CN107884160A - 虚拟图像光电测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

虚拟图像光电测量仪

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）。

本发明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要求，确定有效的眼盒空间尺寸。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述入瞳是圆型孔径光阑，所述圆型孔径光阑的孔径不大于6mm；所述圆型孔径光阑的中心法线与所述虚拟图像显示设备的光轴重合；所述圆型孔径光阑的孔径小于所述成像镜头的通光孔径。

采用该技术方案的目的在于入瞳的通光孔径能够根据实际情况进行调节，克服现有的图像光电测量装置的孔径光阑尺寸是固定的、或者孔径光阑尺寸的设置与图像的亮度高低没有关系、测量的结果不准确的缺陷。

采用该技术方案的技术效果在于：

1）在成像装置的前焦点上直接设置一个圆型孔径光阑，通光孔径的检验和计量、安装更换更为方便；

2）成像装置的通光孔径大于圆型孔径光阑的通光孔径（成像装置的通光孔径大小要确保光电探测仪能准确接受到所对应待测虚拟图像的光束，使待测虚拟图像的边缘测量点上发出的光束都能通过该孔径光阑和成像装置，落在光电探测仪上），消除待测虚拟图像边缘区域光线成像到探测仪上产生的渐晕；

3）模拟人眼的光学成像特性：AR和VR等虚拟图像显示设备的图像平均亮度通常为几个cd/㎡以上，对应的人眼实际瞳孔尺寸不会大于6mm，虚拟图像光电测量仪的入瞳孔径与实际使用产品时的人眼瞳孔一致，则测量更准确。

4）某些虚拟图像显示设备的眼盒（或出瞳）尺寸只有8mm左右，用通光孔径不大于6mm的入瞳进行测量才能获得正确的结果；

5）入瞳的中心法线与虚拟图像显示设备的中心光轴重合，模拟人眼的中心视觉，方便、准确地测量虚拟图像中心区的光学性能，如色品坐标，分辨率等等。

对入瞳的技术方案做进一步说明：

入瞳通常由两种途径来确定：第一种，直接设置圆型孔径光阑，圆型孔径光阑可以是通光孔径为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm中的一个或若干个孔径光阑的组合件；第二种，入瞳是一个实像，设置在成像装置的多个透镜之间的内置孔径光阑经其前方透镜所成的实像，多个透镜组成后形成的前焦点与入瞳中心重合。内置孔径光阑经其前方的镜片系统所成的实像（即入瞳）的等效通光孔径分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm中的一个或若干个组合。根据测量图像的亮度选择相应通光孔的孔径光阑，即亮度高则通光孔小，亮度低则通光孔大。亮度信号由光电探测仪输出，控制电动机构驱动相应通光孔径的孔径光阑进入测量光路中。

许多近眼AR和VR等虚拟图像显示设备的眼盒（或出瞳）位置内凹于显示设备的框架内、空间位置受限，入瞳为孔径光阑的像，成像装置为多个透镜和内置孔径光阑的组合体，能够方便确定入瞳位置，避免AR和VR等虚拟图像显示设备边框或镜框（框架）的限制，使入瞳位置能够顺利的位于AR和VR等虚拟图像显示设备的眼盒位置，方便测量。

综上所述，不同的虚拟图像显示设备，其图像的平均亮度不同，根据图像亮度高低采用与人眼瞳孔尺寸类似的入瞳测量， 测量结果更加符合人眼的视觉特性。通过选择内置孔径光阑前方镜片系统的放大倍率，获得所需尺寸的入瞳，可使孔径光阑加工更加方便。

所述圆型孔径光阑通过一个锥台形筒与所述成像镜头连接在一起；所述锥台形筒靠近所述圆型孔径光阑一端的外径小，靠近所述成像镜头一端的外径大。孔径光阑可以与锥台形筒做成一体，或者通过联接方式使孔径光阑、成像装置和锥台形筒固定在一体。

