Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
IEC TR 63145-1-1： eyewear display 通用术语标准解读
IEC TR 63145-1-1:2020 — 眼镜式显示器 — 第1-1部分：通用术语
一、制定 eyewear display 通用术语标准的必要性
随着增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）设备的快速发展，迫切需要标准化术语来描述眼镜式显示器的性能和特性。IEC TR 63145-1-1通过建立全面的词汇和定义体系来满足这一需求，涵盖光学参数、图像质量指标、人机工程学考量和测量方法。
眼镜式显示器（也称为头戴式显示器HMD、智能眼镜或近眼显示器）相比传统平板显示器面临着独特的测量和表征挑战。光路涉及多个元件，包括波导、合束器、微显示器和投影光学系统，所有这些都必须精确对齐和校准，才能提供令人满意的用户体验。如果没有标准化的术语，比较不同制造商的产品或评估跨代际的技术改进将变得不可靠。
| 术语 | 缩写 | IEC TR 63145-1-1定义 | 典型测量单位 |
|---|---|---|---|
| 视场角 | FOV | 用户眼部可见显示内容的角范围 | 度（°） |
| 眼距 | ER | 最后光学表面到用户角膜顶点的距离 | 毫米（mm） |
| 出射光瞳 | EP | 从目镜光学系统出射的光束直径 | 毫米（mm） |
| 虚像距离 | VID | 人眼到虚像平面的表观距离 | 米（m）或屈光度（D） |
| 亮度均匀性 | LU | 整个视场内最小亮度与最大亮度的比值 | 百分比（%） |
| 调制传递函数 | MTF | 给定空间频率下光学系统对比度保真度的度量 | 线对/度（lp/°） |
Eyewear display 中最容易被误解的参数之一是虚像距离（VID）。AR应用通常建议VID为2–3米，以匹配典型的室内观看距离，而VR应用通常使用1–2米的VID。过短的VID（小于0.5米）会导致调节-汇聚冲突，引起用户疲劳和不适。
IEC TR 63145-1-1的范围超越了单纯的定义。它提供了一个结构化的分类体系，将 eyewear display 参数分为光学、电光、图像质量和人机工程学四类。这种分类系统使工程师和研究人员能够系统地评估显示性能，并识别原型和生产系统中视觉质量下降的根本原因。
二、关键光学参数与测量方法
该标准定义了一套全面的光学参数来表征眼镜式显示器的性能。视场角（FOV）是最重要且最常被引用的规格之一，但其测量结果可能因所用方法的不同而有显著差异。IEC TR 63145-1-1规定，FOV应在设计眼位处测量对角角范围，显示内容为最大亮度下的全白测试图案。标准定义单眼和双眼FOV，以及对于立体深度感知至关重要的重叠区域。
Eyewear display 的分辨率以角分辨率（角分/像素或线对/度）而非微显示器的原始像素数来度量。这是因为相同的微显示器根据所采用的光学放大倍率可以产生截然不同的角分辨率。标准规定了使用USAF 1951分辨率测试图或等效图案的测量程序，通过包括目镜和任何波导合束器的完整光学系统进行成像。
对于基于波导的AR显示器，标准引入了”眼盒”（eyebox）的概念——用户可以在保持完整显示图像视野的同时移动眼睛的空间体积。较大的眼盒（通常大于10 mm × 8 mm）通过适应不同的瞳距（IPD）并留出眼镜间隙显著提升可用性。标准定义了使用机器人控制的光电探测器在出射光瞳平面上扫描来测量眼盒尺寸的方法。
由于显示器靠近眼睛，其亮度和对比度测量需要专门的设备和程序。标准规定使用成像光度计或带有定制人工眼的点式光度计，该人工眼复制人眼的光学特性，包括瞳孔直径（明视觉条件下通常为4 mm）和人类视觉系统的光谱响应。色度测量遵循CIE 1931标准色度系统，根据应用在sRGB或DCI-P3色彩空间中报告测量结果。
延迟（运动到光子延迟）是AR/VR应用的关键参数，头部运动必须被追踪并以最小延迟渲染，以防止模拟器晕动症。IEC TR 63145-1-1将延迟定义为输入变化（如头部转动）与显示图像相应变化之间的时间差，使用高速光电探测器和惯性测量单元（IMU）以亚毫秒精度同步测量。
三、工程设计与测试实践要点
实施IEC TR 63145-1-1中定义的测量和表征框架需要仔细关注测试设置、环境条件和统计分析。标准强调所有光学测量应在暗室环境（环境照度小于1 lux）中进行，并经过至少30分钟的预热期，使显示器和测量仪器达到热平衡。
