虚拟图像光电测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种虚拟图像光电测量仪，解决现有技术涉及的AR/VR等虚拟图像的光学测量设备不能模拟人眼特性而存在的测量不准确等问题，采用的技术方案：包括成像镜头、入瞳、光电探测仪和位置调节装置；其特征在于还包括虚拟图像显示设备；所述的入瞳位于所述成像镜头的前焦点位置，并位于所述虚拟图像显示设备的眼盒内；所述入瞳的通光孔面与成像镜头的光轴垂直；所述光电探测仪设置在成像镜头的后方；所述光电探测仪的光探测面与成像镜头的光轴垂直。其有益效果：模拟人眼睛特性，使入瞳位于成像镜头的前焦点、并与所述虚拟图像显示设备的出瞳位重合，使测得的各项光学参数更加精确地反映人眼观察虚拟图像的实际效果。

【技术实现步骤摘要】
虚拟图像光电测量仪
本专利技术涉及一种显示图像光电测量仪，尤其涉及一种用于对AR和VR等近眼显示设备的虚拟图像的光学性能参数进行测量的虚拟图像光电测量仪。
技术介绍
在现代信息社会中，图像显示设备应用于各种领域。尤其是近几年，各种虚拟图像显示设备也越来越多，如各种AR、VR、HUD设备等，并越来越广泛地应用于娱乐、教育、医疗、汽车和工业生产等领域。为了保证我们的眼睛观察虚拟图像时得到清晰、逼真的视觉感知（与人眼实际的感知效果一致），舒适的视觉体验以及健康应用，对这种显示设备所呈现虚拟图像的各种光学性能的定量测量显得尤为重要。现有的显示图像光学测量装置，如亮度计、成像色度计等，测量方式是在一定的距离上通过成像镜头将测量区域的图像光信号会聚到光电传感器上，从而得到显示图像测量点或区域的光学参数；通过调节成像镜头的位置，实现对不同距离图像的测量；测量的参数包括亮度、色度、光谱、分辨率等光学性能参数。在典型的显示图像光学测量装置中，显示图像通过成像镜头成像到探测器上，探测器上接收的视场区域限定了图像上的测量区域。所用的探测器可以为光度探头、色度探头、CCD图像探测器以及光谱仪等。当测量不同距离d上的图像６１＇时，需调节成像镜头的位置，探测器上的光束接收角随成像镜头位置的变化而变化，从而出现探测器３＇的接收灵敏度变化的问题。为了使在测量不同距离图像时仪器的读数保持一致，现有图像光学测量装置通常在成像镜头后方、探测器的前方设置一个孔径光阑11＇；孔径光阑与探测器3的相对位置固定，构成恒定的接收角，从而保证仪器的读数不变，如图1所示，孔径光阑11＇设置在镜头2＇后侧附近，该孔径光阑经成像镜头所成的像即为入瞳1＇，该入瞳1＇为孔径光阑11＇的虚像；此外，当测量不同距离的图像时，透镜需前后移动进行聚焦，而入瞳的位置和直径都会随图像距离不同而发生变化；另外，现有显示图像光学测量设备的镜头通光口径和孔径光阑都比较大，入瞳也比较大，一般为30mm至50mm。由于现有显示图像光学测量设备的入瞳位于成像镜头后方，内凹在仪器内部，而且随测量不同距离的图像（镜头聚焦）而变化，测量装置的参考点一般指镜头口面位置。测量距离L通常是指从镜头口面至测量图像的距离，测量视场角是图像上的测量区域相对于成像镜头所张的立体角。这种测量设备无法用于AR/VR等虚拟图像的光学特性测量。对于裸眼3D显示的图像、AR/VR等虚拟图像而言，当测量距离、入瞳尺寸和位置不同时都将导致不同的测量结果。例如，AR/VR设备显示图像不同位置的光线都从虚拟图像显示设备的特定区域（称为眼盒，或称出瞳）中出射；现有光学测量装置的入瞳位于成像镜头的后方，入瞳的孔径大，而且其位置和孔径还会随着图像的测量距离而变化，因此无法进行准确测量。有些虚拟图像显示设备的眼盒比较小，只有几个毫米，用现有亮度计等光学设备测量时，入瞳无法与虚拟图像显示设备的眼盒进行匹配测量，将产生完全错误的结果。