พารามิเตอร์ระยะทางที่สำคัญในการกำหนดในเลนส์ของแว่นตา AR คืออะไร

วันนี้ เราจะมาพูดถึงพารามิเตอร์ระยะห่างที่สำคัญภายในระบบออพติคัลของแว่นตา AR และตรรกะเบื้องหลังคำจำกัดความ

ประการแรก มีพารามิเตอร์ที่พูดอย่างเคร่งครัด ไม่ใช่ 'ระยะทาง' เอง แต่พารามิเตอร์ระยะทางอื่นๆ เกือบทั้งหมดเชื่อมโยงกันโดยเนื้อแท้ นั่นคือ ขนาดของ 'ช่องมองภาพ' ก่อนหน้านี้ เราได้กล่าวถึงแนวคิดของช่องมองภาพและผลกระทบของขนาดที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการแสดงผลแล้ว

ในที่นี้ ขั้นแรกเราจะกำหนดขนาด Eyebox เป็น 12×10 มม.

พารามิเตอร์ระยะห่างหลักตัวแรกเรียกว่า 'Eye Relief' (ต่อไปนี้จะเรียกว่า ER) ตามชื่อ หมายถึงระยะห่างระหว่างดวงตามนุษย์กับพื้นผิวของท่อนำคลื่น พารามิเตอร์นี้แสดงถึงตำแหน่งในอุดมคติของสายตามนุษย์สัมพันธ์กับท่อนำคลื่น ซึ่งเป็นค่าที่ต้องคำนึงถึงในระหว่างขั้นตอนการจำลองการออกแบบท่อนำคลื่นและกระบวนการออกแบบทางอุตสาหกรรม (ID) สำหรับแว่นตา

โดยทั่วไปแล้ว ขนาด EB (ลำแสงทางออก/รูม่านตา) ที่เรากำหนดจะขึ้นอยู่กับ ER คงที่ (การบรรเทาอาการตา) ตัวอย่างเช่น ถ้าเรากำหนดขนาด EB ไว้ที่ 12×10 มม. โดยสมมติว่า ER อยู่ที่ 14 มม. จุดสำคัญจะเกิดขึ้น: เมื่อผู้ใช้สวมอุปกรณ์และ ER จริงของพวกเขาเกิน ER การออกแบบ ขนาด EB ที่มีประสิทธิภาพจะลดลง และในทางกลับกัน หาก ER จริงมีขนาดเล็กกว่า ER การออกแบบ ขนาด EB ที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น

พารามิเตอร์ระยะห่างที่สำคัญประการที่สองคือระยะห่างของรูม่านตา (PD) ซึ่งเป็นระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของรูม่านตาซ้ายและขวา จากข้อมูลเชิงประจักษ์ในอุตสาหกรรมทัศนมาตรศาสตร์ PD สำหรับประชากรส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 58–72 มม. เช่นเดียวกับระยะจุดยอด (ระยะห่างระหว่างเลนส์และดวงตา) PD เฉพาะจะถูกเลือกเป็นค่า 'อุดมคติ' ในระหว่างกระบวนการออกแบบ เนื่องจาก 64 มม. เป็นจุดกึ่งกลางของช่วง 58–72 มม. โดยทั่วไปแล้วจะถูกกำหนดให้เป็น PD เริ่มต้น

ตามคำจำกัดความของ Exit Box (EB) ซึ่งสายตามนุษย์อยู่ตรงกลาง ตราบใดที่รูม่านตายังอยู่ภายในขอบเขตของ EB ภาพทั้งหมดจะมองเห็นได้ ด้วยเหตุนี้ ช่วง PD ที่ใช้ร่วมกันได้สำหรับจอแสดงผล AR แบบสองตาจึงถูกกำหนดให้เป็น PD ในอุดมคติที่ออกแบบมา ± มิติแนวนอนของ EB

พารามิเตอร์ระยะวิกฤตตัวที่สามคือการแยกแนวนอน/แนวตั้งระหว่างศูนย์กลางของตะแกรงอินพุตและศูนย์กลางของรูม่านทางออก (EP) นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นความยาวเส้นทางที่แสง—ที่ปล่อยออกมาจากกลไกออพติคอลและต่อเข้ากับท่อนำคลื่นผ่านตะแกรงอินพุต—เดินทางภายในท่อนำคลื่น

