Quali sono i parametri chiave della distanza da definire nell'ottica degli occhiali AR?

Oggi discutiamo dei parametri chiave della distanza all'interno dei sistemi ottici degli occhiali AR e della logica dietro le loro definizioni.

Innanzitutto, c'è un parametro che, in senso stretto, non è una 'distanza', ma quasi tutti gli altri parametri di distanza sono intrinsecamente legati ad esso: la dimensione dell''eyebox'. Abbiamo già trattato il concetto di eyebox e il modo in cui le sue dimensioni influiscono sulle prestazioni di visualizzazione.

Qui definiamo innanzitutto le dimensioni dell'Eyebox come 12×10 mm.

Il primo parametro chiave della distanza è noto come 'Eye Relief' (di seguito denominato ER). Come suggerisce il nome, si riferisce alla distanza tra l'occhio umano e la superficie della guida d'onda. Questo parametro rappresenta il posizionamento ideale dell'occhio umano rispetto alla guida d'onda, un valore di cui tenere conto sia durante la fase di simulazione della progettazione della guida d'onda che durante il processo di progettazione industriale (ID) degli occhiali.

In generale, la dimensione EB (trave di uscita/pupilla) che definiamo si basa su una ER (estrazione pupillare) fissa. Ad esempio, se definiamo una dimensione EB di 12×10 mm presupponendo un ER di 14 mm, emerge un punto chiave: quando un utente indossa il dispositivo e il suo ER effettivo supera quello di progettazione, la dimensione EB effettiva diminuisce e, al contrario, se l’ER effettivo è inferiore a quello di progettazione ER, la dimensione EB effettiva aumenta.

Il secondo parametro di distanza importante è la distanza pupillare (PD), ovvero la distanza tra i centri delle pupille sinistra e destra. Secondo dati empirici nel settore optometrico, la PD per la stragrande maggioranza della popolazione rientra nell’intervallo 58-72 mm. Analogamente alla distanza del vertice (la distanza tra la lente e l'occhio), uno specifico PD viene selezionato come valore 'ideale' durante il processo di progettazione; dato che 64 mm è il punto medio dell'intervallo 58–72 mm, viene generalmente stabilito come PD predefinito.

In base alla definizione di Exit Box (EB), dove l'occhio umano è posizionato al centro, finché le pupille rimangono entro i confini dell'EB, l'intera immagine sarà visibile. Di conseguenza, l'intervallo PD compatibile per un display AR binoculare è definito come la PD ideale progettata ± la dimensione orizzontale dell'EB.

Il terzo parametro della distanza critica è la separazione orizzontale/verticale tra il centro del reticolo di ingresso e il centro della pupilla di uscita (EP). Questo può anche essere inteso come la lunghezza del percorso che la luce, emessa dal motore ottico e accoppiata nella guida d'onda tramite il reticolo di ingresso, percorre all'interno della guida d'onda.

Una maggiore distanza orizzontale tra il centro del reticolo di ingresso e il centro EP si traduce in un percorso di propagazione della luce all'interno della guida d'onda più lungo, rendendo sempre più difficile mantenere sia l'efficienza ottica che l'uniformità. Tuttavia, poiché il motore ottico è tipicamente posizionato all'interno delle aree terminali su entrambi i lati della montatura anteriore, il che significa che la sua posizione è legata alla larghezza complessiva degli occhiali, e poiché il centro EB (pupilla di uscita) è determinato dalla distanza interpupillare (IPD) ed è essenzialmente fisso, la possibilità di regolare questa distanza è piuttosto limitata. Nei modelli di occhiali convenzionali, la larghezza della montatura generalmente rientra in un intervallo specifico; di conseguenza, questa distanza misura tipicamente tra 30 mm e 40 mm (anche se questo può differire per i progetti che utilizzano configurazioni di guida d'onda 'uno-a-due').

Un altro fattore è la distanza verticale tra il centro di accoppiamento e il centro EB (pupilla di uscita). La definizione del vettore K nel progetto ottico dipende fortemente da questa distanza; in altre parole, la logica specifica utilizzata per definire questa distanza verticale, ad esempio se il centro EB è posizionato sopra, allo stesso livello o sotto il centro di accoppiamento, influenza direttamente la scelta dell'architettura ottica. Non esiste una conclusione fissa riguardo a questo effetto, ad esempio, l'idea che posizionare un punto di accoppiamento più in alto sia sempre migliore per la progettazione, poiché dipende dallo schema di progettazione specifico; quindi non mi dilungherò ulteriormente.

Quanto sopra copre tre parametri chiave della distanza nella definizione di sistemi ottici per occhiali AR. È chiaro che la definizione e la progettazione delle specifiche ottiche non possono essere disaccoppiate dal design industriale (ID). Nella maggior parte dei casi, esiste un compromesso intrinseco tra prestazioni ottiche e appeal estetico: i parametri che migliorano le metriche ottiche potrebbero non essere in linea con i requisiti ID, mentre un’eccessiva attenzione agli obiettivi ID può limitare gravemente il processo di progettazione ottica.

Di conseguenza, un aspetto critico della definizione del prodotto risiede nel trovare un equilibrio ottimale, una soluzione 'best-fit', tra ID e prestazioni ottiche, stabilendo così un'identità unica e differenziata per il prodotto.