Qu’est-ce que l’affichage à proximité des yeux : Composants, défis, utilisations, etc.

Optique proche de l’œil façonnent la façon dont nous voyons et interagissons avec le contenu numérique, mais la plupart des gens ne réalisent pas ce qui se passe à quelques centimètres de leurs yeux. En tant que affichage proche de l’œil Les problèmes d’inconfort visuel, de distorsion de l’image et de fatigue oculaire peuvent rapidement affecter l’expérience de l’utilisateur. Dans cet article de blog, nous allons expliquer ce que sont les l’optique de l’affichage près de l’œil et pourquoi le confort, l’immersion et les défis de mesure sont plus importants que vous ne le pensez.

1. 1. Qu’est-ce que l’affichage à proximité des yeux (NED) ?
   2. Défis de la métrologie de l’affichage à proximité des yeux (NED)
   3. Applications courantes des écrans à vision directe
   4. Précision de construction pour la prochaine génération d’affichage à proximité des yeux

Qu’est-ce que l’affichage à proximité des yeux (NED) ?

A Affichage à proximité des yeux (NED) est un type d’écran conçu pour être placé très près de vos yeux, généralement à quelques centimètres seulement. Au lieu de vous montrer un écran que vous regardez de l’autre côté de la pièce, les NEDs utilisent des méthodes intelligentes pour vous aider à comprendre ce qui se passe dans votre vie. l’optique pour les yeux proches pour créer une image virtuelle qui semble beaucoup plus grande et plus éloignée que le minuscule écran à l’intérieur de l’appareil.

Plutôt que de se concentrer sur l’écran lui-même, l’utilisateur perçoit une image qui est optiquement positionnée à une distance confortable. Cette capacité est essentielle pour créer des expériences visuelles immersives et naturelles, en particulier dans les systèmes portables où la taille, le poids et la consommation d’énergie sont étroitement limités.

C’est pourquoi les NED sont de plus en plus reconnus comme une technologie fondamentale pour les systèmes modernes de réalité augmentée et de réalité virtuelle, où les performances d’affichage, l’efficacité optique et le confort de l’utilisateur doivent être soigneusement équilibrés. Alors que l’industrie s’oriente vers des dispositifs portables plus pratiques et plus quotidiens, le rôle des écrans à vision rapprochée est passé de celui de composants expérimentaux à celui d’éléments définissant le produit.

Vous trouverez le plus souvent des NED intégrés dans des écrans montés sur la tête (HMD) et des lunettes intelligentes. réalité virtuelle (RV)/réalité augmentée (RA)et de la réalité mixte (RM).

Principaux composants optiques des écrans à vision directe

A la base, un affichage à proximité des yeux (NED) peut sembler futuriste, mais sa configuration optique est construite à partir de seulement trois composants clés. Ces éléments travaillent ensemble pour transformer un écran minuscule en une image large et confortable qui semble flotter devant vos yeux.

Affichage / Source lumineuse

Dans un système d’affichage proche de l’œil, l’écran affichagesouvent aussi appelé source lumineuse ou moteur de lumièreest le composant qui crée ou module l’image elle-même. En d’autres termes, c’est de là que provient l’image avant qu’elle ne soit guidée et façonnée par les éléments optiques.

Le moteur d’affichage/de lumière joue un rôle essentiel dans les performances visuelles globales, en influençant directement la clarté de l’image, la qualité des couleurs, la luminosité, l’efficacité énergétique et la fluidité des mouvements. Différentes technologies sont utilisées en fonction des exigences de l’application des systèmes de réalité augmentée, de réalité virtuelle ou de résonance magnétique. Technologies communes d’affichage et de moteurs légers utilisées dans les optique pour les yeux proches inclure :

