Jakie są kluczowe parametry odległości do zdefiniowania w optyce okularów AR?

Dzisiaj omówmy kluczowe parametry odległości w układach optycznych okularów AR i logikę stojącą za ich definicjami.

Po pierwsze, istnieje parametr, który – ściśle rzecz biorąc – sam w sobie nie jest „odległością”, jednak prawie wszystkie inne parametry odległości są z nim nierozerwalnie powiązane: rozmiar „gałki ocznej”. Omówiliśmy już koncepcję gałki ocznej i wpływ jej wymiarów na wydajność wyświetlania.

Tutaj najpierw definiujemy wymiary Eyeboxa jako 12×10 mm.

Pierwszy kluczowy parametr odległości jest znany jako „Eye Relief” (zwany dalej ER). Jak sama nazwa wskazuje, odnosi się to do odległości ludzkiego oka od powierzchni falowodu. Parametr ten reprezentuje idealne położenie ludzkiego oka względem falowodu — wartość, którą należy wziąć pod uwagę zarówno na etapie symulacji projektowania falowodu, jak i na etapie projektowania przemysłowego (ID) okularów.

Ogólnie rzecz biorąc, definiowany przez nas rozmiar EB (wiązka wyjściowa/źrenica) opiera się na stałym ER (odstęp źrenicy). Na przykład, jeśli zdefiniujemy rozmiar EB jako 12×10 mm, zakładając ER wynoszący 14 mm, pojawia się kluczowy punkt: kiedy użytkownik nosi urządzenie, a jego rzeczywisty ER przekracza projektowy ER, efektywny rozmiar EB zmniejsza się i odwrotnie, jeśli rzeczywisty ER jest mniejszy niż projektowany ER, efektywny rozmiar EB wzrasta.

Drugim ważnym parametrem odległości jest odległość źrenic (PD) – odległość pomiędzy środkami lewej i prawej źrenicy. Według danych empirycznych w branży optometrycznej, PD dla zdecydowanej większości populacji mieści się w przedziale 58–72 mm. Podobnie jak w przypadku odległości wierzchołkowej (odległości między soczewką a okiem), podczas procesu projektowania wybierane jest określone PD jako wartość „idealna”. biorąc pod uwagę, że 64 mm to środek zakresu 58–72 mm, zwykle ustala się je jako domyślne PD.

W oparciu o definicję Exit Box (EB) – gdzie ludzkie oko znajduje się w środku – tak długo jak źrenice pozostają w granicach EB, cały obraz będzie widoczny. W związku z tym kompatybilny zakres PD dla lornetkowego wyświetlacza AR definiuje się jako zaprojektowane idealne PD ± poziomy wymiar EB.

Trzecim krytycznym parametrem odległości jest pozioma/pionowa separacja pomiędzy środkiem siatki wejściowej a środkiem źrenicy wyjściowej (EP). Można to również rozumieć jako długość ścieżki, jaką światło – emitowane przez silnik optyczny i wprowadzane do falowodu poprzez siatkę wejściową – przemieszcza się w falowodzie.

Większa odległość pozioma pomiędzy środkiem siatki wejściowej a środkiem EP skutkuje dłuższą ścieżką propagacji światła w falowodzie, co sprawia, że ​​coraz trudniej jest utrzymać zarówno wydajność optyczną, jak i jednorodność. Jednakże, ponieważ moduł optyczny jest zwykle umieszczony w obszarach końcówek po obu stronach przedniej oprawki – co oznacza, że ​​jego położenie jest powiązane z całkowitą szerokością okularów – i ponieważ środek EB (źrenicy wyjściowej) jest określony przez rozstaw źrenic (IPD) i jest zasadniczo stały, możliwości regulacji tej odległości są dość ograniczone. W konwencjonalnych konstrukcjach okularów szerokość oprawki zazwyczaj mieści się w określonym zakresie; w związku z tym odległość ta zwykle wynosi od 30 mm do 40 mm (chociaż może się różnić w przypadku projektów wykorzystujących konfiguracje falowodów „jeden do dwóch”).

Innym czynnikiem jest odległość pionowa pomiędzy środkiem sprzęgania a środkiem EB (źrenicy wyjściowej). Definicja wektora K w konstrukcji optycznej zależy w dużym stopniu od tej odległości; innymi słowy, specyficzna logika zastosowana do zdefiniowania tej odległości pionowej – na przykład to, czy środek EB jest umieszczony powyżej, na tym samym poziomie co środek sprzęgania, czy poniżej – bezpośrednio wpływa na wybór architektury optycznej. Nie ma ustalonych wniosków co do tego efektu – na przykład pogląd, że umieszczenie punktu sprzęgu wyżej jest zawsze lepsze z punktu widzenia projektu – ponieważ zależy to od konkretnego schematu projektowego; dlatego nie będę się szerzej rozpisywał.

Powyższe obejmuje trzy kluczowe parametry odległościowe przy definiowaniu układów optycznych okularów AR. Oczywiste jest, że definicji i projektowania specyfikacji optycznych nie można oddzielić od wzoru przemysłowego (ID). W większości przypadków istnieje nieodłączny kompromis pomiędzy wydajnością optyczną a estetyką: parametry poprawiające metryki optyczne mogą nie odpowiadać wymaganiom ID, podczas gdy nadmierne skupienie się na celach ID może poważnie ograniczyć proces projektowania optycznego.

W związku z tym krytyczny aspekt definicji produktu polega na znalezieniu optymalnej równowagi – „najlepiej dopasowanego” rozwiązania – pomiędzy identyfikatorem a parametrami optycznymi, ustanawiając w ten sposób unikalną, zróżnicowaną tożsamość produktu.