ระยะห่างในแนวนอนที่มากขึ้นระหว่างศูนย์กลางตะแกรงอินพุตและศูนย์กลาง EP ส่งผลให้เส้นทางการแพร่กระจายของแสงภายในท่อนำคลื่นยาวขึ้น ทำให้ยากมากขึ้นที่จะรักษาทั้งประสิทธิภาพทางแสงและความสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกลไกออพติคอลมักจะอยู่ในตำแหน่งภายในพื้นที่ส่วนปลายทั้งสองด้านของเฟรมหน้า ซึ่งหมายความว่าตำแหน่งของเลนส์จะเชื่อมโยงกับความกว้างโดยรวมของแว่นตา และเนื่องจากศูนย์กลาง EB (รูม่านตาทางออก) ถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างรูม่านตา (IPD) และได้รับการแก้ไขโดยพื้นฐานแล้ว ขอบเขตในการปรับระยะห่างนี้จึงค่อนข้างจำกัด ในการออกแบบแว่นตาทั่วไป ความกว้างของกรอบแว่นโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงที่กำหนด ดังนั้นระยะนี้โดยทั่วไปจะวัดระหว่าง 30 มม. ถึง 40 มม. (แม้ว่าอาจแตกต่างกันสำหรับการออกแบบที่ใช้การกำหนดค่าท่อนำคลื่น 'หนึ่งต่อสอง')

อีกปัจจัยหนึ่งคือระยะห่างแนวตั้งระหว่างศูนย์กลางในคัปปลิ้งและศูนย์กลาง EB (รูม่านตาทางออก) คำจำกัดความของเวกเตอร์ K ในการออกแบบเชิงแสงนั้นขึ้นอยู่กับระยะห่างนี้เป็นอย่างมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตรรกะเฉพาะที่ใช้ในการกำหนดระยะห่างในแนวตั้ง เช่น ศูนย์กลาง EB อยู่ในตำแหน่งด้านบน ในระดับเดียวกับหรือต่ำกว่าศูนย์กลางในคัปปลิ้งหรือไม่ มีอิทธิพลโดยตรงต่อการเลือกสถาปัตยกรรมออพติคัล ไม่มีข้อสรุปที่ตายตัวเกี่ยวกับผลกระทบนี้ ตัวอย่างเช่น แนวคิดที่ว่าการวางจุดเอาท์คัปปลิ้งให้สูงขึ้นจะดีกว่าสำหรับการออกแบบเสมอ เนื่องจากขึ้นอยู่กับรูปแบบการออกแบบเฉพาะ ข้าพเจ้าจะไม่ลงรายละเอียดเพิ่มเติม

ข้อมูลข้างต้นครอบคลุมพารามิเตอร์ระยะห่างหลักสามประการในคำจำกัดความของระบบออพติคอลสำหรับแว่นตา AR เป็นที่แน่ชัดว่าคำจำกัดความและการออกแบบข้อกำหนดด้านแสงไม่สามารถแยกออกจากการออกแบบทางอุตสาหกรรม (ID) ได้ ในกรณีส่วนใหญ่ มีข้อดีข้อเสียระหว่างประสิทธิภาพด้านการมองเห็นและความน่าดึงดูดทางสุนทรีย์: พารามิเตอร์ที่ปรับปรุงการวัดด้านแสงอาจไม่สอดคล้องกับข้อกำหนด ID ในขณะที่การมุ่งเน้นที่เป้าหมาย ID มากเกินไปสามารถจำกัดกระบวนการออกแบบด้านแสงอย่างรุนแรง

ด้วยเหตุนี้ แง่มุมที่สำคัญของคำจำกัดความของผลิตภัณฑ์จึงอยู่ที่การค้นหาสมดุลที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเป็นโซลูชันที่ 'เหมาะสมที่สุด' ระหว่าง ID และประสิทธิภาพด้านการมองเห็น ดังนั้นจึงสร้างเอกลักษณ์เฉพาะที่แตกต่างให้กับผลิตภัณฑ์