• LCoS (cristaux liquides sur silicium) : Technologie de micro-affichage réfléchissant couramment utilisée dans les moteurs de lumière AR. LCoS est apprécié pour ses haute résolution et bonne uniformité de l’imageIl est souvent associé à une source d’éclairage externe et à des optiques de projection.
• MicroLED : Une technologie de micro-affichage auto-émissif qui offre une luminosité très élevée et une grande efficacité énergétique. Ces caractéristiques rendent la technologie MicroLED particulièrement intéressante pour écrans AR transparentsoù il est essentiel de s’affranchir de la lumière ambiante.
• LBS (Laser Beam Scanning) : Une approche d’affichage qui utilise un faisceau laser de balayage pour former des images. LBS permet des conceptions optiques compactes et légères et peut atteindre une luminosité élevée, ce qui en fait une option prometteuse pour les lunettes AR minces.
• OLED (diode électroluminescente organique) : Technologie d’affichage auto-émissif connue pour un temps de réponse rapide, un contraste élevé et des couleurs riches.. L’OLED est largement utilisé dans les écrans pour la RV et la RM, tandis que sa luminosité et sa durée de vie sont des éléments clés pour les applications de réalité augmentée.
• LCD (Liquid Crystal Display) : Une technologie de modulation de la lumière qui nécessite un rétroéclairage externe. Bien qu’elle soit historiquement importante, la LCD est moins couramment utilisé dans les écrans avancés pour la vision de près en raison de son contraste plus faible et de sa réponse plus lente que les solutions de micro-affichage plus récentes.
• Systèmes DLP / DMD : Systèmes utilisant des miroirs microscopiques pour moduler la lumière. Ils peuvent fournir luminosité élevée et bon contrôle de l’imagemais la taille du système, la consommation d’énergie et la complexité optique doivent être gérées avec soin dans les applications de vision de près.

Combinateur optique

Le combinateur optique contrôle la manière dont l’image générée atteint les yeux de l’utilisateur et comment elle interagit avec le monde réel. Son rôle change selon que le système est conçu pour une immersion totale ou pour mélanger le contenu numérique avec l’environnement physique.

Dans les systèmes immersifs tels que les casques VR, le combinateur aide à distribuer l’image aux deux yeux tout en bloquant la lumière extérieure, ce qui permet à l’utilisateur de se sentir complètement entouré par un environnement virtuel.

Dans les systèmes transparents, tels que les lunettes AR, le combinateur optique joue un rôle plus complexe. Il doit fusionner l’imagerie numérique avec la lumière du monde réel d’une manière qui semble naturelle, stable et visuellement confortable, de sorte que les graphiques, le texte ou les objets virtuels s’alignent de manière transparente sur l’environnement de l’utilisateur. Pour atteindre cet équilibre, il faut contrôler soigneusement l’efficacité optique, la luminosité et la transparence.

Alors que les dispositifs de réalité augmentée sont de plus en plus utilisés au quotidien, le combinateur optique est devenu l’un des composants les plus critiques et les plus difficiles à mettre en œuvre dans la conception de l’affichage proche de l’œil. Ses performances influencent fortement la taille du système, la qualité visuelle et le confort de l’utilisateur, ce qui détermine en fin de compte si un écran d’affichage proche des yeux isole l’utilisateur de la réalité ou l’améliore.

Optique d’imagerie

L’optique d’imagerie optique d’imagerie sont chargés de faire en sorte qu’un écran minuscule paraisse grand et agréable à regarder. Ces lentilles ou éléments optiques façonnent, grossissent et focalisent la lumière de sorte que l’image semble se trouver à une distance de vision naturelle plutôt que juste devant l’œil.

Il existe deux approches principales en matière de conception :

• Systèmes de formation de la pupilleLes systèmes de formation de la pupille, qui créent une image intermédiaire et aident à élargir la boîte oculaire, permettant une certaine liberté dans les mouvements de l’œil sans perdre l’image.
• Systèmes sans formation de la pupilleLes systèmes de formation de la pupille sont des systèmes qui diffusent une lumière presque parallèle dans l’œil, ce qui permet à l’image de paraître plus éloignée et de réduire la fatigue oculaire.

Leur principal objectif est d’assurer la clarté visuelle tout en permettant un mouvement naturel des yeux et un confort à long terme.

Ces trois composants fonctionnent comme un système optique unique, l’œil humain jouant le rôle d’élément final. Le générateur d’images crée le contenu visuel, l’optique d’imagerie l’agrandit et le façonne, et le combinateur optique détermine comment cette image atteint les yeux et si elle se mélange au monde réel.

