一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统技术方案

一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统涉及光学成像系统设计技术领域，解决了需要一种检测不同人眼对现有AR设备适配性的光学成像系统的问题，系统包括沿同一光轴依次设置的第一弯月透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、孔径光阑、第三双胶合透镜、第四双胶合透镜和第二弯月透镜，人眼角膜反射的光经过角膜接触镜偏折后，经第一弯月透镜校正球差、第一双胶合透镜和第二双胶合透镜消除色差、孔径光阑限束、第三双胶合透镜和第四双胶合透镜消除色差、第二弯月透镜校正球差后成像。本发明专利技术的球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向色差、垂轴色差均很小，成像质量高；通过本发明专利技术能够对不同人群成像角膜分析，消除AR眼镜现有的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统
本专利技术涉及光学成像系统设计
，具体涉及以一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统。
技术介绍
AR技术为增强现实技术，能够实时将现实世界与图像、视频、3D模型等虚拟信息相融合，达到了将虚拟世界套在现实世界并进行互动的目的，通过实景融合的方式增强了来自于视觉、听觉、触觉等多个方面的体验感和沉浸感。AR技术应用前景广泛，凭借其独特的现实增强技术与高效输出特性，在军用飞机导航、数据模型可视化、生物医学研究、精密仪器制造、远程智能控制、现代化高效物流等领域具有明显优势。近年来，许多公司都在推出AR设备，如MagicLeap眼镜、谷歌眼镜、微软HOLONES、爱普森眼镜等。经调研分析，AR设备目前没有大面积生产及应用普及。除了价格昂贵的原因外，不同角膜曲率的人眼对AR设备也有极大要求：第一，受不同人眼屈光度影响，在AR设备贴近人眼进行成像过程中易产生3D眩晕；第二，不同人眼的角膜的曲率不同导致人眼通过AR设备观测中会产生漏光，对比度低等现象；第三，设备没有天然人眼模糊聚焦调节功能，无法与双目视差和移动视差相适应。针对上述现存问题，需要对不同AR设备对人眼角膜成像适配能力进一步探索。光学显示设备是AR设备的重要组成部分。我们根据光学显示设备和显示方式的不同，把显示器大体分为视网膜显示、头盔式显示、单目头戴式。视网膜显示是直接成像在人眼视网膜上；头盔式显示以叠加增强信息的方式在用户屏幕上成像；单目头戴式投影是运用分光镜微型投影仪把所需内容反射到观测者前表面投影。无论是哪种AR显示器，人眼在其中都充当着一个成像单元，决定着AR显示器成像的好坏，故屈光度良好曲率适配的人眼才能使AR显示器更好的发挥成像功能。但据调查，我国眼部有疾病的患者就已超过7亿，如何从众多人眼系统中筛选出与AR显示器适配的人眼已迫在眉睫。因此需专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，来进行筛选不同人眼对现有AR设备的选配能力。
技术实现思路
为了解决AR显示设备易产生3D眩晕、分辨率低、透光度低、对比度低、画质差等技术瓶颈，需要一种检测不同人眼对现有AR设备适配性的光学成像系统的问题，本专利技术提供一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，包括沿同一光轴依次设置的第一弯月透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、孔径光阑、第三双胶合透镜、第四双胶合透镜和第二弯月透镜，人眼角膜反射的光经过角膜接触镜偏折后，经第一弯月透镜校正球差、第一双胶合透镜和第二双胶合透镜消除色差、孔径光阑限束、第三双胶合透镜和第四双胶合透镜消除色差、第二弯月透镜校正球差后成像。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向色差、垂轴色差均很小，有很好的像质和分辨率，成像质量高。通过本专利技术的一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统能够对不同人群成像角膜分析，消除AR眼镜现有的弊端。采用本专利技术的光学成像系统，能够得到完整的角膜像。本专利技术解决了人眼与选配AR设备之间产生的成像质量差、佩戴产生3D眩晕、分辨率低、透光度低等技术瓶颈。本专利技术有益于人眼对现有AR设备的选择并增强其对现实环境的适应性和舒适度，有利于成像更清晰、佩戴更便捷、适用人群更广。附图说明图1为本专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的结构示意图。图2为本专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的应用原理图。图3为本专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的调制传递函数曲线图。