Анализа технологије Неар-Еие Дисплаи (НЕД).

Екран у близини ока (НЕД) је уређај за приказ дизајниран да се користи у непосредној близини ока—обично само неколико центиметара даље. За разлику од традиционалних екрана који се гледају из даљине, НЕД користи софистицирани оптички систем да пројектује слике генерисане интерним микро-дисплејем у већу, удаљенију виртуелну слику.

Оно што корисник перципира није сам екран, већ виртуелна слика оптички приказана на удобној удаљености за гледање. Ова способност је фундаментална за стварање импресивних и природних визуелних искустава, посебно у носивим системима где су величина, тежина и потрошња енергије строго ограничени.

Сходно томе, НЕД се све више препознаје као основна технологија која омогућава модерне АР и ВР системе, где је балансирање перформанси екрана, оптичке ефикасности и удобности корисника критично. Како се индустрија креће ка практичнијим, свакодневним носивим уређајима, улога дисплеја близу очију еволуирала је од експерименталне компоненте до одлучујућег фактора успеха производа.

НЕД-ови се најчешће налазе у екранима на глави (ХМД) и паметним наочарима, који служе као основна технологија која стоји иза искустава виртуелне реалности (ВР), проширене стварности (АР) и мешовите стварности (МР).

Кључне оптичке компоненте дисплеја близу очију

Док дисплеји близу очију (НЕД) могу имати футуристички изглед, њихови оптички системи се заправо састоје од само три кључне компоненте. Ове компоненте раде заједно да трансформишу слику са микро екрана у широку, удобну виртуелну слику која као да лебди пред очима корисника.

Дисплеј / извор светлости

У системима за приказ у близини ока, екран (понекад се назива извор светлости или светлосни мотор) је основна компонента одговорна за генерисање или модулацију слике. Једноставно речено, овде настаје слика пре него што је воде и обликују оптички елементи.

Мотор екрана/светла је кључан за укупне визуелне перформансе, директно утиче на јасноћу слике, квалитет боје, осветљеност, енергетску ефикасност и флуидност покрета. Користе се различите технологије у зависности од специфичних захтева АР, ВР или МР система. Уобичајене технологије екрана и светлосног мотора које се налазе у оптичким системима близу ока укључују:

ЛЦоС (течни кристал на силицијуму): рефлективна технологија микро дисплеја која се обично користи у моторима АР светлости. Познат по својој високој резолуцији и одличној униформности слике, ЛЦоС се често користи са спољним изворима осветљења и оптиком за пројекцију.

МицроЛЕД: Самосветлећа технологија микро дисплеја која је изузетно светла и енергетски ефикасна. Ова својства их чине посебно корисним у прозирним АР екранима, где је превазилажење сметњи од амбијенталног светла критично.

ЛБС (Ласер Беам Сцаннинг): Технологија приказа која генерише слике скенирањем ласерског зрака. ЛБС може постићи компактан и танак оптички дизајн и постићи високе перформансе осветљења, што га чини идеалним избором за танке и лагане АР наочаре.

ОЛЕД (Органиц Лигхт-Емиттинг Диоде): Технологија самосветлећег екрана позната по брзом времену одзива, високом контрасту и богатим бојама. ОЛЕД се широко користи у ВР и МР екранима близу ока, а осветљеност и радни век су важни када се примењују на АР.

ЛЦД (Дисплеј са течним кристалима): Технологија модулације светлости која захтева спољно позадинско осветљење. Иако има важну историјску позицију, у поређењу са новим технологијама микро дисплеја, његов однос контраста је нижи и брзина одзива је спорија, тако да је његова примена у врхунским екранима близу очију релативно ограничена.

ДЛП/ДМД систем: технологија приказа која модулира светлост кроз низ микро огледала. ДЛП/ДМД системи могу да обезбеде високу осветљеност и прецизну контролу слике, али када се примењују на уређаје близу ока, потребно је пажљиво управљати величином система, потрошњом енергије и оптичком сложеношћу.

Комбинатор оптичког снопа

Оптички комбинатор контролише како се слике преносе до очију корисника и како се спајају са стварним светом. Његова функција варира у зависности од циљева дизајна система—да ли је циљ потпуно имерзивно искуство или преклапање дигиталног садржаја на физичко окружење.