Au lieu de projeter une image sur une surface physique, le système forme une image et une pupille virtuelles. Lorsque votre œil est placé dans cette région, votre lentille oculaire concentre la lumière directement sur la rétine, ce qui donne à un minuscule micro-affichage l’impression d’être un grand écran flottant dans l’espace.

Une façon utile d’envisager un affichage à proximité des yeux comme une fenêtre high-tech. Le générateur d’images est la scène peinte, l’optique d’imagerie est le verre spécial qui donne l’impression que la scène est plus grande et plus éloignée, et le combinateur optique contrôle si la fenêtre est transparente ou opaque. Ensemble, ils créent l’illusion de profondeur, de taille et d’immersion qui définit l’image de marque de l’Union européenne. l’expérience de l’affichage expérience.

Les défis de la métrologie des NED

La mesure et l’évaluation des NED, un processus connu sous le nom de métrologie, est fondamentalement différente de la mesure des écrans traditionnels. Comme ces dispositifs sont conçus pour fonctionner avec l’œil humain, les systèmes de métrologie doivent faire plus que capter la lumière. Ils doivent imiter la géométrie, le mouvement et la perception de l’œil humain lui-même. Les mesures doivent être prises dans une minuscule boîte à yeux, la pupille d’entrée de la caméra étant placée exactement à l’endroit où se trouverait un œil réel, tout en tenant compte de la rotation de l’œil et de la mise au point.

Cette exigence unique fait de la métrologie NED l’un des domaines les plus exigeants de la mesure des écrans, et elle soutient directement les deux piliers qui définissent une expérience réussie de l’œil proche : le confort et l’immersion.

Confort

Le confort détermine si un NED peut être utilisé naturellement et pendant de longues périodes sans causer de tension ou d’inconfort. La métrologie aide les ingénieurs à identifier et à réduire les problèmes qui affectent les yeux, l’équilibre et l’expérience physique globale de l’utilisateur.

L’un des défis les plus importants en matière de confort est le Conflit Vergence-Accommodation (CVA). Dans la vision quotidienne, vos yeux pivotent vers l’intérieur pour regarder un objet et faire la mise au point à la même distance. Dans de nombreux systèmes NED, cependant, les yeux peuvent converger vers un objet virtuel tout en se concentrant à une distance optique fixe. Cette inadéquation est l’une des principales causes de fatigue oculaire, fatigue, vertiges et nauséesL’utilisation de l’ACC est donc une priorité absolue, tant au niveau de la conception que de la mesure.

La conception physique joue également un rôle majeur. Parce que les NED se portent sur la tête, le poids, la taille et l’équilibre ont une incidence directe sur le confort. Même un écran visuellement excellent peut sembler inutilisable s’il est trop lourd ou mal réparti. La métrologie contribue à cet objectif en veillant à ce que les conceptions optiques permettent des facteurs de forme compacts et légers sans sacrifier les performances.

Un autre domaine clé est le placement dans l’espaceLe placement spatial, souvent décrit par le dégagement des yeux et le relief des yeux. Le dégagement oculaire correspond à la distance entre la surface optique finale et la pupille de sortie, généralement entre 20 et 25 millimètres. Le relief de l’œil est la distance entre la dernière surface optique et l’endroit où l’œil devrait idéalement être positionné. Ces distances doivent être soigneusement contrôlées pour assurer le confort, la compatibilité des lunettes et la sécurité.

Un élément étroitement lié est la boîte à yeuxqui définit la plage de positions de l’œil où l’image complète reste visible. Une boîte à paupières bien conçue permet un mouvement naturel de l’œil sans écrêtage ni distorsion de l’image. La métrologie doit mesurer à la fois la taille et l’emplacement de cette région afin de garantir un confort constant pour les différents utilisateurs.

Enfin, le système doit respecter le sens vestibulaire du corps. sens vestibulairequi régit l’équilibre et la perception de l’espace. Si les signaux visuels d’un œil ou des deux yeux ne sont pas alignés correctement, le cerveau peut les interpréter comme des informations de mouvement contradictoires, ce qui entraîne une gêne ou le mal des transports. Des mesures précises permettent d’éviter ces déséquilibres sensoriels.

Immersion

L’immersion définit le degré de réalisme et de fluidité de l’expérience virtuelle. Un NED très immersif permet de conserver un contenu numérique stable, réactif et visuellement convaincant.

