Các thông số khoảng cách chính cần xác định trong quang học của kính AR là gì?

Hôm nay, chúng ta hãy thảo luận về các thông số khoảng cách chính trong hệ thống quang học của kính AR và logic đằng sau các định nghĩa của chúng.

Đầu tiên, có một tham số—nói đúng ra—bản thân nó không phải là 'khoảng cách', tuy nhiên gần như tất cả các tham số khoảng cách khác đều có liên quan thực chất với nó: kích thước của 'hộp mắt'. Trước đây, chúng tôi đã đề cập đến khái niệm về nhãn cầu và kích thước của nó ảnh hưởng đến hiệu suất hiển thị như thế nào.

Ở đây, trước tiên chúng tôi xác định kích thước Hộp mắt là 12×10 mm.

Tham số khoảng cách phím đầu tiên được gọi là 'Eye Relief' (sau đây gọi là ER). Đúng như tên gọi, nó đề cập đến khoảng cách giữa mắt người và bề mặt của ống dẫn sóng. Tham số này thể hiện vị trí lý tưởng của mắt người so với ống dẫn sóng—một giá trị phải được tính đến trong cả giai đoạn mô phỏng thiết kế ống dẫn sóng và quy trình thiết kế công nghiệp (ID) cho kính mắt.

Nói chung, kích thước EB (chùm tia thoát/đồng tử) mà chúng tôi xác định dựa trên ER (giảm mắt) cố định. Ví dụ: nếu chúng tôi xác định kích thước EB là 12×10 mm giả sử ER là 14 mm thì điểm quan trọng sẽ phát sinh: khi người dùng đeo thiết bị và ER thực tế của họ vượt quá ER thiết kế thì kích thước EB hiệu quả sẽ giảm—và ngược lại, nếu ER thực tế nhỏ hơn ER thiết kế thì kích thước EB hiệu quả sẽ tăng.

Thông số khoảng cách quan trọng thứ hai là Khoảng cách đồng tử (PD)—khoảng cách giữa tâm của đồng tử trái và phải. Theo dữ liệu thực nghiệm trong ngành đo thị lực, PD của đại đa số dân số nằm trong phạm vi 58–72 mm. Tương tự như khoảng cách đỉnh (khoảng cách giữa thấu kính và mắt), một PD cụ thể được chọn làm giá trị 'lý tưởng' trong quá trình thiết kế; cho rằng 64 mm là điểm giữa của phạm vi 58–72 mm, nó thường được thiết lập làm PD mặc định.

Dựa trên định nghĩa của Hộp Thoát (EB)—nơi mắt người được đặt ở trung tâm—miễn là đồng tử vẫn nằm trong ranh giới của EB thì toàn bộ hình ảnh sẽ được hiển thị. Do đó, phạm vi PD tương thích cho màn hình AR hai mắt được xác định là PD lý tưởng được thiết kế ± kích thước ngang của EB.

Tham số khoảng cách tới hạn thứ ba là khoảng cách ngang/dọc giữa tâm của cách tử đầu vào và tâm của đồng tử thoát (EP). Điều này cũng có thể được hiểu là độ dài đường đi mà ánh sáng—phát ra từ động cơ quang học và được ghép vào ống dẫn sóng thông qua cách tử đầu vào—di chuyển trong ống dẫn sóng.

Khoảng cách theo chiều ngang lớn hơn giữa tâm cách tử đầu vào và tâm EP dẫn đến đường truyền ánh sáng trong ống dẫn sóng dài hơn, khiến việc duy trì cả hiệu suất quang học và tính đồng nhất ngày càng khó khăn. Tuy nhiên, do cơ cấu quang học thường được đặt ở khu vực cuối ở hai bên của khung trước—có nghĩa là vị trí của nó được liên kết với chiều rộng tổng thể của kính mắt—và vì tâm EB (đồng tử thoát) được xác định bởi khoảng cách giữa các hạt (IPD) và về cơ bản là cố định nên phạm vi điều chỉnh khoảng cách này khá hạn chế. Trong các thiết kế kính mắt thông thường, chiều rộng gọng kính thường nằm trong một phạm vi cụ thể; do đó, khoảng cách này thường nằm trong khoảng từ 30mm đến 40mm (mặc dù điều này có thể khác nhau đối với các thiết kế sử dụng cấu hình ống dẫn sóng 'một đến hai').

Một yếu tố khác là khoảng cách thẳng đứng giữa tâm khớp nối trong và tâm EB (đồng tử thoát). Định nghĩa của vectơ K trong thiết kế quang học phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách này; nói cách khác, logic cụ thể được sử dụng để xác định khoảng cách theo chiều dọc này—chẳng hạn như tâm EB được đặt ở vị trí bên trên, cùng mức với hoặc bên dưới tâm khớp nối trong—ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn kiến ​​trúc quang học. Không có kết luận cố định nào về hiệu ứng này—ví dụ: quan điểm cho rằng việc đặt điểm khớp nối ngoài cao hơn luôn tốt hơn cho thiết kế—vì nó phụ thuộc vào sơ đồ thiết kế cụ thể; do đó, tôi sẽ không giải thích thêm.

Phần trên bao gồm ba thông số khoảng cách chính trong định nghĩa hệ thống quang học cho kính AR. Rõ ràng là định nghĩa và thiết kế các thông số kỹ thuật quang học không thể tách rời khỏi kiểu dáng công nghiệp (ID). Trong hầu hết các trường hợp, luôn có sự cân bằng giữa hiệu suất quang học và tính thẩm mỹ: các thông số nâng cao số liệu quang học có thể không phù hợp với yêu cầu ID, trong khi việc tập trung quá mức vào mục tiêu ID có thể hạn chế nghiêm trọng quá trình thiết kế quang học.

Do đó, khía cạnh quan trọng của việc xác định sản phẩm nằm ở việc tìm ra sự cân bằng tối ưu—một giải pháp 'phù hợp nhất'—giữa ID và hiệu suất quang học, từ đó thiết lập nhận dạng duy nhất, khác biệt cho sản phẩm.