许多近眼穿戴的AR和VR眼镜等产品来说，要求结构比较紧凑，充分减少虚拟图像光电测量仪前端部分的空间尺寸，方便孔径光阑插入到AR和VR眼镜的镜框和/或防护圈所限制的观察区域进行测量，因此，将孔径光阑与成像装置之间通过一个锥台形筒（通常情况下为锥台形锥台形筒）连接在一起，使孔径光阑能够顺利插入到观察区域，防止AR和VR眼镜边缘的镜框和/或防护圈阻挡光电探测仪的前端部分。

所述锥台形筒内设置一消杂散光光阑；所述消杂散光光阑的中心设置圆形通光孔，所述消杂散光光阑和所述圆型孔径光阑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，所述消杂散光光阑的通光孔径介于所述圆型孔径光阑和成像镜头的通光孔径之间。

所述锥台形筒内表面、孔径光阑和消杂光光阑的各个表面均为漫反射黑色表面。

若消杂光光阑的通光孔分别到孔径光阑和成像装置的通光孔位置的距离分别为d1和d2， 而孔径光阑和成像装置的通光孔径分别为D1和D2， 则消杂光光阑的最佳通光孔径为[D1+（D2-D1）* d1/（d1+d2）]。

对于该技术方案而言，其技术效果为：

1）防止非待测图像测量区的光线进入成像装置内并反射到光电探测仪上，引起测量误差；

2）防止测量光线在光电探测仪表面以及成像装置的各个表面产生反向反射的杂散光，反射的杂散光再通过成像装置落到光电探测仪上，产生误差；

3）常规的片状光阑的通光孔内壁为直筒状，与测量光线方向相近的其它杂散光线掠入射到这个表面时，会产生强烈的反射杂光。而将消杂光光阑和孔径光阑的通光孔边缘做成环形喇叭面，且环形喇叭面的开口朝向成像装置，这样可避免光阑孔径内壁反射引起的杂散光；再加各个表面均为喷涂或化学处理的无光泽黑色表面（即漫反射黑色表面），有限降低杂光，提高测量精度。

所述的成像镜头包括多个光学透镜；内置孔径光阑；所述入瞳是由设置在多个光学透镜中间的内置孔径光阑经其前方光学透镜所成的实像；内置孔径光阑的通光孔径不大于：6mm除以其前方光学透镜的放大倍率。

所述光电探测仪包括测量镜头和光电探测器；待测虚拟图像经过成像镜头所成的像，再经过测量镜头成像在光电探测器的光探测面上；测量镜头和光电探测器可同时相对于成像镜头前后移动。

上述技术方案的技术效果：1）待测虚拟图像经过测量镜头成像放大，可以获得更大的图像，不仅方便测量，还能提高测量精度；2）待测虚拟图像经成像装置所成的倒像，再经过测量镜头成像，在光电探测器上可以获得正的图像，与人眼直接使用虚拟图像显示设备时所观察的图像方向一致；3）通过设置测量镜头，可使光电探测器前获得更大的空间，方便设置其它光学元件。

所述光电探测仪包括光学分束器、图像探测器和单元光探测器；所述光学分束器上设有反射出光口和透射出光口；所述图像探测器与所述反射出光口相对应；所述单元光探测器与透射出光口相对应。

图像探测器与反射出光口对应，较大视场的测量图像经成像装置、光学分束器反射后成像在图像探测器上；单元探测器与透射出光口对应，测量的图像中心一个区域的光信号经成像装置、光学分束器透射后成像在单元探测器上；所述的光学分束器和光电探测仪组成一体，通过调节装置可相对于成像装置在光轴方向移动；使待测虚拟图像较大视场和中心一个小区域的图像光信号，经成像装置分别成像在图像探测器和单元探测器上。单元探测器可以是光谱辐射亮度计、用滤光片精确匹配的光度计或色度计，图像探测器可以是CCD相机或CMOS相机等；一般图像上各个像素发光的光谱分布较接近，可以用单元探测器的测量值来校准图像探测器的读数值，获得更精确的结果。