Le champ de vision (FOV) est un facteur important d’immersion. Un champ visuel élargi remplit une plus grande partie de l’espace visuel de l’utilisateur et améliore sa présence, mais il s’accompagne souvent de compromis, tels qu’une résolution réduite ou une boîte oculaire plus petite. La métrologie est essentielle pour comprendre et équilibrer ces compromis.

Résolution et netteté de l’image sont également essentiels à la qualité visuelle. Si la densité des pixels est trop faible, les utilisateurs peuvent remarquer l’effet de porte d’écran, où les pixels individuels ou les espaces entre les pixels deviennent visibles. Dans les écrans d’affichage à proximité de l’œil, la résolution est souvent décrite à l’aide des termes suivants Pixels par degré (PPD)qui mesure le nombre de pixels visibles à l’intérieur d’un degré du champ de vision de l’utilisateur.

Le PPD est l’une des mesures de performance les plus importantes dans les systèmes de réalité augmentée et de réalité virtuelle, car des valeurs de PPD élevées se traduisent généralement par des images plus nettes et une expérience visuelle plus naturelle.

Les systèmes de métrologie évaluent la résolution et la clarté de l’image à l’aide d’outils tels que l’analyse de la fonction de transfert de modulation (MTF), qui permet de déterminer dans quelle mesure les détails fins sont préservés dans le système optique. En combinant les mesures PPD avec l’analyse MTF, les ingénieurs peuvent mieux évaluer si un écran offre une netteté suffisante pour une utilisation confortable et immersive.

Luminance et contraste affectent fortement le réalisme et la lisibilité. Un contraste élevé est nécessaire pour obtenir des noirs profonds dans les écrans immersifs, tandis que les systèmes AR transparents doivent garantir que le contenu numérique reste visible sur des arrière-plans lumineux et complexes du monde réel.

Temps de latence est un autre paramètre critique pour l’immersion. Tout décalage notable entre le mouvement de la tête et la mise à jour de l’image peut rompre le sentiment de présence et même provoquer le mal des transports. La précision des mesures garantit une réponse rapide et cohérente du système.

Pour les écrans transparents, profondeur de champ devient particulièrement important. Les utilisateurs doivent être en mesure de voir clairement les éléments numériques et les objets physiques sans avoir à recentrer constamment leurs yeux, faute de quoi l’immersion s’effondre rapidement.

Applications courantes des NED

Les NED sont une technologie de base pour de nombreuses expériences liées aux métavers. Ils utilisent des systèmes optiques avancés pour faire apparaître de très petits panneaux d’affichage beaucoup plus grands et plus éloignés qu’ils ne le sont en réalité. Selon la manière dont ils interagissent avec le monde réel autour de l’utilisateur, les NED sont généralement divisés en immersif et transparents chacun conçu pour des cas d’utilisation et des expériences différents.

Affichage immersif

Affichages immersifs sont conçus pour bloquer entièrement le monde physique et le remplacer par un environnement numérique. Cette approche est couramment utilisée lorsque l’objectif est une concentration et une immersion visuelles totales.

• Les casques de réalité virtuelle (RV) offrent généralement un large champ de vision, souvent de 90 degrés ou plus, et utilisent des images distinctes pour chaque œil afin de créer une forte impression de profondeur et de présence.
• Lunettes de cinéma se concentrer davantage sur la consommation de médias. Ils offrent généralement un champ de vision plus étroit, de l’ordre de 30 à 60 degrés, et sont destinés à simuler un grand écran virtuel plutôt qu’un environnement totalement interactif.

Affichage transparent

Présentoirs transparentsEn revanche, les sites Web de la Commission européenne conservent la visibilité du monde réel tout en y ajoutant un contenu numérique. Au lieu de remplacer la réalité, ils l’enrichissent d’informations utiles ou contextuelles.

