CN113891071B - 一种双目测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双目测试装置，其包括第一、第二取像模块，第一、第二取像模块中的任一者均包括成像器件和图像传感器；成像器件包括第一反射器件和成像镜头，第一反射器件被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光从第一光路反射引导至第二光路上；第一光路的光轴对准近眼显示设备的显示屏的视场中心；成像镜头和图像传感器沿第二光路设置，成像镜头被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光聚焦后成像在图像传感器上；通过调节第一反射器件与第一光路之间的夹角来控制第二光路的方向，以调整第一、第二取像模块对应的两个第二光路之间的距离；本发明可同时监测显示设备左右眼的质量，将检测TT缩短一半，大大减少生产成本。

Description

一种双目测试装置

技术领域

本申请涉及近眼显示技术领域，更具体地，涉及一种双目测试装置。

背景技术

近眼显示设备是新型且非常热门的显示技术，2025年国内市场规模预计超过13014万美元。目前国内外显示屏制造商都竞相研发并推出AR/VR产品，但由于近眼显示设备的技术实现不同于常规显示屏，因此要达到产品量产还有很多技术难题要攻克，这个过程就需要显示屏质量监控技术的配合。市场上主流的近眼显示设备质量监测的产品是成像式色度计，即相机+镜头的结构，通过成像的方式获得近眼显示设备单个镜片的色度亮度分布以及成像效果，进而分析其光学特性和图像质量等，如畸变、FOV、色度亮度均匀性、对比度等。

AR/VR产品相较于常规显示屏的一个显著差异是该产品同时包含两个显示屏，左眼和右眼，类似于眼镜。需要分别测量左右镜片的光学特性，分别评估左右眼的镜片以及虚像质量，再结合左右镜片的光学特性输出双目亮度差、双目色度差、双目视场差等参数，来监测左右眼差异。

目前用于近眼显示设备的质量监测产品通常是对设备的左眼和右眼分别测量，左右眼不同时测量不能保证双眼的测量环境一致，无法排除数据采集环境差异对双目测量结果的影响，容易导致近眼显示设备的测量结果产生误差。另外，左眼和右眼分别测量就意味着对一个产品要测量两次，导致产品监测TT很长，生产成本很高；此外，由于在测试之前需要对相机的位置进行标定和校准，因此左右眼分开测量则需要进行两次校准，额外增加的一次校准时间无疑也会延长产品的监测TT。

而如果采用两个成像式色度计同时对设备的左眼和右眼进行测量，由于近眼显示设备视场较大，为了获取左右眼显示屏完整视场的图像，则需用视场较大的镜头对其取像，通常视场越大镜头径向尺寸越大，但是由于近眼显示设备双目间距有限，因此可能出现以下几种情况：一是不能同时放置两组大尺寸的镜头，实现双目同时测量；二是即便近眼显示设备的双目间距容许同时放置两组镜头，但是相机主体的径向宽度一般大于镜头的宽度，因此，与镜头相连的相机主体可能无法同时放置；三是勉强放置了两组镜头和相机主体，但是镜头无法严格对准近眼显示设备上的左右眼显示屏，导致测试结果出现误差。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种可用于近眼显示设备的双目测试装置，使用两组镜头同时对近眼显示设备的左眼显示屏和右眼显示屏进行取像，通过对每组镜头和/或相机的结构进行优化设计，实现对左眼显示屏和右眼显示屏对应的取像光路之间距离的灵活调整，确保在近眼显示设备的双目间距有限的情况下依然可以容置两组镜头和相机，实现对近眼显示设备的左右眼显示屏的同时测量，从而保证双目测量环境一致，可排除数据采集环境差异对双目测量差异的影响，并将检测TT缩短一半。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双目测试装置，其包括第一取像模块和第二取像模块，所述第一取像模块和第二取像模块中的任一者均包括成像器件和图像传感器；

所述成像器件包括第一反射器件和成像镜头，其中，所述第一反射器件被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光从第一光路反射引导至第二光路上；所述第一光路的光轴对准近眼显示设备的显示屏的视场中心；

所述成像镜头和图像传感器沿所述第二光路设置，该成像镜头被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光聚焦后成像在图像传感器上；

通过调节第一反射器件与第一光路之间的夹角来控制第二光路的方向，以调整第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路之间的距离。

优选的，上述双目测试装置，所述第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路平行且处于同一平面内。

优选的，上述双目测试装置，所述第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路处于同一平面内，且两个第二光路靠近图像传感器端的距离大于靠近反射器件端的距离。