上述技术方案的技术效果：人眼在视网膜上的感光细胞分布不均匀，使得可以精确分辨中心观看区的亮度和颜色，而对大视场又要有一定的感知能力。因此，同时用图像探测器和单元探测器分别模拟人眼较大视场和中心一个小区域，对测量图像光信号进行测量，测量方便、精度高。通过光学分束器将测量图像分成两部分，共用同一光学成像机构也保证了测量数据的准确。用图像探测器检测图像的二维亮度、色度分布，或观察图像上的测量区，同时又用单元探测器测量图像上一个小区域的亮度、光谱或色度参数，模拟人眼中心视觉和旁侧视觉，测量功能更多，且精确。

所述光学分束器上的反射出光口开孔大，对应于待测虚拟图像整个像面范围；而透射出光口开孔小，对应于待测虚拟图像中心不大于5度的像面范围。

不大于5度的像面范围指：待测虚拟图像中心像面区域与入瞳中心构成的锥角，也就是待测虚拟图像中心像面区域的对弦角。

上述技术方案的技术效果：1）虚拟图像的亮度、颜色及分辨率是最重要的几个光学性能参数，通常虚拟图像的亮度、颜色需以2度左右的视场角进行测量，单元光探测器可以用光谱辐射度计，实现模拟人眼中心视场的精确测量；在反射出光口的图像探测器可以采用二维成像亮度计，实现周边大视场的亮度分布测量；2）大视场的图像探测器，还可以作为中心单元光探测器的目标定位。

还包括旋转平台；所述成像镜头和入瞳与旋转平台固定连接；所述旋转平台由两个旋转轴线互相正交的旋转轴组成，并且旋转轴线正交点与入瞳中心重合。

上述技术方案的技术效果：虚拟图像光电测量仪的成像镜头和入瞳与旋转平台固定连接，光电探测仪通过位置调节装置与成像镜头连接，并通过调节光电探测仪至成像镜头的位置，使待测虚拟图像成像在光电探测仪探测面上；旋转平台可在两个方向旋转，模拟人眼睛的运动，带动虚拟图像光电测量仪对不同方向上的图像光信号进行测量，实现恒定视场角、无畸变的精确测量。

本发明具有的有益效果：1）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，从而为虚拟成像设备的调整与改进提供更有力的数据；2）成像镜头至入瞳位置这部分结构为前端（朝向虚拟图像显示设备的方向为前方、朝向光学探测仪方向为后方）体积小，可适应各种测量环境较特殊的虚拟成像设备（如VR眼镜、裸眼3D显示图像设备等，入瞳位置能够深入到VR眼镜的镜框内），完成全面、完整的测量；3）光电探测仪的光束接收角恒定，保证光电读数不变；而且探测器的中心和边缘的接收角一致，测量精度更高；4）能够更为方便地确定待测虚拟图像的距离；5）虚拟图像光电测量仪具备同时进行大视场和中心小区域的多个光学参数测量功能，从而提高了测量效率，而且减少测量时间和设备的更换，也进一步提高了测量的精确度；6）测量来自图像各个视场方向的光束，都垂直入射于光电探测仪；接收光束的孔径角恒定；有效阻止杂散光等等；测量精度高。

附图说明

图1是本发明涉及的现有技术的一种结构示意图。

图中：1＇.入瞳、2＇.成像装置、3＇.光电探测仪、61＇. 待测图像。

图2是本发明实施例1对应的一种结构示意图。

图中：1.入瞳、2.成像装置、21.光轴、3.光电探测仪、4.位置调节装置、6. 测量的虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像。

图3是本发明实施例3对应的一种结构示意图。

图中：11.孔经光阑、２-１/2-2. 镜片系统、3.光电探测仪、4.位置调节装置、21.光轴、6.虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像、。

图4是本发明实施例4对应的一种结构示意图。

图中：11.孔经光阑、2.成像装置、3.光电探测仪、4.位置调节装置、121.锥台形筒、21.光轴、6.虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像。

图5是本发明实施例5对应的一种结构示意图。

图中：11.孔经光阑、2.成像装置、3.光电探测仪、4.位置调节装置、121.锥台形筒、122.消杂光光阑、21.光轴、6.虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像。

图6是本发明实施例6对应的一种结构示意图。

图中：11. 孔经光阑、1.入瞳、2.成像装置、3.光电探测仪、301.测量镜头、302.光电探测器、4.位置调节装置、21.光轴、6.虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像。

