Messlösungen für Pancake-Optiken
Die größte Herausforderung in der Gestaltung von VR-Headsets besteht aktuell darin, eine sehr hohe Abbildungsleistung bei gleichzeitig hohem Tragekomfort zu erzielen. So müssen Gewicht und Größe der Headsets reduziert werden. Ein Augenmerk liegt daher auf der Verringerung der Dicke der Optik und des Abstands zwischen Optik und Display.
Die ersten Headset-Modelle verwendeten Fresnel-Linsen. Diese haben einen Vorteil: Sie selbst sind bereits sehr dünn und leicht. Leider ist der benötigte Abstand mit mehr als 50 mm zwischen Optik und Display recht groß. Weiterhin sind Fresnel-Linsen durch Ihre Kantenstruktur sehr anfällig für Streulicht.
Ein vielversprechender, alternativer Ansatz ist die Verwendung von Pancake-Objektiven. Diese sind zwar etwas dicker als die Fresnel-Linsen, können aber mit unter 1 mm Abstand deutlich dichter zum Display positioniert werden. Damit reduzieren sie die Größe des VR-Objektivsystems. Gleichzeitig verbessern sie durch den Wegfall der Kantenstruktur die optische Qualität, da sie weniger Streulicht anfällig sind.
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Welche Herausforderungen sind zu beachten?
Aufgrund ihrer Komplexität stellen Pancake-Objektive die Hersteller vor viele Schwierigkeiten. Fehler entstehen durch ungewollte Reflexion oder Transmission an der falschen Fläche. Diese werden als Lichtschleier, die den Kontrast des Bildes insgesamt überlagern, oder Geisterbilder, lokale Bildüberlagerungen eines Bildteils, sichtbar. So ist die präzise geometrische Positionierung aller Komponenten sehr kritisch. Im Detail gilt es folgendes zu beachten:
- Fallen die paraxialen optischen Achsen aller Flächen zusammen?
- Fallen die Asphärenachsen mit der paraxialen Systemachse zusammen?
- Sind die Mittendicken der Linsen und ihre Abstände richtig?
- Ist die Ausrichtung der einzelnen Polarisationselemente zueinander korrekt?
- Wird die geforderte Bildschärfe erreicht?
- Liegt die Austrittspupille an der richtigen Position?
Was muss gemessen werden?
TRIOPTICS’ Expertise in der aktiven Ausrichtung und optischen Messtechnik ermöglicht es unseren Kunden, bessere Pancake-Objektive für die Herausforderungen von morgen zu entwickeln und zu fertigen. Während des Herstellungsprozesses und der Qualitätsprüfung werden folgende Parameter eingestellt bzw. kontrolliert:
- Paraxiale Linsenzentrierung und Verkippung
- Verkippung und Zentrierung von Asphärenflächen
- Mittendicke und Abstände
- MTF über Eyebox und Blickfeld
- Effektive Brennweite
- Verzeichnung
- Relative Beleuchtung
- Chromatische Fehler
- Ghost & Haze
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16. März 2023 | (Conference Präsentation)
Patrik Langehanenberg, Jan-Hinrich Eggers, Daniel Winters
Metrology and alignment solutions applied for pancake lenses used in VR systems
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