Spezifische Sicht- und Messbedingungen für die Vermessung von NED-systemen
NEAR-EYE DISPLAY (AR/VR/MR)
Near-Eye-Displays (NEDs) werden sowohl als Konsumerprodukte für die der reale und virtuelle Welt aber auch im Metaversum zunehmend wichtiger. Dies gilt sowohl für Augmented Reality (AR), Virtual Reality (VR) als auch für Mixed Reality (MR) Near-Eye-Displays. Sie bestehen in der Regel aus einer kleinen Display-Einheit, z.B. einem Mikrodisplay oder Lasern und einem (abbildendem) optischen System. Dieses erzeugt ein virtuelles Bild, das von dem Menschen, der das NED-System trägt, betrachtet werden kann. Dennoch sieht sich die vergleichsweise junge Technologie einigen Herausforderungen gegenüber. Dazu gehören die Vermeidung von Ermüdungserscheinungen oder Schwindelgefühl (z.B. ausgelöst durch den Vergence-Accomodation-Konflikt) bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildqualität in Bezug auf Sichtfeld, Leuchtdichte, Kontrast, Auflösung etc.. Auch die Quantifizierung der Eigenschaften der Eye Box, wie z.B. deren Lage oder Größe sowie die Transmissionseigenschaften von AR-Geräten, sind wichtige relevante Messgrößen. All dies gilt für den monokularen als auch für den binokularen Betrachtungsfall, bei dem all diese Eigenschaften durch das rechte und linke Auge miteinander interagieren.
Herausforderungen in der NED-Messtechnik
Die Herausforderung bei der Photometrie für NEDs besteht darin, dass das Messgerät, z.B. die Leuchtdichtekamera, die geometrische Situation des menschlichen Auges - platziert im NED-System - bis zu einem gewissen Grad nachahmen muss. Die relevanten Aspekte sind:
- Das Auge bzw. die Eintrittspupille des Auges befindet sich innerhalb der Eyebox, die in der Regel nahe der letzten physischen Oberfläche der NED liegt (typischerweise etwa 25 mm).
- Der Pupillendurchmesser des menschlichen Auges ist - je nach Adaptationszustand - zwischen 2 mm und 5 mm breit (das heißt, auch die gesamte Eyebox kann in dieser Größenordnung sein)
- Das Rotationszentrum des Auges liegt etwa 10 mm hinter der Eintrittspupille, wodurch sich die Position der Pupille relativ zur optischen Achse bei Augenrotation verändert, insbesondere bei großen Rotationswinkeln
Normalerweise spielen diese Aspekte bei photometrischen Messanwendungen keine Rolle, da es entweder keine virtuellen Bilder gibt oder die virtuellen Bilder eine viel größere "Eye box" haben (z.B. bei Head-Up-Displays). Messgeräte bzw. Leuchtdichtekameras für NED-Systeme müssen diese Aspekte jedoch berücksichtigen, da sie bei virtuellen Bildern mit einer kleinen Eye Box und mit ihrer Eintrittspupille auf der Augenposition, also in einem sehr kurzen Messabstand zu den NEDs, eingesetzt werden müssen.
Unsere Lösung
Neben unseren konoskopischen Objektiven, die für auf Pupillenrotation (pupil rotation - Rotationszentrum in der Eintrittspupille des Objektivs) basierende Homogenitätsbewertungen mit großem Sehfeld verwendet werden können, sind die NED-Objektive von TechnoTeams so konzipiert, dass die Eintrittspupille außen, d. h. vor dem Objektiv liegt. Auf diese Weise ist eine Ausrichtung in der Eyebox möglich ohne,. dass das Objektiv mit dem NED-System kollidiert.. Die Objektive haben entweder von Haus aus eine kleine Eintrittspupille oder können mit austauschbaren, individuell kalibrierten Blenden ausgestattet werden, um verschiedene Adaptations- und Fokuszustände des menschlichen Auges zu imitieren. Um verschiedene Fokuszustände abzudecken, sind die NED-Objektive mit verschiedenen kalibrierten Fokusoptionen ausgestattet.
Die NED-Objektive sind in verschiedenen Brennweiten erhältlich, um zwischen Anwendungen mit großem Sichtfeld (z.B. Homogenitätsbewertung für VR) und Anwendungen mit hoher Auflösung (Screen-Door-Effekt von VR oder MTF-Bewertung von NEDs im Allgemeinen) zu wählen. Alle Display Add-Ons von TechnoTeam, wie BlackMURA oder Resolution, können ebenfalls verwendet werden.
Darüber hinaus ermöglicht das kompakte und leichte Design der LMK-Kameras eine einfache Integration in mechanische Systeme, die eine Drehung um das korrekte Rotationszentrums des Auges ermöglichen (eye rotation - Rotationszentrum 10 mm hinter der Eintrittspupille des Objektivs). Beispiele hierfür sind Goniometer, mechanische Achsen, Hexapoden und Industrieroboter wie unser LMK Position.
Physikalisches Prinzip der Wechselwirkung zwischen Brennweite und Winkelauflösung bei verschiedenen Sichtfeldern für unterschiedliche Bildsensorgrößen (𝒑’=𝟑.𝟒𝟓 μ𝒎)
Um mehr über NED-Messtechnik und unsere spezifischen Lösungen zu erfahren, schauen Sie sich gerne unsere NED-Objektive und Publikationen an. Klicken Sie dazu auf die unten befindlichen Links.
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