Het verschil tussen Pancakelenzen en de huidige fresnellenzen in VR-headsets

  • apr 26, 2022
  • 6 minuten

Wat hebben de HTC Vive Flow, EM3 Ether, en het aankomende Project Cambria van Meta gemeen? Naast een stijlvol en dun ontwerp, de Pancake lens technologie. Dus wat zijn de verschillen tussen de Pancake optiek en de huidige virtual reality lenzen en wat betekent dit voor de toekomst van VR HMDs?

De huidige Fresnel lenzen

Wanneer consumenten en bedrijven, die niet geïnvesteerd zijn in de VR/AR nieuwsstromen, denken aan virtual reality HMD’s, dan denken ze aan lompe schoenendozen die op iemands hoofd worden vastgebonden. Dit is waar, ook al hebben ontwerpafdelingen sinds de heropleving van VR in 2012 geprobeerd om deze drempel te omzeilen. Zelfs technologieliefhebbers en deskundigen uit de sector kennen overvloedige details over het beeldscherm in VR-headsets: wat is de pixeldichtheid per inch? Is de vernieuwingsfrequentie hoog? Hoe nauwkeurig is de kleur van het scherm? En ga zo maar door. Maar terwijl het scherm van vitaal belang is, is het glas, of plastic, even cruciaal.

Fresnel-lenzen werken net als vuurtorens: zij richten en versterken een bestaande lichtbron. De oorsprong ervan gaat terug tot het begin van de jaren 1800 door Augustin Fresnel en heeft als bijnaam: “de uitvinding die een miljoen schepen heeft gered”. De lens werkt als een ring van kristallijne prisma’s die in een gefacetteerde, “bijenkorfachtige” koepel zijn gerangschikt en gebroken licht weerkaatsen.

Grof gezegd, zijn de huidige virtual reality HMD’s alsof je een vuurtoren-straal scherm op je gezicht hebt vastgebonden. Hiervoor is natuurlijk veel ruimte nodig tussen het scherm en de Fresnel-lens zelf. Het gevolg is dat de headset zwaarder wordt en een grotere vormfactor krijgt.

Quest 2 Pro Leak - VR Expert -1

De opkomst van het ontwerp van de Pancakelens

Binnen de technologie is het een feit dat technologie steeds betaalbaarder wordt en steeds compacter probeert te worden. Deze twee natuurwetten gelden zowel voor smartphones, laptops, chips als VR- en AR-headsets.

Augmented reality streeft naar betaalbaarheid en dunheid, en wordt aangedreven door iteraties van het nieuwe golfgeleiderontwerp. Toekomstige virtual reality HMD’s zullen waarschijnlijk worden aangedreven door de Pancake lens technologie.

De Pancake-technologie zelf is niet nieuw. De militaire en wetenschappelijke gemeenschap gebruikte Pancake-optica jaren voordat virtual reality het overnam. We zagen voor het eerst een prototype van een Pancake VR-headset in 2015 van eMargin, met Kopin, de toonaangevende ontwikkelaar van wearable headset-componenten, gevolgd door hun iteratie in 2017, genaamd Kopin Elf.

Hoewel Huawei, HTC, Pico, en EM3, recentelijk commerciële headsets hebben uitgebracht of conceptuele voorbeelden hebben laten zien van wat mogelijk is. In wezen veranderen VR HMD’s met pancake technologie de lompe perceptie van virtuele realiteit in stijlvolle modesymbolen met een dunner en lichter ontwerp, waardoor virtuele realiteit toegankelijker wordt voor de eerste meerderheid van de consumenten.

In feite wordt de VR-markt uitgebreid ten voordele van iedereen binnen de sector. Natuurlijk, hoe groter de markt, hoe geavanceerder en innovatiever VR/AR wordt en hoe beter de sector wordt.

