Fallstudie: Testlösung für augennahe Displays: Optische Klarheit für die nächste Generation von AI Smart Glasses

Hintergrund: Der Aufstieg der KI-Smart Glasses

Mit der zunehmenden Verbreitung von KI-gesteuerten Smart Glasses wächst der Druck auf die Hersteller, ein Display zu entwickeln, das sich natürlich anfühlt, gut lesbar und visuell angenehm ist. Echtzeit-Übersetzung, Navigationshinweise und Kontextinformationen sind nur dann sinnvoll, wenn der projizierte Text und die Grafiken im Blickfeld des Benutzers scharf bleiben.

Ende 2024 wandte sich ein führender Entwickler von tragbaren Technologien mit einer Herausforderung an UPRtek: Sein neuester Prototyp einer KI-Brille war zwar funktional stark, aber frühe Tester berichteten von Problemen wie verschwommenem Mikrotext, Farbsäumen und spürbaren Ungleichmäßigkeiten bei der Verwendung im Freien.

Kundenherausforderung: Miniaturisierung trifft auf optische Realität

Um die Brille leicht zu halten, hat das Optikteam ein kompaktes Mikrodisplay mit einem wellenleiterbasierten Kombinator integriert. Während der Systemintegration wurden bei der Messung der optischen Leistung des Wellenleiters jedoch mehrere Artefakte festgestellt, darunter:

• Streulicht-induzierte Geisterbilder, die durch unbeabsichtigte interne Reflexionen innerhalb des Wellenleiters verursacht werden.
• Wellenlängenabhängige Farbtrennung, die durch beugendes Auskopplungsverhalten bei bestimmten Betrachtungswinkeln entsteht.
• Reduzierte wahrgenommene PPD (Pixel pro Grad) aufgrund der MTF-Beschränkungen des Waveguides, was die Klarheit des AI-generierten Mikrotextes beeinträchtigt.
• Ungleichmäßigkeit der Austrittspupille (Helligkeitsabfall) in den Randbereichen.

Diese Symptome erschwerten es den Nutzern, KI-Benachrichtigungen schnell zu lesen, was den Bedarf an einem wiederholbaren, laborgeprüften Arbeitsablauf für augennahe Displays verdeutlichte, der die optische Qualität von der Light Engine bis zur kompletten Brillenbaugruppe validieren konnte.

Analyse des Regenbogeneffekts in optischen Wellenleitern für AI-Gläser

Optische Messlösung von UPRtek für KI-Smart Glasses

Der Kunde bewertete mehrere NED-Messsysteme, bevor er sich für UPRteks Lösung zur Prüfung von augennahen Displays entschied, vor allem, weil sie so viel bietet:

• Hochauflösende PPD-Auswertung (bis zu 151 MP), abgestimmt auf ihre Mikro-Display-Spezifikation
• Wellenleiter-spezifische Artefakterkennung
• Ein Simulationsmodell für das menschliche Sehen, das Labormessungen mit der realen Wahrnehmung des Benutzers korreliert
• Kalibrierungswerkzeuge, die für ihr kompaktes Prototyping-Labor geeignet sind

Am wichtigsten waren Genauigkeit und Korrelation: Das Ingenieurteam wollte Messungen, die das widerspiegeln, was reale Benutzer erleben, und nicht nur das, was eine Kamera aufnimmt.

Ergebnis: Verbesserte optische Klarheit für KI-Brillen

Nach der Verfeinerung der Wellenleiterparameter und der Wiederholung des NED-Testzyklus erzielte der Kunde ein Ergebnis:

• Die Gleichmäßigkeit der Ränder wurde um 28 % verbessert, wodurch störende Helligkeitsschwankungen im gesamten Sichtfeld reduziert werden.
• Ghosting-Artefakte wurden um 50% reduziert, was durch eine fokussierte Streulicht-Ghosting-Analyse bestätigt wurde.
• Eine höhere PPD-Leistung ermöglichte es Nutzern, KI-generierten Text in einer Höhe von 2-3 px bequem zu lesen, wie die PPD-Messung für Smart Glasses ergab.
• Die Ablesbarkeit im Freien wurde spürbar konsistenter, selbst bei helleren Umgebungsbedingungen.

Die verbesserte Optik ermöglichte es dem AI UX-Team, kleinere Beschriftungen und detailliertere Oberflächenelemente zu entwerfen – etwas, das vor dem Messabgleich nicht möglich war.

Implementierung: Etablierung eines vollständigen NED-Test-Workflows

Während eines dreiwöchigen Einsatzes arbeiteten die Ingenieure von UPRtek mit den optischen und KI-UX-Teams des Kunden zusammen, um einen messbaren Arbeitsablauf zu entwickeln.

1. Charakterisierung von Mikro-Displays

Wir haben die native Auflösung, die Subpixel-Ausrichtung, die Gleichmäßigkeit der Luminanz und das Kontrastverhältnis geprüft, um festzustellen, ob die Artefakte vom Display oder vom Waveguide herrühren.

2. Bewertung des optischen Pfades eines Wellenleiters

Wir haben unser Wellenleitertestmodul als Teil unserer optischen Leistungsmessung für Wellenleiter verwendet und überprüft:

• Form und Verteilung der Austrittspupille
• Optische Effizienz und Streulicht
• Farbverschiebung von ein- und auskoppelnden Strukturen

Dieser Schritt bestätigte, dass die meisten Probleme mit der Lesbarkeit vom optischen Kombinator und nicht vom Display ausgingen.

3. Korrelation zwischen menschlicher Sicht und Streulicht Ghosting-Analyse

Durch simulierte visuelle Beobachtung haben wir bewertet:

• Klarheit von AI-Text in kleinen Schriftarten
• Kontrast sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Umgebungsbedingungen
• Verzerrung über mehrere Eye-Box-Positionen hinweg
• Gleichmäßigkeit von Kante zu Kante

Diese Tests halfen dabei, die technischen Messungen mit der realen Wahrnehmung des Trägers abzugleichen.

Fazit

KI-Funktionen bieten nur dann einen echten Mehrwert, wenn sie von einer hochwertigen optischen Leistung unterstützt werden. UPRtek’s Near-Eye Display Testing Solution bietet die notwendigen Diagnosewerkzeuge, um Artefakte im Wellenleiter zu beseitigen und Ihren Prototyp in eine produktreife optische Plattform zu verwandeln.

Um die visuelle Klarheit und Einheitlichkeit Ihrer AI-Brille zu optimieren, wenden Sie sich an das Team von UPRtek, um eine professionelle optische Messung durchführen zu lassen.

Für weitere Informationen über diese Produkte wenden Sie sich bitte an sales_3@uprtek.com.