人眼在观看不同距离的图像时，通过调节晶状体的曲率使图像清晰地成像视网膜上，而晶状体（相当于透镜）到视网膜（相当于光电探测仪）的距离是恒定的，所以人眼视网膜感光细胞相当于是恒定视场角的光电信号传感器；此外，人眼具有对亮度、颜色和细节的感知特性，视网膜上中央凹区域的锥体感光细胞分布密集、而外围稀疏；因此，视网膜中央凹具有高的细节分辨能力和颜色辨别能力。因此，对于AR/VR等虚拟图像的光学测量设备，需要，具备上述类似于人眼的特性，既要精准测量图像中心区域的光学性能参数，又要覆盖整个图像进行测量，同时还要测量快速、准确；此外，对不同距离、不同方向上的图像信号，测量的视场角恒定。现有的图像光学测量设备不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种虚拟图像光电测量仪，使成像装置的入瞳位置位于成像装置的前焦点位置，并位于所述虚拟图像显示设备的出瞳位，能够模拟人眼睛的特性，准确、便捷地测量虚拟图像光学性能（如：亮度、颜色、视场角、分辨率及其它光学性能参数）。本专利技术的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：虚拟图像光电测量仪，包括成像镜头、入瞳、光电探测仪和位置调节装置；其特征在于还包括虚拟图像显示设备；所述的入瞳位于所述成像镜头的前焦点位置，并位于所述虚拟图像显示设备的眼盒内；所述入瞳的通光孔面与成像镜头的光轴垂直；所述光电探测仪设置在成像镜头的后方；所述光电探测仪的光探测面与成像镜头的光轴垂直；测量时，所述虚拟图像显示设备的虚拟图像位于所述入瞳的前方，调节所述光电探测仪与所述成像镜头之间的距离，使所述成像镜头将待测虚拟图像成像到所述光电探测仪的光探测面上。将本技术方案应用于实际进行测量时，虚拟图像显示设备产生的待测虚拟图像经成像装置所成的实像位于光电探测仪的光探测面上，光电探测仪输出的电信号对应于虚拟图像显示设备产生的虚拟图像的光信号，最后检测电信号就能够得到待测虚拟图像的光信号。对于AR和VR等虚拟图像显示设备来说，其产生的图像是一种虚像，与传统的LCD、OLED电视或手机等产生的实体图像不同，只有将人眼睛的瞳孔放在虚拟图像显示设备的眼盒（也即出瞳区）中才能观看到其产生的虚拟图像。因此，将成像装置的入瞳置于测量的虚拟图像显示设备的眼盒内，与人眼实际观察一致，才能准确地测得虚拟图像的光学参数。上述技术方案具有的有益效果：1）具备了模拟人眼光学成像的特性，使测量更为准确。这些特性包括：a）前置入瞳：可准确地将光电测量仪的入瞳置于需要接收光线的特定位置，与虚拟图像显示设备的眼盒进行匹配测量，如自由3D图像显示器、VR和AR显示设备等的眼位、出瞳或眼盒，与入瞳位置重合；b）恒定的测量视场角：无论测量图像的远近，光电探测仪或者探测面上的任何一个区域、像素始终接收固定视场角（FOV）的图像光信号；c)光电探测仪探测面上的位置与测量图像的视场角方向完全对应；d）虚拟图像光电测量仪的入瞳位置和孔径、光电探测仪的光接收角（落在光探测面上的光束角）恒定，不会随光电探测仪与成像镜头之间的位置调节（实现不同的图像测量距离）而改变。2）待测虚拟图像到入瞳中心的距离能方便、准确地确定，即确定待测虚拟图像的距离更为方便。在实际应用中，成像装置和光电探测仪都设置在位置调节装置上，通过位置调节装置的前后运动，调节光电探测仪与成像装置之间的距离（通过预先对位置调节装置的刻度进行标定来模拟待测虚拟图像至入瞳的距离），使成像装置将待测虚拟图像成像到光电探测仪上，则能方便地确定虚拟图像距离。