图7是本发明实施例7对应的一种结构示意图。

图中：1.入瞳、11. 孔经光阑、2.成像装置、4.位置调节装置、5.光学分束器、31.图像探测器、32.单元探测器、52.反射出光口、53.透射出光口、6.虚拟图像显示设备、61. 待测虚拟图像。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图2所示，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）、位置调节装置（4）和虚拟图像显示设备（6）；所述的入瞳（1）位于所述成像镜头（2）的前焦点位置（入瞳距离成像镜头之间的距离Ｆ），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。

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。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，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。

入瞳的通光孔径能够根据实际情况进行调节，入瞳的通光孔径最大不大于6mm，模拟人眼的光学成像特性。

实施例2：本实施例在实施例1的基础上，增加的内容为：

对入瞳的通光孔径做进一步说明：

入瞳是直接设置圆型孔径光阑11，为了能够形成有效的通光孔径，在所述入瞳1位置设置一个中心通光的圆型孔径光阑11，所述圆型孔径光阑11的通光孔径小于成像装置2的通光孔径（成像装置的通光孔径大小要确保光电探测仪能准确接受到所对应待测虚拟图像的光束，使待测虚拟图像的边缘测量点上发出的光束都能通过该孔径光阑和成像装置，落在光电探测仪上，消除待测虚拟图像边缘区域光线成像到探测仪上产生的渐晕。）。孔径光阑11是通光孔径为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm中的一个或若干个孔径光阑的组合件。根据测量图像的亮度选择相应通光孔的孔径光阑，即亮度高则通光孔小，亮度低则通光孔大。亮度信号由光电探测仪3输出，控制电动机构驱动相应通光孔径的孔径光阑进入测量光路中。

不同的虚拟图像显示设备，其图像的平均亮度不同，根据图像亮度高低采用与人眼瞳孔尺寸类似的入瞳测量，测量结果更加符合人眼的视觉特性。

实施例3：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

入瞳则由等效通光孔径来确定，如图3所示，入瞳是一个实像，设置在成像装置的多个透镜之间的内置孔径光阑经其前方透镜所成的实像，多个透镜组成后形成的前焦点与入瞳中心重合。内置孔径光阑经其前方的镜片系统所成的实像（即入瞳）的等效通光孔径分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm中的一个或若干个组合。根据测量图像的亮度选择相应通光孔的孔径光阑，即亮度高则通光孔小，亮度低则通光孔大。亮度信号由光电探测仪输出，控制电动机构驱动相应通光孔径的孔径光阑进入测量光路中。

实施例4：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

如图4所示，所述圆型孔径光阑11通过一个锥台形筒121与所述成像装置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，靠近成像装置2一端的外径大。圆型孔径光阑11可以与锥台形筒121做成一体，或者通过联接方式使圆型孔径光阑11、成像装置2和锥台形筒121固定在一体。

许多近眼穿戴的AR和VR眼镜等产品来说，要求结构比较紧凑，充分减少虚拟图像光电测量仪前端部分的空间尺寸，方便圆型孔径光阑11插入到AR和VR眼镜的镜框和/或防护圈所限制的观察区域进行测量，因此，将孔径光阑与成像装置之间通过一个锥台形筒（通常情况下为锥台形锥台形筒）连接在一起，使圆型孔径光阑11能够顺利插入到观察区域，防止AR和VR眼镜边缘的镜框和/或防护圈阻挡光电探测仪的前端部分。

实施例5：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

如图5所示，为了进一步优化性能，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。

所述锥台形筒（121）内表面、孔径光阑（1）和消杂散光光阑（122）的各个表面均为漫反射黑色表面。

若消杂光光阑122的通光孔分别到圆型孔径光阑11和成像装置2的通光孔位置的距离分别为d1和d2， 而圆型孔径光阑11和成像装置2的通光孔径分别为D1和D2， 则消杂光光阑122的最佳通光孔径为[D1+（D2-D1）* d1/（d1+d2）]。

