Конус обзора относится к эффективным направлениям обзора ЖК-дисплея, как видно из глаза. Этот набор углов напоминает конус. Концепция была введена в качестве международного стандарта ISO 13406-2 , который определяет его как диапазон направлений обзора , которые можно безопасно использовать для предполагаемой задачи без «снижения визуальной производительности». Этот стандарт описывает сложную процедуру, которая оценивает конус обзора по измерениям яркости и цветности в зависимости от направления наблюдения. ISO 13406-2 вводит 4 класса диапазона направлений обзора , от широкого конуса обзора для многих одновременных наблюдателей до так называемого «дисплея конфиденциальности» с существенно ограниченным конусом обзора. Пути соответствия для различных приложений отображения теперь можно найти в последующем стандарте ISO 9241-300.
Когда визуальный дисплей с неисчезающим размером виден наблюдателю, каждая точка области дисплея видна с другого направления , как показано на рис. 1. Никакие две точки на дисплее не видны с одного и того же направления. Чем больше дисплей и чем ближе наблюдатель к дисплею, тем больше направление просмотра изменяется по площади поверхности дисплея.
В разговорной речи направление взгляда часто называют « углом зрения ». Это неудачное выражение, которого следует избегать, поскольку направление взгляда определяется двумя полярными углами: углом наклона , θ (измеренным от нормали к поверхности дисплея) и азимутальным углом, Φ, измеренным в плоскости дисплея, как показано на рисунке 3.
На рис. 2 глазное яблоко представляет собой наблюдателя, который смотрит на определенную точку на дисплее, которая совпадает с началом полярной системы координат. Зеленая стрелка — это направление взгляда (т. е. направление наблюдения). Направление взгляда определяется углом наклона θ, измеренным от нормали к поверхности дисплея (синяя вертикальная стрелка), в то время как азимутальный угол Φ — это угол, который проекция направления взгляда на поверхность дисплея образует с осью x (красная стрелка). Проекция направления взгляда показана здесь как тень зеленой стрелки. Азимутальный угол Φ увеличивается против часовой стрелки, как показано на рисунке 3.
Множество направлений, с которых изображение на дисплее можно увидеть без артефактов и искажений, которые сделали бы невозможным его предполагаемое использование (например, компьютерная офисная работа, телевидение, развлечения), называется конусом обзора (хотя его форма может быть формой обобщенного конуса ).
Концепция конуса обзора впервые была введена в международном стандарте ISO 13406-2 :2001 «Эргономические требования к работе с визуальными дисплеями на основе плоских панелей. Часть 2: Эргономические требования к дисплеям с плоскими панелями». Этот стандарт обеспечивает классификацию компьютерных мониторов с ЖК-дисплеями в соответствии с диапазоном направлений просмотра , которые могут безопасно использоваться для предполагаемой задачи (здесь: офисная работа) без «снижения визуальной производительности». Классификация проводится в соответствии с «Классами диапазона направлений просмотра», при этом «диапазон направлений просмотра» эквивалентен конусу просмотра .
ISO 13406-2 описывает сложную процедуру, согласно которой полезный конус обзора может быть оценен путем измерения яркости и цветности в зависимости от направления наблюдения. ISO 13406-2 вводит 4 класса диапазона направлений обзора , из которых первый (класс I) представляет собой широкий конус обзора для многих одновременных наблюдателей, а последний (класс IV) представляет собой так называемый «дисплей конфиденциальности» с существенно ограниченным конусом обзора .
В зависимости от фактической задачи, которая должна быть выполнена с определенным устройством отображения (например, офисная работа, развлечения, домашний кинотеатр и т. д.), требования к дисплею различаются. Пути соответствия для различных приложений отображения теперь можно найти в преемственном стандарте ISO 9241-300.
Направления обзора s удобно представлять в полярной системе координат , где угол наклона θ представлен радиальным расстоянием от начала координат, а азимут Φ увеличивается против часовой стрелки, как показано на рисунке 4. В этой системе координат каждая точка соответствует одному направлению обзора . Таким образом, конус обзора определяется геометрическим местом (замкнутой линией) в этой системе координат, как показано прямоугольником и эллипсом на рисунке 4.
Если конус обзора задан только четырьмя направлениями (например, в горизонтальной и вертикальной плоскости), то не становится ясно, является ли он прямоугольником или эллиптическим конусом согласно рис. 4. Для того чтобы разрешить эту неоднозначность, конус обзора должен быть задан как минимум 8 направлениями, расположенными в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также в двух диагональных плоскостях (Φ = 45° и 135°).