图4为本专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的赛德尔像差图。图5为本专利技术一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统的标准点列图。图中：1、第一弯月透镜，2、第一双胶合透镜，3、第二双胶合透镜，4、孔径光阑，5、第三双胶合透镜，6、第四双胶合透镜，7、第二弯月透镜，8、筒体，9、Placido盘，10、cmos传感器，11、人眼，12、角膜接触镜。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，如图1，包括沿同一光轴依次设置的第一弯月透镜1、第一双胶合透镜2、第二双胶合透镜3、孔径光阑4、第三双胶合透镜5、第四双胶合透镜6和第二弯月透镜7。光学成像系统还包括Placido盘9，Placido盘9第一弯月透镜1、第一双胶合透镜2、第二双胶合透镜3、孔径光阑4、第三双胶合透镜5、第四双胶合透镜6和第二弯月透镜7顺次设置，即第一弯月透镜1的一侧设有Placido盘9另一侧为第一双胶合透镜2。Placido盘9选用漫反射材料制成。孔径光阑4的孔径与Placido盘9中心小孔的孔径大小相同。人眼11对准Placido盘9中心小孔(黑白相间的同心圆环中心的小孔)，如图2所示，入射光经Placido盘9漫反射后被人眼11角膜反射，人眼11角膜反射的光经过角膜接触镜12偏折后，经第一弯月透镜1校正球差、第一双胶合透镜2和第二双胶合透镜3消除色差、孔径光阑4限束、第三双胶合透镜5和第四双胶合透镜6消除色差、第二弯月透镜7校正球差后在探测器上成像。探测器采用cmos传感器10。光学成像系统还包括筒体8，第一弯月透镜1、第一双胶合透镜2、第二双胶合透镜3、孔径光阑4、第三双胶合透镜5、第四双胶合透镜6和第二弯月透镜7均位于筒体8内，Placido盘9对应筒体8设置。成像系统的原理如图2所示：弧ABC为Placido盘9球心的截面。B为Placido盘9上一点，A为中心圆孔位置，C为Placido盘9端点，B经角膜成像后的会得到一个虚像点B'，人眼11带角膜塑形镜后，B经角膜塑形镜和角膜成像后会得到另一个虚像点B”，B”位于B'的右侧。利用几何光学原理，角膜/带角膜接触镜12的角膜充当透镜组成聚焦成像光学单元(人眼11对准同心圆环中心的小孔，光学成像系统孔径光阑4与中心小孔大小相同)，入射光经Placido盘9黑白相间的圆环漫反射后被角膜反射，经过第一弯月透镜1、第一双胶合透镜2、第二双胶合透镜3、孔径光阑4、第三双胶合透镜5、第四双胶合透镜6和第二弯月透镜7成像优化后由cmos传感器10采集处理。如果带有角膜接触镜12，入射光经Placido盘9黑白相间的圆环漫反射后经角膜接触镜12折射后被角膜反射，角膜反射的光先经过角膜接触镜12折射后在入射到第一弯月透镜1。为方便光学成像系统成像照明需加入照明装置，本专利技术中照明装置采用可见光LED光源对人眼11进行照明，其波段为486nm、587nm、656nm。由于角膜反射具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，其特征在于，包括沿同一光轴依次设置的第一弯月透镜(1)、第一双胶合透镜(2)、第二双胶合透镜(3)、孔径光阑(4)、第三双胶合透镜(5)、第四双胶合透镜(6)和第二弯月透镜(7)，人眼(11)角膜反射的光经过角膜接触镜(12)偏折后，经第一弯月透镜(1)校正球差、第一双胶合透镜(2)和第二双胶合透镜(3)消除色差、孔径光阑(4)限束、第三双胶合透镜(5)和第四双胶合透镜(6)消除色差、第二弯月透镜(7)校正球差后成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，其特征在于，包括沿同一光轴依次设置的第一弯月透镜(1)、第一双胶合透镜(2)、第二双胶合透镜(3)、孔径光阑(4)、第三双胶合透镜(5)、第四双胶合透镜(6)和第二弯月透镜(7)，人眼(11)角膜反射的光经过角膜接触镜(12)偏折后，经第一弯月透镜(1)校正球差、第一双胶合透镜(2)和第二双胶合透镜(3)消除色差、孔径光阑(4)限束、第三双胶合透镜(5)和第四双胶合透镜(6)消除色差、第二弯月透镜(7)校正球差后成像。


2.如权利要求1所述的一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统还包括采用漫反射材料制成Placido盘(9)，孔径光阑(4)的孔径与Placido盘(9)中心小孔的孔径大小相同，第一弯月透镜(1)位于Placido盘(9)与第一双胶合透镜(2)之间，入射光经Placido盘(9)漫反射入射到人眼(11)并被人眼(11)角膜反射。


3.如权利要求2所述的一种检测角膜对AR设备适配性的光学成像系统，其特征在于，所述孔径光阑(4)的孔径直径为8mm。


4.如权利要求1所述的一种检测角膜对AR设备适配性...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀彬，岳炜，徐婷婷，常琳，徐超，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22