Quels sont les paramètres de distance clés à définir dans l’optique des lunettes AR ?

Aujourd'hui, discutons des paramètres de distance clés dans les systèmes optiques des lunettes AR et de la logique derrière leurs définitions.

Premièrement, il existe un paramètre qui, à proprement parler, n'est pas une « distance » en soi, mais presque tous les autres paramètres de distance y sont intrinsèquement liés : la taille de la « boîte à yeux ». Nous avons déjà abordé le concept de la boîte à yeux et la manière dont ses dimensions affectent les performances d'affichage.

Ici, nous définissons d’abord les dimensions de l’Eyebox comme 12×10 mm.

Le premier paramètre clé de distance est connu sous le nom de « Soulagement oculaire » (ci-après dénommé ER). Comme son nom l’indique, il fait référence à la distance entre l’œil humain et la surface du guide d’ondes. Ce paramètre représente le positionnement idéal de l'œil humain par rapport au guide d'ondes, une valeur qui doit être prise en compte à la fois lors de la phase de simulation de la conception du guide d'ondes et lors du processus de conception industrielle (ID) des lunettes.

De manière générale, la taille EB (faisceau de sortie/pupille) que nous définissons est basée sur un ER (dégagement oculaire) fixe. Par exemple, si nous définissons une taille EB de 12 × 10 mm en supposant un ER de 14 mm, un point clé se pose : lorsqu’un utilisateur porte l’appareil et que son ER réel dépasse le ER de conception, la taille effective de l’EB diminue – et inversement, si le ER réel est plus petit que le ER de conception, la taille effective de l’EB augmente.

Le deuxième paramètre de distance important est la distance pupillaire (PD), c'est-à-dire la distance entre les centres des pupilles gauche et droite. Selon les données empiriques du secteur de l'optométrie, la DP de la grande majorité de la population se situe entre 58 et 72 mm. Semblable à la distance du sommet (la distance entre la lentille et l'œil), une PD spécifique est sélectionnée comme valeur « idéale » pendant le processus de conception ; étant donné que 64 mm est le point médian de la plage 58-72 mm, il est généralement établi comme PD par défaut.

Sur la base de la définition de la zone de sortie (EB) – où l'œil humain est positionné au centre – tant que les pupilles restent dans les limites de l'EB, l'image entière sera visible. Par conséquent, la plage PD compatible pour un écran AR binoculaire est définie comme la PD idéale conçue ± la dimension horizontale de l'EB.

Le troisième paramètre de distance critique est la séparation horizontale/verticale entre le centre du réseau d'entrée et le centre de la pupille de sortie (EP). Cela peut également être compris comme la longueur du trajet que la lumière, émise par le moteur optique et couplée dans le guide d'ondes via le réseau d'entrée, parcourt à l'intérieur du guide d'ondes.

Une plus grande distance horizontale entre le centre du réseau d'entrée et le centre EP entraîne un chemin de propagation plus long pour la lumière dans le guide d'onde, ce qui rend de plus en plus difficile le maintien de l'efficacité optique et de l'uniformité. Cependant, étant donné que le moteur optique est généralement positionné dans les zones d'extrémité de chaque côté de la monture avant, ce qui signifie que son emplacement est lié à la largeur totale des lunettes, et que le centre EB (pupille de sortie) est déterminé par la distance interpupillaire (IPD) et est essentiellement fixe, les possibilités d'ajustement de cette distance sont assez limitées. Dans les conceptions de lunettes conventionnelles, la largeur de la monture se situe généralement dans une plage spécifique ; par conséquent, cette distance mesure généralement entre 30 mm et 40 mm (bien que cela puisse différer pour les conceptions utilisant des configurations de guide d'ondes « un à deux »).

Un autre facteur est la distance verticale entre le centre de couplage et le centre EB (pupille de sortie). La définition du vecteur K dans la conception optique dépend fortement de cette distance ; en d'autres termes, la logique spécifique utilisée pour définir cette distance verticale (par exemple, si le centre EB est positionné au-dessus, au même niveau ou en dessous du centre de couplage) influence directement le choix de l'architecture optique. Il n'y a pas de conclusion définitive concernant cet effet (par exemple, l'idée selon laquelle placer un point de découplage plus haut est toujours préférable pour la conception) car cela dépend du schéma de conception spécifique ; par conséquent, je ne développerai pas davantage.

Ce qui précède couvre trois paramètres de distance clés dans la définition des systèmes optiques pour les lunettes AR. Il est clair que la définition et la conception des spécifications optiques ne peuvent être dissociées du design industriel (DI). Dans la plupart des cas, il existe un compromis inhérent entre performances optiques et attrait esthétique : les paramètres qui améliorent les mesures optiques peuvent ne pas correspondre aux exigences d'identification, tandis qu'une concentration excessive sur les objectifs d'identification peut sérieusement limiter le processus de conception optique.

Par conséquent, un aspect essentiel de la définition du produit réside dans la recherche d'un équilibre optimal — une solution « la mieux adaptée » — entre l'identification et les performances optiques, établissant ainsi une identité unique et différenciée pour le produit.