FOV (視野) とアイボックスはおそらく AR グラスの光学システムにおける 2 つの最も基本的なパラメータです。しかし、多くの人は、それらが私たちが知覚する仮想イメージにどのように正確に影響を与えるのか完全に明確ではありません。この投稿では、これら 2 つの中心的なパラメータの概要を説明し、その背後にある原則、それらに影響を与える要因、およびユーザー エクスペリエンスへの全体的な影響について説明します。
FOV (視野) は、ユーザーが知覚する仮想画像のサイズを表すパラメータです。
視野 (FOV) は、光学エンジンと導波路の両方によって決まります。
光学エンジンからの画像全体が表示されると仮定すると、30° FOV の導波路が 20° FOV の光学エンジンと組み合わされると、ユーザーが認識する FOV は 20° になります。逆に、30° FOV の光学エンジンを 20° FOV の導波路と組み合わせると、ユーザーが知覚する FOV は 20° よりわずかに大きくなります。ただし、20°の範囲を超える画像部分は切り取られる場合があります。
よくある質問は、「FOV は画像サイズと同じですか?」というものです。
答えはノーです。それらは同等ではありません。光学システム (光学エンジンと導波路で構成される) の視野 (FOV) は、FOV 自体と虚像距離という 2 つのパラメーターによって決まります。 FOV が一定のままの場合、虚像距離が長くなると、知覚される画像が大きくなります。たとえば、固定プロジェクターについて考えてみましょう。その FOV は一定ですが、投影スクリーンをプロジェクターに近づけると画像は小さくなり、遠ざけると画像は大きくなります。
光学エンジンの FOV は、多くの場合、ソフトウェアを介してレンダリングされる画像の解像度を制御することによって動的に調整できることも注目に値します。
たとえば、業界で最も広く使用されているタイプの 0.15cc モノクロ グリーン光学エンジンを考えてみましょう。このエンジンは、標準 FOV 30°、解像度 640×480 を備えています。中心点が一定に保たれ、表示される画像の解像度が低下すると、光学エンジンの有効 FOV もそれに応じて縮小します。 これは、光学エンジンのレンズが変更されていないため、FOV 度あたりのピクセル数が一定のままであるためです。
これは別の疑問につながります。 同じ MicroLED ディスプレイ パネルを使用する場合、ピクセル数を犠牲にすることなく、異なる FOV 用に設計された導波路と組み合わせることが可能でしょうか?
答えは「はい」です。光学エンジンのレンズを再設計する必要があるだけです。
しかし、光学レンズの再開発には高コストと長い開発サイクルがかかるため、現在はほとんどのメーカーが標準の0.15cc光学エンジンを使い続け、水平・垂直画素数を減らすことで製品の差別化を図っている。ピクセル数を減らすことの利点については、別の機会にお話しします。
以下は、標準の 0.15cc 光学エンジンからスケールダウンすることで現在達成されている一般的な解像度と同等の視野 (FOV) です。
「アイボックス」は、画像全体が見える有効表示領域を記述するパラメータです。 このような製品に慣れていない人にとって、「アイボックス」の概念はやや抽象的に見えるかもしれません。それは有形の物理的な物体ではなく、むしろ空間に存在する目に見えない領域です。
私がいつもそれを説明する方法は次のとおりです。あなたの目が「アイボックス」領域内に位置している限り、あなたが見ている仮想画像は完全なままです。 AR メガネをかけていると想像して、上にずらしてください。仮想イメージは特定の範囲内ではそのまま残ります。ただし、特定の境界に到達すると、仮想イメージは下端から消え始めます。これは、アイボックスの限界に達したことを示します。これは、上下左右の 4 方向すべてに適用され、集合的に「アイボックス」として知られる長方形の領域を形成します。
アイボックスのサイズは、導波路自体の格子設計によってのみ決まります。本質的に、導波路の格子領域は、光学エンジンによって投影された画像を複製するように機能します。
光学エンジンによって投影された画像が、直径 4 mm の円形領域として導波路の入力結合領域に到達すると仮定します。表示された画像全体を見るには、この小さな領域内に目を正確に配置する必要があります。導波路は、X 軸と Y 軸の両方に沿ってこの円形領域を複製するように機能します。 X 軸に沿って 3 回、Y 軸に沿って 2 回複製されると、導波管からの出力は、それぞれ直径 4 mm の 3×2 つの円の配列になります。この場合、導波管のアイボックスは 12×8 mm の長方形の領域であると大まかに考えることができます。
「アイボックス」パラメータを定義するときに何を考慮する必要があるかは明らかです。領域が大きいと、ヘッドセットがユーザーの目の前でずれたり動いたりした場合でも、画像全体が表示されたままになります。ただし、導波路の能力は本質的に制限されているため、複製される射出瞳の数が増加すると、各領域にわたって一貫した性能と均一性を維持することが徐々に難しくなります。
したがって、AR ヘッドセットを設計するときは、バランスをとることが重要です。適切なサイズのアイボックスを定義して光学性能を保護すると同時に、デバイスの工業デザインと構造構成を最適化してユーザーの目に対して安定した位置を維持します。これにより、画像が切れたり失われたりするリスクを最小限に抑えることができます。
出典: AR 光学製品ノート
