Wat zijn de belangrijkste afstandsparameters die moeten worden gedefinieerd in de optica van AR-brillen?

Laten we vandaag de belangrijkste afstandsparameters binnen de optische systemen van AR-brillen en de logica achter hun definities bespreken.

Ten eerste is er een parameter die – strikt genomen – zelf geen 'afstand' is, maar toch zijn bijna alle andere afstandsparameters er onlosmakelijk mee verbonden: de grootte van de 'oogdoos'. We hebben eerder het concept van de oogdoos besproken en hoe de afmetingen ervan de weergaveprestaties beïnvloeden.

Hier definiëren we eerst de Eyebox-afmetingen als 12×10 mm.

De eerste toetsafstandparameter staat bekend als 'Eye Relief' (hierna ER genoemd). Zoals de naam al doet vermoeden, verwijst deze naar de afstand tussen het menselijk oog en het oppervlak van de golfgeleider. Deze parameter vertegenwoordigt de ideale positionering van het menselijk oog ten opzichte van de golfgeleider - een waarde waarmee rekening moet worden gehouden tijdens zowel de simulatiefase van het golfgeleiderontwerp als het industriële ontwerpproces (ID) voor de bril.

Over het algemeen is de door ons gedefinieerde EB-grootte (exit beam/pupil) gebaseerd op een vaste ER (eye relief). Als we bijvoorbeeld een EB-maat van 12×10 mm definiëren, uitgaande van een ER van 14 mm, ontstaat er een belangrijk punt: wanneer een gebruiker het apparaat draagt ​​en zijn werkelijke ER groter is dan de ontwerp-ER, neemt de effectieve EB-maat af – en omgekeerd, als de werkelijke ER kleiner is dan de ontwerp-ER, neemt de effectieve EB-maat toe.

De tweede belangrijke afstandsparameter is de pupilafstand (PD) – de afstand tussen de middelpunten van de linker- en rechterpupil. Volgens empirische gegevens in de optometrie-industrie valt de PD voor de overgrote meerderheid van de bevolking binnen het bereik van 58-72 mm. Net als bij de hoekpuntafstand (de afstand tussen de lens en het oog), wordt tijdens het ontwerpproces een specifieke PD geselecteerd als de 'ideale' waarde; aangezien 64 mm het middelpunt is van het bereik van 58-72 mm, wordt dit doorgaans vastgesteld als de standaard PD.

Gebaseerd op de definitie van de Exit Box (EB) – waarbij het menselijk oog in het midden is gepositioneerd – zal het hele beeld zichtbaar zijn zolang de pupillen binnen de grenzen van de EB blijven. Bijgevolg wordt het compatibele PD-bereik voor een binoculair AR-display gedefinieerd als de ontworpen ideale PD ± de horizontale afmeting van de EB.

De derde kritische afstandsparameter is de horizontale/verticale scheiding tussen het midden van het ingangsrooster en het midden van de uitgangspupil (EP). Dit kan ook worden opgevat als de padlengte die licht – uitgezonden door de optische motor en via het ingangsrooster in de golfgeleider gekoppeld – binnen de golfgeleider aflegt.

Een grotere horizontale afstand tussen het ingangsroostercentrum en het EP-centrum resulteert in een langer voortplantingspad voor het licht binnen de golfgeleider, waardoor het steeds moeilijker wordt om zowel de optische efficiëntie als de uniformiteit te behouden. Omdat de optische motor zich doorgaans binnen de eindstukgebieden aan weerszijden van het voorframe bevindt (wat betekent dat de locatie gekoppeld is aan de totale breedte van de bril) en omdat het EB-centrum (uittredepupil) wordt bepaald door de oogafstand (IPD) en in wezen vaststaat, is de mogelijkheid om deze afstand aan te passen vrij beperkt. Bij conventionele brillenontwerpen valt de framebreedte doorgaans binnen een specifiek bereik; bijgevolg bedraagt ​​deze afstand doorgaans tussen 30 mm en 40 mm (hoewel dit kan verschillen voor ontwerpen die gebruik maken van 'één-op-twee' golfgeleiderconfiguraties).

Een andere factor is de verticale afstand tussen het midden van de inkoppeling en het midden van de EB (uittredepupil). De definitie van de K-vector in het optische ontwerp hangt sterk af van deze afstand; met andere woorden, de specifieke logica die wordt gebruikt om deze verticale afstand te definiëren – zoals of het EB-centrum zich boven, op hetzelfde niveau als of onder het inkoppelingscentrum bevindt – beïnvloedt rechtstreeks de keuze van de optische architectuur. Er is geen vaste conclusie met betrekking tot dit effect – bijvoorbeeld het idee dat het hoger plaatsen van een uitkoppelingspunt altijd beter is voor het ontwerp – omdat dit afhangt van het specifieke ontwerpschema; daarom zal ik er niet verder op ingaan.

Het bovenstaande behandelt drie belangrijke afstandsparameters bij de definitie van optische systemen voor AR-brillen. Het is duidelijk dat de definitie en het ontwerp van optische specificaties niet losgekoppeld kunnen worden van industrieel ontwerp (ID). In de meeste gevallen is er een inherente wisselwerking tussen optische prestaties en esthetische aantrekkingskracht: parameters die de optische statistieken verbeteren, komen mogelijk niet overeen met de ID-vereisten, terwijl een overmatige focus op ID-doelen het optische ontwerpproces ernstig kan beperken.

Bijgevolg ligt een cruciaal aspect van de productdefinitie in het vinden van een optimale balans – een ‘best-fit’ oplossing – tussen ID en optische prestaties, waardoor een unieke, gedifferentieerde identiteit voor het product wordt gecreëerd.