[已解决]ar/vr目镜的设计指标和成像质量探讨

sevy

指标：适配显示器0.37寸，视场角42°，畸变-4%，焦距15mm，出瞳距离16mm，出瞳大小6mm，相对照度90%，视度调节-6~6；

1、通过显示器尺寸和视场，用像高公式f=h/tanθ，可以得到焦距值，设计时用effl控制；（是出于设计余量的考虑吗，这三个指标用公式算，有出入）

2、畸变分正负畸变，正为桶形、负为枕形，指标只要求了负畸变，是因为ar系统对负畸变比较敏感吗，就人眼而言、正负畸变都会影响观感，这点没想通；

3、出瞳距和大小，反向光路设计（如图）、入瞳直径和光阑距离设置好；
4、入瞳距，即反向光路的出瞳，操作数expp数值；很疑惑这个值需不需要控制，从http://www.optzmx.com/thread-3338-1-1.html来看，ar系统服务人眼，正常人眼的明视距离-250mm，但要考虑近视、远视、以及人眼自身的调整，这个值该怎么设，正负有什么区别；
5、相对照度，设计时控制远心和操作数reli；
6、视度调节，根据屈光度公式，位移量=f^2/1000算出，多重结构设置多个后截距；
7、成像质量mtf：有两个计算方式，
（1）像元大小计算截止频率，但该截止频率下mtf需要＞多少、不确定，目前搜索下来别人的经验值0.2差不多就够用，保险起见尽量优化好一点；
（2）人眼分辨率，极限1’来算，具体的没弄明白，参考这个帖子www.optzmx.com/thread-22523-1-1.html；有个说法是只要mtf＞0.15、人眼就看不出区别；

初步摆了一个结构：

最佳答案

月排行榜 / 总排行榜

丁丁的

2024-11-15 09:53

先看架构问题吧，如果确实是ARVR系统，而且既然指标提了出瞳距是16mm，出瞳大小是6mm，那就一定不是波导+光机架构，AR就是BB/FF, VR就是pancake，再看视场角这么小，那就一定是AR，楼主您搭的这个光学架构得改；

再有是成像质量，我建议用panel像素尺寸对应的截止频率，meta quest系列的PPD也都是20多不超过30，人眼分辨率这个标准你大可以不用考虑，视场角和panel型号都给你了，PPD就定死了；
关于EFL，我也不建议你控制，FOV,EFL,image circle知二求一，你控制FOV和像高就行了。

跳转到最佳答案楼层

无由

视场角才42°，可以用双胶合搞定

sevy

无由 发表于 2024-11-14 17:33
视场角才42°，可以用双胶合搞定

一片吗，我主要不太确定expp设置成多少合适，mtf到多少才算合格

无由

sevy 发表于 2024-11-15 09:13
一片吗，我主要不太确定expp设置成多少合适，mtf到多少才算合格

是用两个胶合镜片，大概可以搞定

微笑着哭

这里面有几个关系需要搞清楚，（1）人眼极限分辨率与解析度，按照人眼极限分辨率1′，则PPD为60；0.37的panel你没有给出多少分辨率，假设是1024*768,则FOV是42°下PPD大约为30；通过比较，实际panel达不到人眼极限分辨率，大约为2′，因此按照panel的分辨率进行设计，完全发挥出panel的性能；
                                             （2）MTF在截止频率处的百分值，这个一方面是看系统的公差，一般像近眼显示比如birdbath\pancake，大于0.1即可，本身公差不会很敏感，你设计的系统是比较传统的同轴光路，需要考虑公差的敏感性，一般来说MTF越高越好，也需要看你系统的敏感性。

丁丁的

先看架构问题吧，如果确实是ARVR系统，而且既然指标提了出瞳距是16mm，出瞳大小是6mm，那就一定不是波导+光机架构，AR就是BB/FF, VR就是pancake，再看视场角这么小，那就一定是AR，楼主您搭的这个光学架构得改；

再有是成像质量，我建议用panel像素尺寸对应的截止频率，meta quest系列的PPD也都是20多不超过30，人眼分辨率这个标准你大可以不用考虑，视场角和panel型号都给你了，PPD就定死了；
关于EFL，我也不建议你控制，FOV,EFL,image circle知二求一，你控制FOV和像高就行了。

sevy

微笑着哭 发表于 2024-11-15 09:20
这里面有几个关系需要搞清楚，（1）人眼极限分辨率与解析度，按照人眼极限分辨率1′，则PPD为60；0.37的pan ...

了解，感谢，一般panel的分辨率比人眼低，所以设计高了也没用，以panel的像元来算就可以；
为什么近眼显示系统的mtf＞0.1即可？有相关文献论证吗，我没搜到这方面的资料，望指点；

关于同轴光路，实际上是我找不到ar目镜相关的初始架构，先搭一个试试；我看birdbath的结构解析，我这个设计应该是指图里的透镜2？
发现这个设计要求重量＜35g

sevy

丁丁的 发表于 2024-11-15 09:53
先看架构问题吧，如果确实是ARVR系统，而且既然指标提了出瞳距是16mm，出瞳大小是6mm，那就一定不是波导+光 ...

明白，架构确实问题很大，重量要求＜35g，这几个镜片都40g了，
我思考了您说的AR的两个方向BB/FF，如果是BB方案、我这个设计应该是指透镜2？您看我刚回复在帖子里的图；如果是FF方案，用自由曲面透镜设计优化，应该也能达到指标？这样的话比BB方案应该更容易实现重量要求。

关于EFL，是指标定死的数值，有精度要求，设计时得控制住；如果不是硬性要求，不控制焦距、用操作数REAY/PIMH控制，这样有什么好处吗；（因为是反向设计光路、视场不能设置为实际像高吧）

sevy

无由 发表于 2024-11-15 09:19
是用两个胶合镜片，大概可以搞定

请教您大概是什么样的初始架构，可以分享一下吗；我减少镜片优化的效果很一般，刚发现重量要求35g，一限制结构直接跑飞了

丁丁的

sevy 发表于 2024-11-15 11:33
明白，架构确实问题很大，重量要求＜35g，这几个镜片都40g了，
我思考了您说的AR的两个方向BB/FF，如果是 ...

上图里不止是透镜2，整个光路包含曲面反射镜都需要你设计，视场设置是FOV，操作数控制像高