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Virtual-Reality-Brille ohne Kopfschmerzen nutzen

| Redakteur: Katharina Juschkat

VR-Brillen liegen im Trend – in der Freizeit wie in der Industrie werden sie immer beliebter. Doch bei längerer Benutzung ist die Motion Sickness ein großes Problem. Eine neue Brille des Fraunhofer FEP soll Abhilfe schaffen.

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VR-Brillen verursachen häufig Kopfschmerzen und Übelkeit – mit einer neuen VR-Brille soll das Problem der Vergangenheit angehören.
VR-Brillen verursachen häufig Kopfschmerzen und Übelkeit – mit einer neuen VR-Brille soll das Problem der Vergangenheit angehören.
( Bild: Limbak )

Virtual-Reality-Brillen finden in immer mehr Bereichen Einsatz: Nicht nur Computerfans sind davon begeistert – auch in der Industriekommen sie zum Einsatz und potenzielle Käufer können das Interieur ihres neuen Autos in verschiedenen Farben und Ausstattungen ansehen. Allerdings sind die derzeit erhältlichen VR-Brillen in der Regel schwer und übergroß dimensioniert. Gleichzeitig schlägt das Gefühl, mitten in der Szenerie zu stehen, oft in eine Art Seekrankheit um, sodass man sich fühlt, als ob man bei starkem Wellengang auf dem Deck eines Schiffs steht. Diese 'Simulationskrankheit', auch Motion Sickness genannt, die Kopfschmerz, leichten Schwindel oder Übelkeit hervorrufen kann, wird teils durch die niedrigen Bildraten und das Flackern der Bilder und teils durch ein unpassendes Sichtfeld der VR-Brillen verursacht.

Erhöhte Bildrate hilft gegen Motion Sickness

Der Prototyp einer VR-Brille mit 4 hochauflösenden OLED-Mikrodisplays.
Der Prototyp einer VR-Brille mit 4 hochauflösenden OLED-Mikrodisplays.
( Bild: Limbak )

Das Forschungsprojekt Projekts „Lomid“ (Large cost-effective OLED microdisplays and their applications) soll diese Herausforderungen lösen: Großflächige OLED-Mikrodisplays in Kombination mit einer anspruchsvollen Freiform-Optik bieten die Möglichkeit, VR-Brillen ergonomisch und leichtgewichtig zu designen. Überdies wird durch die erhöhte Bildrate die Anfälligkeit für Motion Sickness beim Anwender gemindert.

Für das Projekt haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) neue OLED-Mikrodisplays mit einer Größe von einem Zoll, der Auflösung von 1920 × 1200 Pixeln und einer erhöhten Bildrate von 120 Hz entwickelt. In der vom Projektpartner Limbak entwickelten ultrakompakten Optik werden zwei dieser Displays pro Auge nahtlos arrangiert, sodass insgesamt vier Displays für das gesamte Headset im Einsatz sind. Mit zwei Mikrodisplays pro Auge bietet das Headset eine Gesamtauflösung von 4800 × 1920 Pixeln, was fast 5k entspricht. Dieses Design ermöglicht sowohl eine sehr hohe effektive Displayauflösung als auch ein breites Sichtfeld (> 100°).

Darüber hinaus konnten die Optikspezialisten von Limbak den Abstand zwischen Display und Auge des Nutzers auf 37 mm reduzieren – die meisten Headsets verfügen über einen Abstand von 60 bis 75 mm. Dieses kompakte Design reduziert laut Hersteller das Gewicht des Systems auf etwa ein Viertel sowie das Gewicht auf die Hälfte einer herkömmlichen Brille bei gleichgroßem Sichtfeld.

Höhere Auflösung bei geringerem Gewicht

Judith Baumgarten, Wissenschaftlerin im Bereich IC- und Systemdesign am Fraunhofer FEP, erläutert den Designansatz, um eine höhere Bildrate zu erreichen und damit die Motion-Sickness-Effekte und das Flackern in VR-Anwendungen zu reduzieren: „Um eine höhere Bildrate von 120 Hz anbieten zu können, benötigten wir höhere Datenraten. Deshalb haben wir die parallele Schnittstelle der OLED-Mikrodisplays erweitert.“ Der Modus des angezeigten Bildes kann von Hold- auf Impulsbetrieb umgestellt werden. Dabei werden die künstlichen Bewegungsartefakte und das Flimmern durch einen speziellen Rolling-Emissions-Modus beseitigt. Baumgarten erklärt weiter: „Der Chip bietet auch spezielle Look-up-Tabellen zur Gammakorrektur – so kann jeder Farbkanal (rot, grün, blau und weiß) individuell kalibriert werden. Dadurch erreichen wir eine hervorragende Bildqualität zusammen mit einem sehr hohen Kontrastverhältnis > 100.000 : 1 bei niedrigem Stromverbrauch.“

Für das Projekt hat das Fraunhofer FEP neue OLED-Mikrodisplays mit einer Größe von einem Zoll, der Auflösung von 1920 × 1200 Pixeln und einer erhöhten Bildrate von 120 Hz entwickelt.
Für das Projekt hat das Fraunhofer FEP neue OLED-Mikrodisplays mit einer Größe von einem Zoll, der Auflösung von 1920 × 1200 Pixeln und einer erhöhten Bildrate von 120 Hz entwickelt.
( Bild: Fraunhofer FEP/Claudia Jacquemin )

Das Zusammenstellen mehrerer OLED-on-Silizium-Mikrodisplays innerhalb des Systems hat insgesamt dazu beigetragen, den Formfaktor und das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Auflösung auf ein Niveau zu erhöhen, das herkömmliche TFT-basierte AMOLED-Displays in VR-Headsets aufgrund ihrer begrenzten Pixeldichte derzeit nicht erreichen. Auch zeichnet sich der Lomid-Ansatz durch die gute Wafer-Ausbeute aus, wodurch die Herstellungskosten in einem vertretbaren Rahmen gehalten werden sollen.

Letzteres war auch eines der Hauptziele innerhalb des Lomid-Projekts. Der Partner X-FAB entwickelte in seiner CMOS-Silizium-Foundry wirtschaftliche Verfahren mit Augenmerk auf die Schnittstelle zwischen der oberen Metallelektrode der CMOS-Backplane und den nachfolgenden OLED-Schichten. Weiterführend ist Micro-OLED S.A.S. innerhalb des Projektes verantwortlich für die Herstellung der Schlüsselkomponente für solche VR-Brillen – nämlich der OLED-Mikrodisplays auf diesen CMOS-Wafern.

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