Was sind die wichtigsten Abstandsparameter, die in der Optik von AR-Brillen definiert werden müssen?

Lassen Sie uns heute die wichtigsten Abstandsparameter innerhalb der optischen Systeme von AR-Brillen und die Logik hinter ihren Definitionen besprechen.

Erstens gibt es einen Parameter, der genau genommen kein „Abstand“ selbst ist, mit dem jedoch fast alle anderen Abstandsparameter untrennbar verbunden sind: die Größe der „Eyebox“. Wir haben uns zuvor mit dem Konzept der Eyebox und der Frage, wie sich ihre Abmessungen auf die Anzeigeleistung auswirken, befasst.

Hier definieren wir zunächst die Eyebox-Abmessungen als 12×10 mm.

Der erste wichtige Abstandsparameter ist als „Augenabstand“ (im Folgenden als ER bezeichnet) bekannt. Wie der Name schon sagt, bezieht es sich auf den Abstand zwischen dem menschlichen Auge und der Oberfläche des Wellenleiters. Dieser Parameter stellt die ideale Positionierung des menschlichen Auges relativ zum Wellenleiter dar – ein Wert, der sowohl während der Simulationsphase des Wellenleiterdesigns als auch beim Industriedesignprozess (ID) für die Brille berücksichtigt werden muss.

Im Allgemeinen basiert die von uns definierte EB-Größe (Austrittsstrahl/Pupille) auf einem festen ER (Augenabstand). Wenn wir zum Beispiel eine EB-Größe von 12×10 mm unter der Annahme eines ER von 14 mm definieren, ergibt sich ein entscheidender Punkt: Wenn ein Benutzer das Gerät trägt und sein tatsächlicher ER den Design-ER überschreitet, nimmt die effektive EB-Größe ab – und umgekehrt, wenn der tatsächliche ER kleiner als der Design-ER ist, erhöht sich die effektive EB-Größe.

Der zweite wichtige Abstandsparameter ist der Pupillenabstand (PD) – der Abstand zwischen den Mittelpunkten der linken und rechten Pupille. Empirischen Daten in der Optometriebranche zufolge liegt der PD für die überwiegende Mehrheit der Bevölkerung im Bereich von 58–72 mm. Ähnlich wie beim Scheitelabstand (dem Abstand zwischen Linse und Auge) wird während des Designprozesses ein bestimmter PD als „idealer“ Wert ausgewählt; Da 64 mm der Mittelpunkt des Bereichs von 58–72 mm ist, wird er normalerweise als Standard-PD festgelegt.

Basierend auf der Definition der Exit Box (EB), bei der sich das menschliche Auge in der Mitte befindet, ist das gesamte Bild sichtbar, solange die Pupillen innerhalb der Grenzen der EB bleiben. Folglich ist der kompatible PD-Bereich für eine binokulare AR-Anzeige als der entworfene ideale PD ± der horizontalen Abmessung des EB definiert.

Der dritte kritische Abstandsparameter ist der horizontale/vertikale Abstand zwischen der Mitte des Eingangsgitters und der Mitte der Austrittspupille (EP). Dies kann auch als die Weglänge verstanden werden, die das von der optischen Maschine emittierte und über das Eingangsgitter in den Wellenleiter eingekoppelte Licht innerhalb des Wellenleiters zurücklegt.

Ein größerer horizontaler Abstand zwischen der Eingangsgittermitte und der EP-Mitte führt zu einem längeren Ausbreitungsweg für das Licht innerhalb des Wellenleiters, wodurch es immer schwieriger wird, sowohl die optische Effizienz als auch die Gleichmäßigkeit aufrechtzuerhalten. Da die optische Einheit jedoch typischerweise innerhalb der Endstückbereiche auf beiden Seiten des Vorderrahmens positioniert ist – was bedeutet, dass ihre Position mit der Gesamtbreite der Brille verknüpft ist – und da die EB-Mitte (Austrittspupille) durch den Pupillenabstand (IPD) bestimmt wird und im Wesentlichen fest ist, ist der Spielraum für die Anpassung dieses Abstands recht begrenzt. Bei herkömmlichen Brillendesigns liegt die Rahmenbreite im Allgemeinen in einem bestimmten Bereich; Folglich beträgt dieser Abstand typischerweise zwischen 30 mm und 40 mm (obwohl dies bei Designs, die „Eins-zu-Zwei“-Wellenleiterkonfigurationen verwenden, abweichen kann).

Ein weiterer Faktor ist der vertikale Abstand zwischen dem Einkopplungszentrum und dem EB-Zentrum (Austrittspupille). Die Definition des K-Vektors im optischen Design hängt stark von diesem Abstand ab; Mit anderen Worten: Die spezifische Logik, die zum Definieren dieses vertikalen Abstands verwendet wird – etwa ob das EB-Zentrum oberhalb, auf gleicher Höhe oder unterhalb des Einkopplungszentrums positioniert ist – hat direkten Einfluss auf die Wahl der optischen Architektur. Es gibt keine feste Schlussfolgerung bezüglich dieses Effekts – zum Beispiel die Vorstellung, dass die Platzierung eines Auskopplungspunkts höher oben immer besser für das Design ist –, da dies vom spezifischen Designschema abhängt; Daher werde ich nicht näher darauf eingehen.

Das Obige deckt drei wichtige Abstandsparameter bei der Definition optischer Systeme für AR-Brillen ab. Es ist klar, dass die Definition und Gestaltung optischer Spezifikationen nicht vom Industriedesign (ID) entkoppelt werden kann. In den meisten Fällen gibt es einen inhärenten Kompromiss zwischen optischer Leistung und ästhetischem Reiz: Parameter, die die optischen Messwerte verbessern, stimmen möglicherweise nicht mit den ID-Anforderungen überein, während eine übermäßige Fokussierung auf ID-Ziele den optischen Designprozess erheblich einschränken kann.

Folglich besteht ein entscheidender Aspekt der Produktdefinition darin, ein optimales Gleichgewicht – eine „Best-Fit“-Lösung – zwischen ID und optischer Leistung zu finden und so eine einzigartige, differenzierte Identität für das Produkt zu schaffen.