Каждому направлению в полярной системе координат рис. 4 может быть присвоена (скалярная) физическая величина, например, яркость, контрастность и т. д. Затем эта величина может быть представлена линиями равных значений (контурными линиями), оттенками серого или псевдоцветами (как показано на рис. 4).
Конус обзора может быть определен, исходя из определенного приложения и соответствующей геометрии наблюдения, из которого может быть получен ряд направлений, которые определяют требуемый для этой задачи конус обзора . Внутри этого конуса обзора определенные физические параметры, которые связаны с визуальными характеристиками устройства отображения, должны оставаться в определенных (зависящих от задачи) пределах.
Конус обзора может также быть результатом измерений (в зависимости от направления обзора ), выполненных с определенным устройством отображения при определенных рабочих условиях. Тогда конус обзора получается путем ограничения значений визуальной величины (например, контрастности), которая для определенного приложения должна быть выше, например, 10 (сравните, например, пороги конуса обзора Vesa FPDM2 307-4 ). Тогда линия, для которой контрастность равна 10, определяет конус обзора .
Недавние эксперименты [1] показали, что приемлемый конус обзора определяется скорее уменьшением яркости и изменением цветности, чем уменьшением контрастности. Были проведены всесторонние сравнения между экспериментами и измерениями с целью определения величин и соответствующих предельных значений, которые определяют видимый конус обзора для телевизионных экранов с ЖК-дисплеями и плазменными панелями. Одним из результатов является то, что «яркость на средних и высоких уровнях серого определяет качество, зависящее от направления просмотра, а не коэффициент контрастности». Это согласуется с результатами других исследований, которые «обнаруживают низкую корреляцию между коэффициентом контрастности и значением визуальной оценки». Более того, «не только координаты цветности основных цветов, но даже в большей степени координаты белой точки играют важную роль и должны быть включены в метрику, зависящую от направления просмотра». Авторы приходят к выводу, что «для ЖК-дисплеев эта новая метрика приводит к конусу обзора, который составляет порядка 70°–90° (противоположный угол), и, таким образом, значительно ниже того, что обычно указывается на основе минимальной контрастности 10. Для плазменных дисплеев эта новая метрика дает тот же диапазон направления обзора, что и текущая спецификация, которая использует уменьшение яркости до 50%». В терминологии, представленной выше (и проиллюстрированной на рисунке 2), конус обзора с противолежащим углом 70°–90° означает (для вращательно-симметричного конуса обзора) максимальный угол наклона 35°-45°.
Рис. 5 показывает яркость и контрастность в зависимости от направления просмотра в полярной системе координат. Левый столбец показывает направленное распределение яркости темного состояния дисплея (здесь: IPS-LCD), центральный столбец показывает яркое состояние, а правый столбец показывает контраст (коэффициент) (яркости), полученный из двух предыдущих распределений яркости. Значение кодируется (псевдо)цветами. Графики под полярными системами координат показывают поперечное сечение в горизонтальной плоскости и указывают значения для яркости и для контрастности.
Каждая граница между двумя (оттенками) цветами представляет собой линию постоянного значения, в случае контраста - изоконтрастную (контурную) линию . Обратите внимание, что "iso" здесь используется в смысле "равный", это НЕ устанавливает связь с Международной организацией по стандартизации , ISO .
Этот способ представления изменения количества отображения в зависимости от направления наблюдения берет свое начало в оптической технике, называемой коноскопией . Коноскопия , первоначально предложенная и использованная Моугином для исследования состояния выравнивания жидких кристаллов в 1911 году [2], использовалась в каждой лаборатории ЖК-дисплеев в конце семидесятых и на протяжении восьмидесятых годов для измерения и оценки оптических свойств ЖК-дисплеев и для оценки контрастности ЖК-дисплеев как функции направления просмотра. В коноскопическом режиме наблюдения, в старые времена часто реализуемом с помощью поляризационного микроскопа , изображение направлений создается в задней фокальной плоскости объектива. [3] Это изображение направлений [4] основано на тех же координатах, что и представление в полярной системе координат, показанное на рис. 4 и 5.
Первая публикация об изменении контрастности отражающих ЖК-дисплеев, измеренной с помощью моторизованного механически сканирующего гониоскопического аппарата и представленной в виде коноскопической диаграммы направлений, была опубликована в 1979 году. [5]