优选的，上述双目测试装置，所述第一取像模块、第二取像模块各自的第二光路处于不同平面内。

优选的，上述双目测试装置，所述第一反射器件为反射镜或反射棱镜。

优选的，上述双目测试装置，所述成像镜头可替换为成像光纤束和转像透镜；

所述成像光纤束被配置为将第一反射器件出射的光引导至转像透镜；

所述转像透镜将成像光纤束输出的光进行转像和放大或缩小后传输给图像传感器。

优选的，上述双目测试装置还包括距离调节组件；

所述距离调节组件分别连接第一取像模块和第二取像模块，其被配置为根据近眼显示设备的两个显示屏之间的间距调整第一取像模块和第二取像模块之间的距离。

按照本发明的另一个方面，提供了一种双目测试装置，其包括：

分别与近眼显示设备的两个显示屏对应设置的两个光学镜头，每个所述光学镜头的光轴指向对应显示屏的视场中心，被配置为将对应显示屏出射的光聚焦引导至转向组件；

转向组件，其包括光学转向模块和两个第二反射器件；每个所述第二反射器件被配置为将一个光学镜头出射的光反射引导至光学转向模块；所述光学转向模块设置在两个第二反射器件之间，被配置为将两个第二反射器件出射的不同方向的两束反射光调节为两束同向光并成像在一个图像传感器上。

优选的，上述双目测试装置还包括第二成像组件，其被配置为将光学转向模块输出的两束同向光聚焦后成像在图像传感器上。

优选的，上述双目测试装置，所述光学转向模块输出的两束同向光互相平行。

优选的，上述双目测试装置，至少一个所述第二反射器件与光学转向模块之间的光路上设置有挡板，通过所述挡板控制所述光路的通断。

优选的，上述双目测试装置，所述光学转向模块包括两个第三反射器件，每个所述第三反射器件对应接收一个第二反射器件发出的反射光并将其引导至第二成像组件。

优选的，上述双目测试装置，所述第二反射器件、第三反射器件为反射镜、反射棱镜中的任一种。

优选的，上述双目测试装置，所述光学镜头可替换为成像光纤束和转像透镜；

所述成像光纤束的光轴指向对应显示屏的视场中心，被配置为将对应显示屏出射的光引导至转像透镜；

所述转像透镜将成像光纤束输出的光进行转像和放大或缩小后传输给第二反射器件。

优选的，上述双目测试装置还包括距离调节组件；

所述距离调节组件分别连接第一取像模块和第二取像模块，其被配置为根据近眼显示设备的两个显示屏之间的间距调整第一取像模块和第二取像模块之间的距离。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

（1）本发明提供的双目测试装置，可同时监测近眼显示设备左右眼的质量，将检测TT缩短一半，大大减少生产成本；

（2）本发明提供的双目测试装置，可同时对近眼显示设备的左右眼的亮度色度等进行测量，从而保证双目测量环境一致，可排除数据采集环境差异对双目测量差异的影响，输出更有说服力更符合实际应用场景的双目亮度差、双目色差以及双目视场差等评价双目差异的结果；

（3）本发明提供的双目测试装置，两组成像设备之间的间距可灵活调整，以适应不同近眼显示设备的眼距差异。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的第一种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图；

图2为本实施例提供的第二种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图；

图3为本实施例提供的第三种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图；

图4为本实施例提供的光学转向模块的结构示意图；

图5为本实施例提供的第四种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图；

图6为本实施例提供的第五种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1 成像器件

11 第一反射器件

12 成像镜头

2 第一图像传感器

3 第一光路

4 第二光路

5 距离调节组件

6 光学镜头

61 成像光纤束

62 转像透镜

7 转向组件

71 光学转向模块

72 第二反射器件

73 第三反射器件

8第二成像组件

9 第二图像传感器

10 挡板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

此外，为了避免使技术人员对本发明的理解模糊，可能不详细地描述或示出公知的或广泛使用的技术、元件、结构和处理。尽管附图表示本发明的示例性实施例，但是附图不必按照比例绘制，并且特定的特征可被放大或省略，以便更好地示出和解释本发明。

本发明提供的一种用于双目测试装置，其使用两组镜头同时对显示设备的左眼显示屏和右眼显示屏进行取像，满足左右眼光学特性同时测量的需求；同时，通过对每组镜头和/或相机的结构进行优化设计，实现对左眼显示屏和右眼显示屏对应的取像光路之间距离的灵活调整，确保在近眼显示设备的双目间距有限的情况下依然可以容置两组镜头和相机，实现对左右眼显示屏的同时测量。本发明可应用在近眼显示设备、望远镜以及其他具有多个显示屏的器件的取像和光学特性测试。

