[发明专利]虚拟图像光电测量仪

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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）。