У имерзивним системима као што су ВР слушалице, оптички комбинатор дистрибуира слике на оба ока док блокира спољашњу светлост, омогућавајући кориснику да буде у потпуности уроњен у виртуелно окружење.

У провидним системима као што су АР наочаре, оптички комбинатор игра сложенију улогу. Мора неприметно да споји дигиталне слике са светлом из стварног света, обезбеђујући да се графика, текст или виртуелни објекти стабилно и удобно интегришу са стварним окружењем корисника. Постизање ове равнотеже захтева прецизну контролу над оптичком ефикасношћу, осветљеношћу и транспарентношћу.

Како АР уређаји све више улазе у свакодневни живот, оптички комбинатор је постао једна од најизазовнијих и најважнијих компоненти у дизајну екрана близу ока. Његове перформансе значајно утичу на величину система, визуелни квалитет и удобност корисника, на крају одређујући да ли екран близу ока изолује корисника од стварности или га повећава.

Имагинг оптицс

Оптички систем за снимање је одговоран за увећање слике са микро дисплеја и представљање је као широка, удобна визуелна слика. Ова сочива или оптички елементи обликују, увећавају и фокусирају светлост, омогућавајући да се слика појави на природној удаљености гледања, а не право испред очију.

Тренутно постоје два главна приступа дизајну:

Систем за формирање излазне зенице проширује домет излазне зенице генерисањем средње слике, омогућавајући кориснику да одржи јасан поглед чак и када се очи померају, чиме се спречава да се слика изгуби услед померања у линији вида.

Систем који не формира излазне зенице усмерава скоро паралелну светлост у око, представљајући слику на већој визуелној удаљености, што помаже у смањењу напрезања очију.

Његов основни циљ је да обезбеди визуелну јасноћу уз прилагођавање природном кретању очију и одржавање удобности током дуже употребе.

Ове три компоненте чине комплетан оптички систем, при чему људско око служи као коначна карика. Генератор слике креира визуелни садржај; оптика за снимање увећава и обликује слику; а оптички комбинатор одређује како се слика испоручује оку и да ли се стапа са стварним светом.

Уместо да пројектује слике на физичку површину, систем директно генерише виртуелну слику и виртуелну излазну зеницу. Када је око позиционирано у овој зони, сочиво фокусира светлост директно на мрежњачу, чинећи да се слика на микро дисплеју појављује као масивни екран виси у свемиру.

Замислите екран близу ока као прозор високе технологије: генератор слике представља сцену приказану унутар прозора; сликовна оптика делује као специјално стакло које чини да сцена изгледа шире и удаљеније; а оптички комбинатор одређује да ли је прозор провидан или непрозиран. Заједно, ови елементи стварају осећај дубине, размере и уроњености, дефинишући јединствено визуелно искуство екрана близу ока.

Изазови НЕД мерења

Мерење и евалуација дисплеја близу ока (НЕД) се суштински разликују од метода тестирања које се користе за конвенционалне екране. Пошто су ови уређаји посебно дизајнирани за повезивање са људским оком, мерни систем мора учинити много више од једноставног хватања светлости. Мора да симулира геометрију, кретање и перцептивне карактеристике људског ока, вршећи мерења унутар мале „очне кутије“ тако што прецизно позиционира улазну зеницу камере на место где би се налазило стварно око, док истовремено узима у обзир ротацију ока и механизме фокусирања.

Овај јединствени скуп захтева чини НЕД мерење једним од најизазовнијих аспеката метрологије дисплеја; такође директно подупире два кључна фактора који одређују успех или неуспех доживљаја приказа у близини ока: удобност и урањање.

Удобност

Удобност одређује да ли дисплеј близу очију (НЕД) омогућава природну, продужену употребу без изазивања умора или нелагодности; мерна технологија помаже инжењерима да идентификују и реше проблеме који утичу на корисникову визију, осећај равнотеже и целокупно физичко искуство.