实施例一

图1是本实施例提供的一种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图，请参阅图1，该双目测试装置包括第一取像模块和第二取像模块，分别用来对近眼显示设备的左眼显示屏和右眼显示屏进行取像测试；该第一取像模块和第二取像模块中的任一者均包括成像器件1和第一图像传感器2；

本实施例中，成像器件1包括第一反射器件11和成像镜头12，其中，第一反射器件11被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光从第一光路3反射引导至第二光路4上；该第一光路3为近眼显示设备的显示屏的出射光路，第一光路3的光轴对准近眼显示设备的显示屏的视场中心；为了确保能够采集到显示屏的完整视场的图像，该成像器件1的入瞳视场范围至少需覆盖被测近眼显示设备的显示屏的视场范围。

成像镜头12和第一图像传感器2沿所述第二光路4设置，该成像镜头12被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光聚焦后成像在第一图像传感器2上；成像镜头12可使用常见的光学镜头，该光学镜头类型不做具体限制，其结构和参数根据被测近眼显示设备的光学特性确定。第一图像传感器2将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，供其他检测设备进行光学特性测试。第一图像传感器2可选用CMOS传感器或CCD传感器。

参见图1，第一取像模块和第二取像模块中的第一光路3（即近眼显示设备的显示屏的出射光路）是平行的，但是通过第一反射器件11使第一光路3发生偏折，由第一光路3转向为第二光路4；通过调节第一反射器件11与第一光路3之间的夹角可以控制第二光路4的方向，进而可以调整第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路4之间的距离，或者两个第二光路4之间的空间位置关系。如此，可以根据近眼显示设备的双目间距的大小来调整两组取像相机之间的间隔距离，即便在近眼显示设备的双目间距有限的情况下，依然可以通过该间隔距离的调整来容置两组大体积的取像相机。

在一个具体示例中，第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路4平行且处于同一平面内。此种情况下，第一取像模块和第二取像模块中的两个第一反射器件11的反射面平行设置，适用于两组取像相机的体积不大于近眼显示设备的双目间距的情况。

在一个具体示例中，所述第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路4处于同一平面内，且两个第二光路4靠近第一图像传感器2端的距离大于靠近第一反射器件11端的距离。此种情况下，第一取像模块和第二取像模块中的两个第一反射器件11的反射面为非平行设置，从两个第一反射器件11反射的两束光逐渐偏离，距离逐渐增大，使两个第一图像传感器2之间的距离尽可能地远，因此，即便图像传感器对应的相机主体的体积较大，依然有足够的空间可以布置两组取像相机。

以上两个示例中，在空间允许的情况下，第一取像模块、第二取像模块中的两个第一图像传感器2可以封装在同一个相机主体中。

在一个具体示例中，第一取像模块、第二取像模块各自的第二光路4处于不同平面内。请参阅图2，本示例中，两个第一反射器件11反射后形成的两个第二光路4处于不同的平面内，相比两个第二光路4处于同一平面内的方案，本示例能够为相机或其他检测设备提供更多的布局空间。

本实施例中，第一反射器件11可以采用反射镜，也可以采用反射棱镜。从缩小器件体积的角度考虑，优选使用反射镜。

作为一个可选的实施例，由于近眼显示设备视场较大，需用视场较大的镜头对其取像，通常视场越大镜头径向尺寸越大，而近眼显示设备双目间距有限，即便采取上述方案依然存在无法同时放置两组镜头实现双目同时测量的风险。对此，本实施例采用成像光纤束和转像透镜替换上述成像镜头12，成像光纤束的径向尺寸小于光学镜头，先使用径向尺寸较小的成像光纤束对近眼显示设备的左右眼显示屏进行成像，再将成像光纤束的像面通过简单的转像透镜成像至图像传感器上。

需要指出的是，当使用成像光纤束和转像透镜替换成像镜头12时，可以使用第一反射器件，也可以不使用第一反射器件；在使用第一反射器件的情况下，成像光纤束将第一反射器件出射的光引导至转像透镜；转像透镜将成像光纤束输出的光进行转像和放大（或缩小）后传输给图像传感器2。

作为一个可选的实施例，上述双目测试装置还包括距离调节组件5；

该距离调节组件5分别连接第一取像模块和第二取像模块，其能够根据近眼显示设备的左右显示屏之间的间距调整第一取像模块和第二取像模块之间的距离，从而适配不同具有不同双目间距的近眼显示设备。该距离调节组件5可以通过人工手动调节，也可以通过电机驱动等方式进行自动调节。

