Messlösungen für Augmented und Virtual Reality Headsets
Während der letzten Jahrzehnte hat die Digitalisierung unser Leben zunehmend beeinflusst. Augmented und Virtual Reality Produkte verändern nun die Realität wie wir sie bisher kennen. Unsere reale Umwelt wird mit digitalen Bildern ersetzt (engl. Virtual Reality – VR) oder durch digitale Daten erweitert (engl. Augmented Reality – AR). TRIOPTICS bietet verschiedene Messlösungen für AR und VR Optiken und ermöglicht somit die Herstellung von immer hochwertigeren AR und VR Produkten.
AR Headset
Das komplette AR-Headset besteht aus zwei Near-Eye Displays (NEDs), Waveguides/Combiner, Projektor/Light engine, Sensoren wie z.B. Lagesensoren, Kameras und einer Eye-tracking Einheit. Die Ausrichtung der beiden NEDs (Stereo-Alignment) dient zum allgemeinen Tragekomfort und zur Vermeidung von Übelkeit beim Tragen des Headsets. Ein Test des kompletten Headsets ist üblicherweise der letzte Schritt in der Produktion.
Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld in VIS und NIR
- Absolute Helligkeit, Uniformität, und Farbtreue
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye-relief-Abstands
- Messung der virtuellen Objektentfernung
- Messen der Ausrichtung der NEDs zueinander: Divergenz, Dipvergenz, Rotation und Abstand der Eye Boxes
Near-Eye-Display
Das Near-Eye-Display (NED) bestehend aus Projektor und Waveguide/Combiner projiziert das virtuelle Bild überlagernd mit der realen Umgebung in das menschliche Auge. Oft werden 2 NEDs, eines pro Auge, zu einem Headset kombiniert.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld in VIS und NIR
- Absolute Helligkeit, Uniformität und Farbtreue
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye-relief-Abstands
- Messung der virtuellen Objektentfernung
Projektor
Der Projektor stellt ein Bild der Computer-generierten Teile der AR-Ansicht dar, das über den Waveguide/Combiner in das Auge des Benutzers projiziert wird. Er besteht aus einer Display-Einheit (basierend auf z.B. LCOS, Micro-LED, Laser Beam Scanning) und einer Optik, die das generierte Bild auf eine virtuelle Entfernung abbildet.
Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld in VIS und NIR
- Absolute Helligkeit, Uniformität und Farbtreue
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye-relief-Abstands
- Messung der virtuellen Objektentfernung
- Messung der Zentrierung von optischen Elementen zueinander
Montage
Ausrichten von optischen Elementen zueinander für optimale Zentrierung und Positionierung
Eye-Tracking Kamera (NIR)
AR Headsets messen kontinuierlich die Blickrichtung und den Abstand der Pupillen des Benutzers, um ein korrektes virtuelles Bild errechnen zu können.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld
- OECF (Opto-Electronic Conversion Function)
- Defekte Pixel
- Verkippung und Fokussierung Optik-Bildebene zu Sensor
Montage
Automatisches Ausrichten von Optik zu Bildsensor und optimaler Fokusposition
Waveguide
Der Waveguide/Combiner überlagert die reale Umgebung mit dem digital erzeugten Bild des Projektors. Die Vermessung von sowohl Reflexions- als auch Transmissions-Waveguides in vielen Größen und Geometrien ist möglich.
Die Güte der Waveguides ist entscheidend für die visuelle Qualität des AR-Erlebnisses.
Testparameter
- Bildschärfe (MTF)
- Verzeichnung
- Laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel)
- Effizienz
- Jeweils über das Blickfeld, Eye box, Objektabstand, Eye relief in Reflexion und Durchsicht in VIS und NIR
Außenkameras (VIS & NIR)
AR-Headsets verfügen meist über mehrere VIS- und NIR-Kameras zum Aufnehmen der Umgebung, z.B. zur Objekt- oder Marker-Erkennung.Testparameter
- OECF (Opto-Electronic Conversion Function), Farbwiedergabe (CRI, Colour Rendition Index)
- Defekte Pixel
- Verkippung und Fokussierung der Optik-Bildebene zum Sensor
Montage
Automatisches Ausrichten von Optik zu Bildsensor und optimaler Fokusposition
“Der VR- und AR-Markt bietet ein großes Wachstumspotential. TRIOPTICS begleitet diese Entwicklung von Beginn an.”
