Jaké jsou klíčové parametry vzdálenosti k definování v optice brýlí pro AR?

Dnes si proberme klíčové parametry vzdálenosti v rámci optických systémů AR brýlí a logiku jejich definic.

Zaprvé je tu parametr, který – přísně vzato – sám o sobě není 'vzdálenost', ale téměř všechny ostatní parametry vzdálenosti jsou s ním vnitřně spojeny: velikost 'očnice' Již dříve jsme se zabývali konceptem očního boxu a tím, jak jeho rozměry ovlivňují výkon displeje.

Zde nejprve definujeme rozměry Eyeboxu jako 12×10 mm.

První klíčový parametr vzdálenosti je znám jako 'Eye Relief' (dále jen ER). Jak název napovídá, odkazuje na vzdálenost mezi lidským okem a povrchem vlnovodu. Tento parametr představuje ideální polohu lidského oka vzhledem k vlnovodu – hodnota, která musí být zohledněna během fáze simulace návrhu vlnovodu i procesu průmyslového návrhu (ID) brýlí.

Obecně řečeno, velikost EB (výstupního svazku/zornice), kterou definujeme, je založena na pevném ER (reliéf očí). Pokud například definujeme velikost EB 12×10 mm za předpokladu ER 14 mm, vyvstane klíčový bod: když uživatel nosí zařízení a jeho skutečná ER překročí návrhovou ER, efektivní velikost EB se zmenšuje – a naopak, pokud je skutečná ER menší než návrhová ER, efektivní velikost EB se zvětší.

Druhým důležitým parametrem vzdálenosti je vzdálenost zornic (PD) – vzdálenost mezi středy levé a pravé zornice. Podle empirických údajů v oboru optometrie spadá PD u velké většiny populace do rozmezí 58–72 mm. Podobně jako u vrcholové vzdálenosti (vzdálenost mezi čočkou a okem) je během procesu návrhu vybrána jako 'ideální' hodnota konkrétní PD; vzhledem k tomu, že 64 mm je středem rozsahu 58–72 mm, je obvykle stanovena jako výchozí PD.

Na základě definice Exit Box (EB) – kde je lidské oko umístěno ve středu – pokud zornice zůstanou v hranicích EB, bude viditelný celý obraz. V důsledku toho je kompatibilní rozsah PD pro binokulární AR displej definován jako navržená ideální PD ± horizontální rozměr EB.

Třetím parametrem kritické vzdálenosti je horizontální/vertikální oddělení mezi středem vstupní mřížky a středem výstupní pupily (EP). To lze také chápat jako délku dráhy, kterou světlo – emitované z optického motoru a připojené do vlnovodu přes vstupní mřížku – prochází vlnovodem.

Větší horizontální vzdálenost mezi středem vstupní mřížky a středem EP má za následek delší dráhu šíření světla ve vlnovodu, takže je stále obtížnější udržet jak optickou účinnost, tak rovnoměrnost. Protože je však optický motor typicky umístěn v oblastech koncovek na obou stranách předního rámu – což znamená, že jeho umístění je spojeno s celkovou šířkou brýlí – a protože střed EB (výstupní pupily) je určen vzdáleností mezi oční koulí (IPD) a je v podstatě pevný, je rozsah pro nastavení této vzdálenosti značně omezený. V konvenčních konstrukcích brýlí spadá šířka rámu obecně do určitého rozsahu; v důsledku toho tato vzdálenost obvykle měří mezi 30 mm a 40 mm (ačkoli se to může lišit pro návrhy využívající konfigurace vlnovodu 'jedna ku dvěma'.

Dalším faktorem je vertikální vzdálenost mezi středem in-coupling a středem EB (výstupní pupily). Definice K-vektoru v optickém designu silně závisí na této vzdálenosti; jinými slovy, specifická logika použitá k definování této vertikální vzdálenosti – například to, zda je střed EB umístěn nad středem in-coupling, na stejné úrovni nebo pod ním — přímo ovlivňuje výběr optické architektury. Neexistuje žádný pevný závěr ohledně tohoto efektu – například představa, že umístění výstupního bodu výše je pro design vždy lepší – protože to závisí na konkrétním schématu návrhu; proto to nebudu dále rozvádět.

Výše uvedené pokrývá tři klíčové parametry vzdálenosti v definici optických systémů pro brýle AR. Je jasné, že definici a návrh optických specifikací nelze oddělit od průmyslového designu (ID). Ve většině případů existuje přirozený kompromis mezi optickým výkonem a estetickou přitažlivostí: parametry, které zlepšují optické metriky, nemusí odpovídat požadavkům ID, zatímco nadměrné zaměření na cíle ID může vážně omezit proces optického návrhu.

V důsledku toho kritický aspekt definice produktu spočívá v nalezení optimální rovnováhy – „nejlépe vyhovujícího“ řešení – mezi ID a optickým výkonem, čímž se vytvoří jedinečná, odlišená identita produktu.