实施例二

实施例一中提供的若干双目测量装置中，每个取像相机中分别包括了成像器件1和图像传感器2，相当于仍然包含两组成像系统，即两套成像镜头+相机芯片，因此近眼显示设备的两个显示屏的测量是独立控制的。本实施例中，在图像传感器端将两个光路合二为一，仅使用一个图像传感器，实现真正意义上的双目同时测量。

图3是本实施例提供的一种用于近眼显示设备的双目测试装置的结构示意图，如图3所示，该双目测试装置包括两个光学镜头6、转向组件7、第二成像组件8和第二图像传感器9；

其中，针对近眼显示设备的两个显示屏对应设置有两个光学镜头6，每个光学镜头6的光轴指向对应显示屏的视场中心，为了确保能够采集到显示屏的完整视场的图像，该光学镜头6的入瞳视场范围至少需覆盖被测近眼显示设备的显示屏的视场范围。光学镜头6将对应显示屏出射的光聚焦引导至转向组件7；该光学镜头6类型不做具体限制，其结构和参数根据被测近眼显示设备的光学特性确定。

转向组件7，其包括光学转向模块71和两个第二反射器件72；其中，每个第二反射器件72被配置为将一个光学镜头6出射的光反射引导至光学转向模块71；光学转向模块71设置在两个第二反射器件72之间，被配置为将两个第二反射器件72出射的不同方向的两束反射光调节为两束同向光；本实施例中，同向光是指两束光的传输方向指向同一个图像传感器。此处的两束同向光不一定平行，只要在同一个图像传感器的接收光路的视野范围即可；当接受光路中没有第二成像组件8的时候，处于第二图像传感器9的接收视野范围；优选的，当接收光路中设置有第二成像组件8的时候，在第二成像组件8的接收视野范围即可。

参见图3，通过转向组件7对左右眼显示屏的出射光路的调整，缩小了两个光路之间的距离；可以看出，光学转向模块71输出的两束同向光的距离显著小于左右眼显示屏出射的两束平行光的距离。为了避免光学转向模块71输出的两束同向光在成像时发生干扰，在一个优选的实施方式中，这两束同向光互相平行；本实施例中，第二反射器件72可以采用反射镜，也可以采用反射棱镜。从缩小器件体积的角度考虑，优选使用反射镜。

第二成像组件8，其被配置为将光学转向模块71输出的两束同向光聚焦后成像在第二图像传感器9上。第二图像传感器9将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，供其他检测设备进行光学特性测试。该第二图像传感器9可选用CMOS传感器或CCD传感器。

本实施例通过转向组件将间距缩小后的两路平行光通过第二成像组件8入射至同一个相机芯片（第二图像传感器9），实现单次取像可同时获得近眼显示设备的左右眼显示屏的光学特性的目的。

需要说明的是，如果转向组件7所占用的空间超出光学镜头6的后截距，导致光学镜头6输出的光无法成像在第二图像传感器9上，则需要在第二图像传感器9之前设置第二成像组件8，该第二成像组件8作为场镜把转向组件7输出的像以合适的后截距成像到第二图像传感器9上；否则，也可以不设置第二成像组件8。

如图4所示，在一个具体示例中，光学转向模块71包括两个第三反射器件73，每个第三反射器件73对应接收一个第二反射器件72发出的反射光并将其引导至第二成像组件8。每个第三反射器件73与对应的第二反射器件72的反射面相对设置，从第二反射器件72发出的反射光到达第三反射器件73的反射面，被再次反射至第二成像组件8。

本实施例中，第三反射器件73可以采用反射镜，也可以采用反射棱镜。从缩小器件体积的角度考虑，优选使用反射镜。

如果两组光学镜头6的成像靶面较大，即便经过转向组件7对两条光路的距离进行缩短之后，第二图像传感器9的感光面依然无法同时接收两个镜头的成像；针对此种情况，可以采用开关式的转向组件7，具体来说，如图5所示，可以在至少一个第二反射器件72与光学转向模块71之间的光路上设置挡板10，通过挡板10控制光路的通断，从而实现单次只让一个光学镜头的成像光路通过，那么单次仅对近眼显示设备的一个显示屏成像。虽然该结构不能实现对近眼显示设备的左右眼显示屏的同时测量，但可用同一相机芯片在位置固定的情况下对左右眼显示屏分别成像，相较使用一套成像系统，通过移动位置的方式分别对近眼显示设备的左右眼显示屏测量的方式，本结构省去了一次重新对位的时间，在TT上仍然有很大改善。