Eyewear display 测试中最具挑战性的方面之一是受测显示器与测量仪器之间的对齐。标准规定了使用精密平移台和旋转台的六自由度对齐程序，显示器位于设计眼点。对于双目显示器，瞳距（IPD）调节机构必须设置为产品规格中使用的标称值，通常为63.5 mm（人口平均值）。
面向户外或工业用途的眼镜式显示器必须进行环境适应性测试。标准建议在-10°C至+50°C的温度范围和高达95% RH的湿度条件下进行测试。波导合束器中使用的光学粘合剂在热循环条件下特别容易发生分层，标准规定了加速老化测试（-20°C至+60°C的1000次循环）以验证长期可靠性。
对于透视AR显示器，标准引入了不适用于沉浸式VR显示器的特定指标。这些包括透视亮度（通过显示器观察真实世界场景的感知亮度）、透视色彩偏移（通过合束器观看时的色度坐标变化）和遮蔽能力（呈现虚拟对象使其光学遮蔽后方真实对象的能力）。遮蔽尤其具有挑战性，目前仍是一个活跃的研究领域；当前基于波导的合束器通常仅实现部分遮蔽。
该标准还通过定义的视觉舒适度量表和任务绩效指标解决了主观评估方法。虽然客观测量构成显示表征的基础，但对眼镜式显示器的最终评估取决于人类视觉感知。标准提供了结构化问卷（如模拟器晕动症问卷SSQ和NASA任务负荷指数NASA-TLX），应作为综合显示评估方案的一部分来实施。
制定眼镜式显示器生产测试计划时，优先测量对用户体验影响最大的参数：视场中心的MTF（与感知清晰度强相关）、亮度均匀性（影响长时间使用的舒适度）和延迟（直接导致或预防模拟器晕动症）。根据标准中引用的已发表研究，这三个参数约占用户满意度评分差异的70%。
四、常见问题解答
问题1：IEC TR 63145-1-1与其他IEC显示标准（如IEC 62341 OLED和IEC 61747 LCD）有何关系？
答：IEC TR 63145-1-1是对现有显示标准的补充。在可能的情况下，眼镜式显示器标准引用了平板显示标准中建立的测量方法和术语，并根据近眼显示器的独特光学配置进行了适当调整。例如，亮度测量遵循与IEC 62341-6相同的基本原理，但指定了人工眼光学系统以考虑显示器靠近观察者的因素。
答：IEC TR 63145-1-1是对现有显示标准的补充。在可能的情况下，眼镜式显示器标准引用了平板显示标准中建立的测量方法和术语，并根据近眼显示器的独特光学配置进行了适当调整。例如，亮度测量遵循与IEC 62341-6相同的基本原理，但指定了人工眼光学系统以考虑显示器靠近观察者的因素。
问题2：在国际市场上销售 eyewear display 是否需要强制符合IEC TR 63145-1-1？
答：作为技术报告（TR），本文件是信息性的而非规范性的。然而，许多国家监管机构和主要采购组织（如国防机构和医疗保健提供者）正在将这些定义和测量方法作为合同要求采纳。使其数据表与IEC TR 63145-1-1术语保持一致的生产商将受益于更清晰的客户沟通和减少的商业纠纷。
答：作为技术报告（TR），本文件是信息性的而非规范性的。然而，许多国家监管机构和主要采购组织（如国防机构和医疗保健提供者）正在将这些定义和测量方法作为合同要求采纳。使其数据表与IEC TR 63145-1-1术语保持一致的生产商将受益于更清晰的客户沟通和减少的商业纠纷。
问题3：确定眼镜式显示器分辨率和MTF的推荐测量距离是多少？
答：标准建议在设计眼位处进行测量，虚像距离设置为制造商规定的值。测量仪器（通常为带显微镜物镜的CCD相机）应对焦在虚像平面上，而非物理的微显示器表面。这是一个关键区别：对焦在微显示器上测量的是显示面板的原始分辨率，而非用户所体验的系统级分辨率。
答：标准建议在设计眼位处进行测量，虚像距离设置为制造商规定的值。测量仪器（通常为带显微镜物镜的CCD相机）应对焦在虚像平面上，而非物理的微显示器表面。这是一个关键区别：对焦在微显示器上测量的是显示面板的原始分辨率，而非用户所体验的系统级分辨率。
问题4：该标准如何处理全息显示和光场显示等新兴技术？
答：IEC TR 63145-1-1建立了一个可扩展到新兴显示技术的术语框架。FOV、眼距和出射光瞳等参数的通用定义适用于所有近眼显示类型。对于技术特定参数（如全息显示的视角或光场显示的深度分辨率），标准提供了在保持与现有术语结构一致性的同时定义新术语的方法。63145系列的未来部分预计将专门针对全息显示。
答：IEC TR 63145-1-1建立了一个可扩展到新兴显示技术的术语框架。FOV、眼距和出射光瞳等参数的通用定义适用于所有近眼显示类型。对于技术特定参数（如全息显示的视角或光场显示的深度分辨率），标准提供了在保持与现有术语结构一致性的同时定义新术语的方法。63145系列的未来部分预计将专门针对全息显示。