• Réalité augmentée (RA) superposent des graphiques, du texte ou des objets virtuels directement dans la vue de l’utilisateur, généralement dans un champ de vision de 20 à 60 degrés. De nombreux systèmes de RA s’appuient sur optique à base de guides d’ondesqui permettent de placer discrètement les composants d’affichage sur le côté de la tête tout en gardant les lentilles transparentes.
• Lunettes intelligentes adoptez une approche plus légère. Plutôt que de remplir la vue de l’utilisateur, ils présentent de petits écrans dans la vision périphérique, ce qui permet à l’utilisateur de jeter un coup d’œil à l’information uniquement lorsque c’est nécessaire.

Cas d’utilisation dans l’industrie et chez les consommateurs

Les écrans à vision rapprochée sont largement adoptés sur les marchés industriels et grand public, avec des priorités différentes dans chaque domaine.

Autres applications

Outre la RV et la RA, la technologie NED joue également un rôle important dans les domaines suivants réalité mixte (MR) et les affichages tête haute (HUD). Bien qu’elles se ressemblent en apparence, ces deux applications ont des objectifs et des environnements très différents.

Réalité mixte (MR) va plus loin que la RA en permettant à des objets réels et virtuels d’interagir en temps réel. Au lieu de se contenter de superposer des graphiques, les systèmes MR comprennent l’environnement physique, y compris les surfaces, la profondeur et la position des objets. Cela permet au contenu virtuel de se comporter naturellement, par exemple en s’asseyant sur une vraie table ou en réagissant aux actions de l’utilisateur. En raison de ce réalisme, la RM est largement utilisée dans la formation, les revues de conception, la collaboration à distance et les simulations industrielles, où une perception précise de la profondeur, une faible latence et un alignement stable sont essentiels au confort et à l’efficacité.

Affichages tête haute (HUD) appliquer affichage proche de l’œil de manière plus ciblée en projetant les informations critiques directement dans le champ de vision de l’utilisateur. Couramment utilisés dans les véhicules et les avions, les HUD affichent des données telles que la vitesse, la navigation ou des informations sur le vol sans que l’utilisateur n’ait à détourner le regard. En alignant les informations essentielles sur la vue réelle, les HUD améliorent la connaissance de la situation, réduisent les distractions et renforcent la sécurité.

Précision de construction pour la prochaine génération d’affichage à proximité des yeux

Alors que les systèmes NED continuent d’évoluer vers des densités de pixels plus élevées, des champs de vision plus larges et des architectures optiques plus compactes, les limites des approches conventionnelles de mesure de l’affichage deviennent de plus en plus évidentes. Bon nombre des défis posés par les NED modernes ne tiennent plus uniquement à la résolution, mais à la manière dont la lumière se comporte sur des chemins optiques complexes et à la manière dont ces comportements sont perçus par l’œil humain.

À UPRtekNotre travail en métrologie NED est fondé sur les propriétés physiques de la lumière et leur interaction avec l’optique de l’œil proche. Nous nous concentrons sur les défis pratiques de mesure tels que le comportement des couleurs hors axe, la cohérence spectrale à travers la boîte oculaire et l’uniformité de la luminance dans des conditions d’observation réelles – des facteurs qui influencent directement le confort visuel et la facilité d’utilisation, mais qui sont souvent difficiles à appréhender avec des méthodes de test généralisées.

Plutôt que d’appliquer un modèle de mesure unique, nous soutenons des approches métrologiques personnalisées qui reflètent des conceptions optiques spécifiques, des géométries de boîtes à œil et des scénarios d’utilisation. Cela permet de s’assurer que les données de mesure recueillies en laboratoire restent pertinentes lorsqu’elles sont transposées dans les systèmes portables du monde réel, où le confort, la stabilité et la cohérence comptent autant que les performances brutes.

Pour en savoir plus sur la mise en pratique de ces principes, consultez notre étude de cas sur les lunettes intelligentes à IA de nouvelle générationou contactez notre équipe pour discuter des mesures à prendre en compte dans la conception de votre écran d’affichage proche de l’œil.

Autres postes :

• Techniques d’analyse des protéines : Une nouvelle ère de détection et de quantification
• Qu’est-ce qu’un colorimètre imageur ? Applications et caractéristiques
• L’éclairage centré sur l’homme dans les bureaux : Impact, avantages et système
• Qu’est-ce que l’éclairage centré sur l’humain ? Développement, applications et solutions
• Système d’imagerie pour Western Blot : Quelle machine est utilisée pour le Western Blot ?