实施例6：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

如图6所示，所述光电探测仪（3）包括测量镜头（301）和光电探测器（302）；待测虚拟图像（61）经过成像镜头（2）所成的像，再经过测量镜头（301）成像在光电探测器（302）的光探测面上；测量镜头（301）和光电探测器（302）可同时相对于成像镜头（2）前后移动。

待测虚拟图像61经过测量镜头成像放大，可以获得更大的图像，不仅方便测量，还能提高测量精度，同时，可使光电探测器前获得更大的空间，方便设置其它光学元件。待测虚拟图像61经成像装置2所成的倒像，再经过测量镜头301成像，在光电探测器302上可以获得正的图像，与人眼直接使用虚拟图像显示设备时所观察的图像方向一致。

实施例7：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

如图7所示，所述光电探测仪（3）包括光学分束器（5）、图像探测器（31）和单元光探测器（32）；所述光学分束器（5）上设有反射出光口（52）和透射出光口（53）；所述图像探测器（31）与所述反射出光口（52）相对应；所述单元光探测器（32）与透射出光口（53）相对应。

所述的光学分束器5和光电探测仪3组成一体，通过调节装置4可相对于成像装置2在光轴方向移动，使待测虚拟图像61较大视场和中心一个小区域的图像光信号，经成像装置2、光学分束器5分别成像在图像探测器31和单元探测器32上。单元探测器32可以是光谱辐射亮度计、用滤光片精确匹配的光度计或色度计，图像探测器31可以是CCD相机或CMOS相机等。一般图像上各个像素发光的光谱分布较接近，可以用单元探测器的测量值来校准图像探测器的读数值，获得更精确的结果。

实施例7：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

如图7所示，所述光学分束器（5）上的反射出光口（52）开孔大，对应于待测虚拟图像（61）整个像面范围；而透射出光口（53）开孔小，对应于待测虚拟图像（61）中心不大于5度的像面范围。

实施例8：本实施例在上述各实施例的基础上，增加的内容为：

虚拟图像光电测量仪还包括旋转平台（7）；所述成像镜头（2）和入瞳（1）与旋转平台（7）固定连接；所述旋转平台（7）由两个旋转轴线互相正交的旋转轴组成，并且旋转轴线正交点与入瞳（1）中心重合。

人眼在仔细观看图像不同区时，眼球会上下、左右转动，两个互相垂直的旋转轴的平台驱动入瞳、成像装置、光电探测仪和位置调节装置来模拟人眼转动，可以获得不同视场上的图像参数,测量功能丰富、精度高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述锥台形筒（121）内表面、孔径光阑（1）和消杂散光光阑（122）的各个表面均为漫反射黑色表面。

6.根据权利要求1所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述的成像镜头（2）包括多个光学透镜；内置孔径光阑（2-3）；所述入瞳（1）是由设置在多个光学透镜中间的内置孔径光阑（2-3）经其前方光学透镜所成的实像；内置孔径光阑（2-3）的通光孔径不大于：6mm除以其前方光学透镜的放大倍率。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述光电探测仪（3）包括测量镜头（301）和光电探测器（302）；待测虚拟图像（61）经过成像镜头（2）所成的像，再经过测量镜头（301）成像在光电探测器（302）的光探测面上；测量镜头（301）和光电探测器（302）可同时相对于成像镜头（2）前后移动。

8.根据权利要求1、2、3或6所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于所述光电探测仪（3）包括光学分束器（5）、图像探测器（31）和单元光探测器（32）；所述光学分束器（5）上设有反射出光口（52）和透射出光口（53）；所述图像探测器（31）与所述反射出光口（52）相对应；所述单元光探测器（32）与透射出光口（53）相对应。

9.根据权利要求8所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于光学分束器（5）上的反射出光口（52）开孔大，对应于待测虚拟图像（61）整个像面范围；而透射出光口（53）开孔小，对应于待测虚拟图像（61）中心不大于5度的像面范围。

10.根据权利要求9所述的虚拟图像光电测量仪，其特征在于还包括旋转平台（7）；所述成像镜头（2）和入瞳（1）与旋转平台（7）固定连接；所述旋转平台（7）由两个旋转轴线互相正交的旋转轴组成，并且旋转轴线正交点与入瞳（1）中心重合。