同样的，本实施例中的光学镜头6可替换为成像光纤束61和转像透镜62；成像光纤束61的径向尺寸小于光学镜头6，先使用径向尺寸较小的成像光纤束61对近眼显示设备的左右眼显示屏进行成像，再将成像光纤束61的像面通过简单的转像透镜62成像至图像传感器上。如图6所示，成像光纤束61的光轴指向对应显示屏的视场中心，被配置为将对应显示屏出射的光引导至转像透镜62；转像透镜62将成像光纤束输出的光进行转像和放大（或缩小）后传输给第二反射器件72。

作为一个可选的实施例，上述双目测试装置还包括距离调节组件5；

该距离调节组件5分别连接第一取像模块和第二取像模块，其能够根据近眼显示设备的左右显示屏之间的间距调整第一取像模块和第二取像模块之间的距离，从而适配不同具有不同双目间距的近眼显示设备。该距离调节组件5可以通过人工手动调节，也可以通过电机驱动等方式进行自动调节。

本发明提出了一种针对近眼显示设备的双目测量结构，该双目测量结构可以是两组成像相机并列放置，光轴不发生变化，也可使用反射镜或反射棱镜使光路弯折，为后续相机等装置的固定安装提供更多空间，以便适应各种测试环境。

该双目测试装置也可是合二为一式的光路结构，即通过转向组件将近眼显示设备的左右眼显示屏的成像光路距离缩短，进而可使用同一相机芯片同时接收两个光路的成像。这两种结构都可将近眼显示设备的左右眼显示屏的测量TT缩短一半，大大减少近眼显示设备的生产成本。

使用合二为一式的光路结构，在转向组件处增加诸如挡板的设计实现单次仅让单个镜头的光路通过的目的，那么可实现用同一相机芯片在位置固定的情况下对近眼显示设备的左右眼显示屏的依次测量，相较使用一套光学系统对两个镜片分别测量也能显著改善测试TT。

为解决近眼显示设备的测试镜头径向尺寸可能较大而近眼显示设备的双目间距有限的问题，可使用成像光纤束分别对近眼显示设备的双目虚像成像，再用镜头转像至相机芯片的方法，可有效解决近眼显示设备的双目间距有限问题。

本发明提供的双目测试装置的使用对近眼显示设备生产TT的改善不仅非常大程度的降低成本，也可加快近眼显示设备的研发和生产速度，有效促进近眼显示技术的发展，并填补了近眼显示设备检测技术领域的空白。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双目测试装置，其特征在于，包括第一取像模块和第二取像模块，所述第一取像模块和第二取像模块中的任一者均包括成像器件和图像传感器；

所述成像器件包括第一反射器件和成像镜头，其中，所述第一反射器件被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光从第一光路反射引导至第二光路上；所述第一光路的光轴对准近眼显示设备的显示屏的视场中心；

所述成像镜头和图像传感器沿所述第二光路设置，该成像镜头被配置为将近眼显示设备的显示屏出射的光聚焦后成像在图像传感器上；

通过调节第一反射器件与第一光路之间的夹角来控制第二光路的方向，以调整第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路之间的距离。

2.如权利要求1所述的双目测试装置，其特征在于，所述第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路平行且处于同一平面内。

3.如权利要求1所述的双目测试装置，其特征在于，所述第一取像模块、第二取像模块对应的两个第二光路处于同一平面内，且两个第二光路靠近图像传感器端的距离大于靠近反射器件端的距离。

4.如权利要求1所述的双目测试装置，其特征在于，所述第一取像模块、第二取像模块各自的第二光路处于不同平面内。

5.如权利要求1-4任一项所述的双目测试装置，其特征在于，所述第一反射器件为反射镜或反射棱镜。

6.如权利要求1-4任一项所述的双目测试装置，其特征在于，所述成像镜头可替换为成像光纤束和转像透镜；

所述成像光纤束被配置为将第一反射器件出射的光引导至转像透镜；

所述转像透镜将成像光纤束输出的光进行转像和放大或缩小后传输给图像传感器。

7.如权利要求1-4任一项所述的双目测试装置，其特征在于，还包括距离调节组件；

所述距离调节组件分别连接第一取像模块和第二取像模块，其被配置为根据近眼显示设备的两个显示屏之间的间距调整第一取像模块和第二取像模块之间的距离。

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