为中心，不会显著降低图像质量的眼睛可移动范围）是多少？我们是否允许非球面光学？光学元件的宽度和深度又如何？等等等等。

这是我们的约束条件，而所有设计都需要面临它们的挑战。但是，不同设计之间的约束有所不同，例如有些汽车是以里程作为重点考虑，其他则是以启动加速度为核心。所以，没有单个设计可以解决所有的光学问题。

通常来说，头显的光学元件都有一系列的约束条件。你一般不希望将玻璃作为原料，因为玻璃比塑料重。透镜直径和尺寸存在限制，因为你希望将其用于双目设置中。你不希望它们的成本太高，因为你正在瞄准特定的价位。当你把约束条件交给设计师时，设计项目就可以马上开始。

光学透镜有两面。两面的精确曲率可以不同。两个透镜则意味着四个表面，而五个镜头则是十个表面。更多的表面意味着更多的自由度，更多的自由度意味着你可以满足更多的约束条件。所以，光学元件越多通常意味着可以产生更好的图像。对于OSVR头显，更好意味着更清晰，更少失真，更少色差。

这几乎就像是曲线拟合：你可以尝试将多项式（如y = a + b * x + c * x ^ 2 + d * x ^ 3 + …）拟合到（x，y）点的集合。可以使用的参数越多，拟合度就越好。如果曲线只是“y = a”，事情就会变得棘手。如果可以使用“y = a + b * x”，拟合度就会更好。如果是“y = a + b * x + c * x ^ 2”，拟合度则又会提升一个台阶。

我们认为单晶光学设计难以很好地满足我们的约束条件，所以我们决定采用双晶光学，从而为我们的设计师提供更多的灵活度。

对于上图，屏幕位于右边，眼睛瞳孔则在左边。两个透镜在中间：直径是32毫米的透镜靠近眼睛，直径是43毫米的另一透镜则靠近屏幕。请留意右侧透镜的左表面轮廓。这样设计是为了优化图像质量。

下面是3D示例图：

两个透镜均由光学级别的塑料制成。较小的透镜采用了名为Zeonex F52R的材料，较大的透镜则是聚苯乙烯。市场存在数百种类型的光学级别玻璃，光学级别的塑料则数量稀少。但塑料更轻，有时成本更低。

为什么其他厂商不尝试双晶设计呢？因为其他厂商可能着眼于不同的约束条件。例如，双晶光学元件的制造成本大约是单晶光学元件的两倍。双晶光学元件比单晶光学元件更重。基于双晶光学元件的目镜可以更好地控制颜色和几何失真，但你可以通过GPU来校正颜色和几何失真（但我不确定你可以通过GPU来校正模糊度）。所以对于OSVR HDK的设计，我们有我们自己的专注点，所以我们选择了双晶设计。

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