Један од најкритичнијих изазова је Конфликт Вергенце-Аццоммодатион (ВАЦ). У природном виду, очи се конвергирају ка унутра како би се фиксирале на предмет док истовремено прилагођавају своју жижну удаљеност како би одговарале локацији тог објекта. У многим НЕД системима, међутим, очи се могу конвергирати на виртуелни објекат док жижна удаљеност остаје фиксирана на различитој оптичкој удаљености. Ово неслагање је примарни узрок напрезања очију, умора, вртоглавице и мучнине, што ВАЦ чини главним приоритетом и у дизајну и у мерењу.

Дизајн хардвера је подједнако важан; пошто су НЕД уређаји за монтирање на главу, тежина, димензије и равнотежа центра гравитације директно утичу на удобност ношења. Чак и уз изузетан квалитет екрана, уређај који је претежак или лоше избалансиран отежава кориснику дуготрајну употребу. Технологија мерења овде игра кључну улогу, обезбеђујући да оптички дизајни постижу компактну, лагану форму без угрожавања перформанси.

Други кључни аспект је просторна конфигурација, која се обично описује у смислу клиренса ока и рељефа ока. Клиренс ока се односи на растојање између коначне оптичке површине и излазне зенице—обично око 20 до 25 милиметара—док је рељеф ока растојање од коначне оптичке површине до идеалног положаја ока. Прецизна контрола ових растојања је од суштинског значаја да би се обезбедила удобност носиоца, компатибилност са наочарима и радна безбедност.

Уско повезан са овим је „оквир за очи“, који дефинише просторни опсег унутар којег око може да се креће док још увек гледа целу слику. Добро дизајнирана кутија за очи омогућава природно кретање очију без исецања или изобличења слике. Технике мерења морају да процене и величину и положај кутије за очи како би се обезбедило доследно удобно искуство за различите кориснике.

Штавише, систем мора узети у обзир корисников вестибуларни систем—чулни систем одговоран за равнотежу и просторну оријентацију. Ако су визуелни сигнали са једног или оба ока неусклађени, мозак их може протумачити као конфликтне информације о кретању, што потенцијално доводи до нелагодности или болести кретања. Прецизно мерење помаже у спречавању таквих сензорних недоследности.

Урањање

Урањање одређује реализам и флуидност виртуелног искуства. Веома импресиван дисплеј близу ока (НЕД) обезбеђује да дигитални садржај буде стабилан, брз одзив и визуелно реалистичан.

Видно поље (ФОВ) је критични фактор који утиче на урањање. Шири ФОВ испуњава више визуелног простора корисника и побољшава осећај присуства, али често подразумева компромисе, као што је смањена резолуција или мањи оквир за очи. Проналажење оптималне равнотеже између ових компромиса је управо оно у чему технологија мерења игра виталну улогу.

Резолуција и јасноћа слике су такође кључни за визуелни квалитет. Недовољна густина пиксела може довести до „ефекта врата екрана“, где појединачни пиксели или празнине између њих постају јасно видљиви. У екранима близу ока, резолуција се обично мери у пикселима по степену (ППД), што представља број пиксела приказаних унутар сваког степена видног поља корисника.

ППД је једна од најкритичнијих метрика перформанси за АР и ВР системе; више вредности указују на оштрије слике и природније визуелно искуство.

Системи за мерење користе алате као што је анализа функције преноса модулације (МТФ) да би проценили резолуцију и јасноћу слике, процењујући на тај начин способност оптичког система да репродукује фине детаље. Комбиновањем ППД мерења са МТФ анализом, инжењери могу свеобухватно да процене да ли екран нуди довољно јасноће да пружи удобно и импресивно корисничко искуство.

Осветљеност и контраст значајно утичу на реализам и читљивост. Имерзивни дисплеји захтевају висок контраст да би приказали дубоку црну, док провидни АР системи морају да обезбеде да дигитални садржај остане јасно видљив на светлим, сложеним позадинама из стварног света.

Латенција је још један критични параметар који утиче на урањање; свако приметно заостајање између покрета главе и ажурирања визуелног екрана разбија осећај присуства и може чак изазвати мучнину кретања. Прецизно мерење обезбеђује да одзив система остане и брз и стабилан.

За прозирне екране, управљање дубином поља је од посебног значаја – корисници морају бити у могућности да истовремено виде и дигитални садржај и физичке објекте без честог поновног фокусирања; у супротном, осећај уроњења се тренутно урушава.

Извор: УПРтек