Dr. Stefan Krey | Chief Technology Officer
VR Headset
Das komplette Headset besteht aus dem VR-Projektor, Sensoren wie z.B. Lagesensoren, Kameras und einer Eye-tracking-Einheit. Ein Komplett-Test des Headsets ist üblicherweise der letzte Schritt in der Produktion.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld in VIS und NIR
- Absolute Helligkeit, Uniformität, und Farbtreue
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye-relief-Abstands
- Messung der virtuellen Objektentfernung
- Messen der Ausrichtung der NEDs zueinander: Divergenz, Dipvergenz, Rotation und Abstand der Eye Boxes
Außenkameras (VIS & NIR)
VR-Headsets verfügen oft über mehrere VIS- und NIR-Kameras zum Aufnehmen der Umgebung, z.B. zur Objekt- oder Marker-Erkennung.
Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld
- OECF (Opto-Electronic Conversion Function), Farbwiedergabe
- Defekte Pixel
- Verkippung und Fokussierung Optik-Bildebene zu Sensor
Montage
Automatisches Ausrichten von Optik zu Bildsensor und optimaler Fokusposition
VR-Projektor
Der VR-Projektor stellt dem Auge das virtuelle Bild dar. Er besteht aus einem Display und der Projektionsoptik – meist je eine pro Auge. Die Ausrichtung der beiden Projektionsoptiken (Stereo-Ausrichtung) dient zur Vermeidung von Übelkeit beim Tragen des Headsets sowie des generellen Tragekomforts.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Hauptstrahlwinkel) über das Blickfeld in VIS und NIR
- Absolute Helligkeit, Uniformität und Farbtreue über das Blickfeld
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye relief-Abstands
- Messung der virtuellen Objektentfernung der Projektionsoptik
- Ausrichtung der beiden Einzel-Projektoren zueinander: Blickrichtung (Divergenz, Dipvergenz)
Montage
Automatisches stereoskopisches Ausrichten der Projektionslinsen zum Display
Eye-Tracking Kameras (NIR)
AR- und VR-Headsets messen kontinuierlich die Blickrichtung und den Abstand der Pupillen des Benutzers, um ein korrektes virtuelles Bild errechnen zu können.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, laterale chromatische Fehler (Chief-Ray-Angle) über das Blickfeld
- OECF (Opto-Electronic Conversion Function)
- Defekte Pixel
Montage
Automatisches Ausrichten von Optik zu Bildsensor und optimaler Fokusposition
Projektionsoptik
Die Projektionsoptik projiziert das 2D-Bild des Displays in eine virtuelle Objektentfernung, die vom Auge aufgenommen werden kann. Oft werden Pancake-, Fresnel- oder Freiformoptiken verwendet, um die Bauhöhe möglichst gering zu halten.Testparameter
- Bildschärfe (MTF), Verzeichnung, Brennweite, chromatische Fehler über das Blickfeld und die Eye box in VIS und NIR
- Messung der Lage der Austrittspupille und des Eye-relief-Abstands
- Streulicht (Veiling Glare)
Montage
Ausrichten von optischen Elementen zueinander für optimale Zentrierung und Positionierung
Augensimulator
Im menschlichen Auge tritt Licht durch die Pupille ein und wird von einer kristallinen Linse auf die Netzhaut fokussiert. Die Lichtmenge, die auf die Netzhaut trifft, wird durch die Iris bestimmt, die den Durchmesser und die Größe der Pupille steuert. Die ImageMaster® VR Systeme bilden diese Funktion des biologischen Auges nach. Eine Kamera mit verstellbarem Fokus überträgt die erzeugten Testbilder auf einen Bildsensor. Die Kamera übernimmt dabei die Funktion der menschlichen Pupille und der Bildsensor die Aufgaben der Netzhaut.Eyebox scanning
VR und AR Headsets müssen ein einheitliches, realistisches und angenehmes Bild erzeugen und dies für viele unterschiedliche Personen. Da der menschliche Kopf individuell geformt ist, müssen Unterschiede, wie z.B. verschiedene Pupillenabstände, berücksichtigt werden. Die Testgeräte der ImageMaster® AR/VR Serie, vermessen die Testbilder daher innerhalb einer bestimmten Begrenzung – der sogenannten Eyebox.Falschlicht
Falschlicht kann unerwünschte Effekte wie Geisterreflexe in der Bildebene verursachen, die den Bildkontrast reduzieren können. Für eine optimale Bildqualität müssen Optikdesigner in der Lage sein, Falschlichteffekte, die zum einen durch die facettenartige Struktur von Fresnellinsen und zum anderen durch Schäden oder Verunreinigungen auf der Linsenoberfläche entstehen können, effektiv zu charakterisieren. Die Produkte der ImageMaster® AR/VR Serie messen den Veiling Glare Index und ermöglichen so eine Optimierung des Optikdesigns von VR und AR Brillen.
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