3）来自待测虚拟图像的各个视场方向上的光束都垂直地入射在光电探测仪的光探测面上，保证探测仪各区域响应一致，测量精度更高；此外，即使待测虚拟图像表面不平整（由于显示装置的缺陷产生凹凸的像面），而在光电探测仪光探测面上的位置也将保持不变；4）无论待测虚拟图像的距离远近，光电探测仪的光束接收角恒定，保证光电读数不变；而且无论来自测量视场中心还是边缘的测量光，探测器的中心和边缘的接收角一致，测量精度更高，克服了传统测量仪器的边缘测量灵敏度与中心不一样的缺点。5）能够方便确定虚拟图像显示设备的眼盒空间尺寸，即通过移动成像装置和光电探测仪，使成像装置的入瞳置于虚拟图像显示设备观察区的不同空间位置，根据光电探测仪上探测到的信号是否符合规定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
虚拟图像光电测量仪，包括成像镜头（2）、入瞳（1）、光电探测仪（3）和位置调节装置（4）；其特征在于还包括虚拟图像显示设备（6）；所述的入瞳（1）位于所述成像镜头（2）的前焦点位置，并位于所述虚拟图像显示设备（6）的眼盒内；所述入瞳（1）的通光孔面与成像镜头（2）的光轴（21）垂直；所述光电探测仪（3）设置在成像镜头（2）的后方；所述光电探测仪（3）的光探测面与成像镜头（2）的光轴（21）垂直；测量时，所述虚拟图像显示设备（6）的虚拟图像（61）位于所述入瞳（1）的前方，调节所述光电探测仪（3）与所述成像镜头（2）之间的距离，使所述成像镜头（2）将待测虚拟图像（61）成像到所述光电探测仪（3）的光探测面上。

【技术特征摘要】
1.虚拟图像光电测量仪，包括成像镜头（2）、入瞳（1）、光电探测仪（3）和位置调节装置（4）；其特征在于还包括虚拟图像显示设备（6）；所述的入瞳（1）位于所述成像镜头（2）的前焦点位置，并位于所述虚拟图像显示设备（6）的眼盒内；所述入瞳（1）的通光孔面与成像镜头（2）的光轴（21）垂直；所述光电探测仪（3）设置在成像镜头（2）的后方；所述光电探测仪（3）的光探测面与成像镜头（2）的光轴（21）垂直；测量时，所述虚拟图像显示设备（6）的虚拟图像（61）位于所述入瞳（1）的前方，调节所述光电探测仪（3）与所述成像镜头（2）之间的距离，使所述成像镜头（2）将待测虚拟图像（61）成像到所述光电探测仪（3）的光探测面上。2.根据权利要求1所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述入瞳（1）是圆型孔径光阑，所述圆型孔径光阑的孔径不大于6mm；所述圆型孔径光阑（11）的中心法线与所述虚拟图像显示设备（6）的光轴重合；所述圆型孔径光阑的孔径小于所述成像镜头（2）的通光孔径。3.根据权利要求2所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述圆型孔径光阑（11）通过一个锥台形筒（121）与所述成像镜头（2）连接在一起；所述锥台形筒（121）靠近所述圆型孔径光阑（11）一端的外径小，靠近所述成像镜头（2）一端的外径大。4.根据权利要求3所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述锥台形筒（121）内设置一消杂散光光阑（122）；所述消杂散光光阑（122）的中心设置圆形通光孔，所述消杂散光光阑（122）和所述圆型孔径光阑（11）的通光孔壁为环形喇叭面；所述环形喇叭面的开口朝向所述成像镜头（2），所述消杂散光光阑（122）的通光孔径介于所述圆型孔径光阑（11）和成像镜头（2）的通光孔径之间。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟希，刘思拓，王建平，
申请(专利权)人：杭州浙大三色仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33