¿Cuáles son los parámetros de distancia clave que se deben definir en la óptica de las gafas AR?

Hoy, analicemos los parámetros de distancia clave dentro de los sistemas ópticos de las gafas AR y la lógica detrás de sus definiciones.

En primer lugar, hay un parámetro que, estrictamente hablando, no es una 'distancia' en sí misma, pero casi todos los demás parámetros de distancia están intrínsecamente vinculados a él: el tamaño del 'ojo'. Anteriormente hemos cubierto el concepto de ojo y cómo sus dimensiones afectan el rendimiento de la pantalla.

Aquí, primero definimos las dimensiones del Eyebox como 12×10 mm.

El primer parámetro de distancia clave se conoce como 'alivio ocular' (en adelante, ER). Como sugiere el nombre, se refiere a la distancia entre el ojo humano y la superficie de la guía de ondas. Este parámetro representa la posición ideal del ojo humano en relación con la guía de ondas, un valor que debe tenerse en cuenta tanto durante la fase de simulación del diseño de la guía de ondas como durante el proceso de diseño industrial (ID) de las gafas.

En términos generales, el tamaño de EB (haz de salida/pupila) que definimos se basa en un ER (alivio ocular) fijo. Por ejemplo, si definimos un tamaño de EB de 12×10 mm suponiendo un ER de 14 mm, surge un punto clave: cuando un usuario usa el dispositivo y su ER real excede el ER de diseño, el tamaño efectivo de EB disminuye y, a la inversa, si el ER real es más pequeño que el ER de diseño, el tamaño efectivo de EB aumenta.

El segundo parámetro de distancia importante es la distancia pupilar (PD), la distancia entre los centros de las pupilas izquierda y derecha. Según datos empíricos de la industria de la optometría, la PD para la gran mayoría de la población se encuentra dentro del rango de 58 a 72 mm. De manera similar a la distancia del vértice (la distancia entre la lente y el ojo), se selecciona una PD específica como valor 'ideal' durante el proceso de diseño; Dado que 64 mm es el punto medio del rango de 58 a 72 mm, normalmente se establece como el PD predeterminado.

Según la definición de Caja de Salida (EB), donde el ojo humano se coloca en el centro, mientras las pupilas permanezcan dentro de los límites de la EB, la imagen completa será visible. En consecuencia, el rango de PD compatible para una pantalla AR binocular se define como el PD ideal diseñado ± la dimensión horizontal del EB.

El tercer parámetro de distancia crítica es la separación horizontal/vertical entre el centro de la rejilla de entrada y el centro de la pupila de salida (EP). Esto también puede entenderse como la longitud del camino que la luz (emitida por el motor óptico y acoplada a la guía de ondas a través de la rejilla de entrada) recorre dentro de la guía de ondas.

Una mayor distancia horizontal entre el centro de la rejilla de entrada y el centro EP da como resultado una trayectoria de propagación más larga para la luz dentro de la guía de ondas, lo que hace cada vez más difícil mantener tanto la eficiencia como la uniformidad óptica. Sin embargo, dado que el motor óptico generalmente se coloca dentro de las áreas de los extremos a cada lado del marco frontal (lo que significa que su ubicación está vinculada al ancho total de las gafas) y debido a que el centro EB (pupila de salida) está determinado por la distancia interpupilar (IPD) y es esencialmente fijo, el alcance para ajustar esta distancia es bastante limitado. En los diseños de gafas convencionales, el ancho de la montura generalmente cae dentro de un rango específico; en consecuencia, esta distancia normalmente mide entre 30 mm y 40 mm (aunque esto puede diferir para diseños que utilizan configuraciones de guía de ondas 'uno a dos').

Otro factor es la distancia vertical entre el centro de acoplamiento y el centro EB (pupila de salida). La definición del vector K en el diseño óptico depende en gran medida de esta distancia; en otras palabras, la lógica específica utilizada para definir esta distancia vertical, como por ejemplo si el centro EB está colocado encima, al mismo nivel o debajo del centro de acoplamiento, influye directamente en la elección de la arquitectura óptica. No existe una conclusión fija con respecto a este efecto; por ejemplo, la noción de que colocar un punto de acoplamiento más arriba siempre es mejor para el diseño, ya que depende del esquema de diseño específico; por lo tanto, no daré más detalles.

Lo anterior cubre tres parámetros de distancia clave en la definición de sistemas ópticos para gafas AR. Está claro que la definición y el diseño de las especificaciones ópticas no pueden desvincularse del diseño industrial (DI). En la mayoría de los casos, existe una compensación inherente entre el rendimiento óptico y el atractivo estético: los parámetros que mejoran las métricas ópticas pueden no alinearse con los requisitos de identificación, mientras que un enfoque excesivo en los objetivos de identificación puede limitar gravemente el proceso de diseño óptico.

En consecuencia, un aspecto crítico de la definición del producto radica en encontrar un equilibrio óptimo (una solución de 'mejor ajuste') entre la identificación y el rendimiento óptico, estableciendo así una identidad única y diferenciada para el producto.