De verschillen tussen Pancake- en Fresnel-lenzen en wat dat allemaal betekent

Kopin kondigde midden juni 2021 een volledig plastic pancakelensontwerp aan met de naam P95, dat volgens Dr. John C.C. Fan, CEO en oprichter van Kopin Corporation, “specifiek geoptimaliseerd is voor gebruik met onze 2,6K x 2,6K OLED microdisplays met hoge helderheid. Deze nieuwe technologie zou ideaal zijn voor VR”, en vervolgt dat “deze belangrijke doorbraak een fundamentele mijlpaal betekent voor de opkomende VR-markten. Grote, zware headsets zijn jarenlang een grote belemmering geweest voor een snellere acceptatie door consumenten.”

Bij het vergelijken van Fresnel en Pancake zijn er een paar factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Waar het schermlicht vandaan komt en de vorm van de lens. De tijd die het licht nodig heeft om de lens binnen te gaan en de tijd die het nodig heeft om de lens te verlaten. En ook de golflengte (kleur) van het licht zelf.

De Fresnel-optiek biedt een breed gezichtsveld in vergelijking met de Pancake-optiek, maar is gevoelig voor chromatische aberraties (beeldschaduwen/overlappende kleuren). Bovendien moet de softwarekalibratie, die veel rekenkracht vergt, rekening houden met de Fresnel-lens die bekend staat als “speldenkussenvervorming”. Deze vervorming is te vergelijken met een beeld dat in alle vier de hoeken wordt uitgerekt. De software moet het beeld dan kunstmatig verder uitrekken om het beeld dat de drager ziet te normaliseren, en dat alles in real time.

Pancake daarentegen werkt door veel lenzen in een boog samen te vouwen, waardoor het licht binnen het glas of plastic wordt weerkaatst. In feite wordt de afstand tussen de ogen van de drager en het scherm kleiner. Hierdoor kunnen VR HMD’s dunner en lichter worden, terwijl er ook rekenkracht vrijkomt, omdat het vervormingsprobleem bij de Pancake niet aanwezig is. Tenslotte heeft het Pancake ontwerp niet de chromatische aberratie zoals de Fresnel.

Het nadeel van de Pancake-optiek, in vergelijking met Fresnel, komt voort uit het kaatsen van licht in de lens zelf, wat resulteert in een lage lichtefficiëntie. Kortom, het beeld dat de drager waarneemt, wordt er minder helder door en daarom heeft John C.C. Fan, de oprichter van Kopin, erop gewezen dat de P95 Pancake-lens goed werkt met “microbeeldschermen met hoge helderheid”. Bovendien is het probleem van ghosting ook een plaag voor de Pancake lens.

Samenvattend biedt Pancake meer voordelen dan nadelen in vergelijking met Fresnel, zowel wat betreft de waargenomen beeldkwaliteit als de aanzienlijk slankere en lichtere vormfactor die Pancake mogelijk maakt.

Conclusie

Net als augmented reality is VR op weg naar een slankere en lichtere toekomst. Een ontwerpfilosofie die de VR-markt uitbreidt, omdat gewone consumenten belangstelling zullen hebben voor een VR HMD. Hierdoor zal de markt voor virtual reality zich verder ontwikkelen en zullen er meer aanvullende diensten komen die de technologie verder zullen voortstuwen.

De beste indicator van deze trend was de uitgebrachte HTC Vive Flow, waarbij de nadruk lag op een stijlvol ontwerp, een breder klantensegment en differentiatie op niet-technische elementen zoals meditatie.

De technologie achter deze trend is het ontwerp van de pancake lens, op zich niets nieuws maar revolutionair voor VR HMDs. Het zal zorgen voor stijlvolle ontwerpen die een breder publiek aantrekken en in staat zijn om zichzelf los te koppelen van externe apparaten zoals een capabele laptop of smartphone.

In 2022 en daarna zal virtual reality zowel qua hardware als qua gebruiksmogelijkheden zich ten volle ontwikkelen, en de technologie waarover nog niet genoeg wordt gesproken, het ontwerp van de Pancake-optiek, is hiervoor de drijvende kracht.

Aanbevolen artikelen

Discussion

Geef een antwoord

You are now on the VR Expert Business site in the Netherland region
×

Winkelwagen

Deze website maakt gebruik van cookies om ervoor te zorgen dat je de beste ervaring krijgt. Als je doorgaat met het gebruiken van de website, gaan we er vanuit dat je hiermee instemt.