一种虚像距测量系统及测量方法与流程

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种虚像距测量系统及测量方法。

背景技术：

近年来，随着通信技术的迅速发展，近眼显示技术也获得相应的快速发展。近眼显示光学系统所成的像都是虚像，在人眼几米到几十米的距离形成一幅放大的虚拟图像。虚拟图像到人眼的距离即虚像距。虚像距是近眼光学系统的一个重要设计指标，如何测量产品的虚像距是否满足设计规格是一个重要课题。同时，虚像距的大小直接影响用户感知的影像位置深度，近眼显示系统后期的标定、反畸变、虚实融合等也需要对它进行准确测量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种虚像距测量系统，包括：

一近眼显示光学系统和一第二镜头元件，所述近眼显示光学系统的第一光轴与所述第二镜头元件的第二光轴垂直相交；

一分光元件，设置于所述第一光轴和所述第二光轴的相交点；

一拍照装置，设置于所述第一光轴上，所述分光元件位于所述近眼显示光学系统和所述拍照装置之间；

一参考物体，设置于所述第二光轴上，所述第二镜头元件位于所述分光元件与所述参考物体之间。

优选的，所述近眼显示光学系统包括：

一第一镜头元件，所述第一镜头元件的光轴为所述第一光轴；

一虚像显示装置，设置于所述第一光轴上，所述第一镜头元件位于所述虚像显示装置与所述分光元件之间。

优选的，所述第一镜头元件的光焦度为正。

优选的，所述虚像显示装置为显示器，所述显示器为lcd，或oled或lcos。

优选的，所述拍照装置为摄像头模组。

优选的，所述参考物体为用于合焦的分辨率测试标板，所述分辨率测试标板上设有棋盘格或星状图。

优选的，所述第二镜头元件的光焦度为正。

优选的，还包括一数据处理单元，所述近眼显示光学系统形成的一第一虚像与所述拍照装置之间的距离为待测虚像距，所述参考物体经所述第二镜头元件形成一第二虚像；

则所述数据处理单元包括：

一存储模块，用于保存预先获取的一第一距离与一第二距离之间的对应关系曲线；

其中，所述第二虚像在所述拍照装置上清晰成像时，第二镜头元件与所述参考物体之间的距离为所述第一距离，所述第二虚像与所述分光元件之间的距离加上所述分光元件与所述拍照装置之间的距离为所述第二距离；

一匹配模块，连接所述存储模块，用于获取所述第一虚像和所述第二虚像同时在所述拍照装置上清晰成像时对应的所述第一距离，并根据所述第一距离和所述对应关系曲线匹配得到对应的所述第二距离作为所述待测虚像距。

优选的，所述第二镜头元件与所述参考物体之间设有距离测量装置，通过所述距离测量装置记录所述第一距离。

优选的，所述第一距离为所述第二镜头元件的朝向所述参考物体一侧的最外一枚镜片中心到所述参考物体表面的距离。

优选的，还包括一调节装置，所述调节装置驱动所述第二镜头元件沿所述第二光轴移动。

一种虚像距测量方法，采用上述的虚像距测量系统，所述近眼显示光学系统形成的一第一虚像与所述拍照装置之间的距离为待测虚像距，所述参考物体经所述第二镜头元件形成一第二虚像；

所述虚像距测量方法包括：

步骤s1、所述拍照装置对所述第一虚像进行合焦得到所述第一虚像的清晰成像后保持当前的拍摄参数；

步骤s2、沿所述第二光轴移动所述第二镜头元件直至所述第二虚像在所述拍照装置上清晰成像，并记录清晰成像时第二镜头元件与所述参考物体之间的第一距离；

步骤s3、根据所述第一距离处理得到所述第二虚像与所述分光元件之间的距离加上所述分光元件与所述拍照装置之间的距离得到的第二距离，并将所述第二距离作为所述待测虚像距。

优选的，所述第二镜头元件与所述参考物体之间设有距离测量装置；

所述步骤s2中，通过所述距离测量装置记录所述第一距离。

优选的，所述第一距离为所述第二镜头元件的朝向所述参考物体一侧的最外一枚镜片中心到所述参考物体表面的距离。

优选的，提供一存储模块，用以保存预先获取的所述第一距离与所述第二距离之间的对应关系曲线；

所述步骤s3中，根据所述第一距离和所述对应关系曲线处理得到所述第二距离。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种测量近眼显示光学系统的虚像距的方案，简化了虚像距的测量过程，同时简化了设备对软件、算法和硬件上的要求，操作简单，同时保证较高的测量精度，能够满足虚拟显示设备和增强现实设备等近眼显示系统的虚像距测量需求。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种虚像距测量系统的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，数据处理单元的示意图；

图3为本发明的较佳的实施例中，第一距离与第二距离之间的对应关系曲线的示意图；

图4为本发明的较佳的实施例中，一种虚像距测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种虚像距测量系统，如图1所示，包括：

一近眼显示光学系统1和一第二镜头元件2，近眼显示光学系统1的第一光轴100与第二镜头元件2的第二光轴200垂直相交；

一分光元件3，设置于第一光轴100和第二光轴200的相交点；

一拍照装置4，设置于第一光轴100上，分光元件3位于近眼显示光学系统1和拍照装置4之间；

一参考物体5，设置于第二光轴200上，第二镜头元件2位于分光元件3与参考物体5之间。

具体地，本实施例中，近眼显示光学系统1形成的一第一虚像300与拍照装置4之间的距离为待测虚像距，参考物体5经第二镜头元件2形成一个第二虚像400，将该第二虚像400与分光元件3之间的距离d2加上分光元件3与拍照装置4之间的距离s作为一第二距离，该第二距离即为第二虚像400的虚像距。其中，待测虚像距等于第一光轴100上分光元件3与第一虚像300之间的距离d1加上分光元件3与拍照装置4之间的距离s，即第一虚像300与拍照装置之间的距离，第二虚像400的虚像距为第二虚像400与分光元件3之间的距离d2加上分光元件3与拍照装置4之间的距离s，由于待测虚像距与第二虚像400的虚像距相等，只需计算出第二虚像400的虚像距即可得到待测虚像距。基于此，第二镜头元件2可以沿第二光轴200前后移动，第二镜头元件2的焦距是已知的，且在测量过程中保持不变，由高斯定理或物像共轭关系可知，每次调整第二镜头元件2与参考物体5之间的第一距离d必定对应一个第二距离，因此，在第二镜头元件2的型号确定后，即可事先得出上述第一距离和第二距离之间的一一对应关系，进而通过测量第二镜头元件2与参考物体5之间的第一距离d即可匹配得到对应的第二距离，该第二距离即为待测虚像距。

本发明的较佳的实施例中，近眼显示光学系统1包括：

一第一镜头元件11，第一镜头元件11的光轴为第一光轴100；

一虚像显示装置12，设置于第一光轴100上，第一镜头元件11位于虚像显示装置12与分光元件3之间。

本发明的较佳的实施例中，第一镜头元件11的光焦度为正，用于将虚像显示装置12发出的图像在特定距离处成一放大的第一虚像300，该特定距离即为待测虚像距。

本发明的较佳的实施例中，虚像显示装置12为显示器，显示器为lcd，或oled或lcos。

本发明的较佳的实施例中，拍照装置4为摄像头模组。

本发明的较佳的实施例中，参考物体5为真实的物体，可以是用于合焦的分辨率测试标板，分辨率测试标板上可以设有棋盘格或星状图。

本发明的较佳的实施例中，第二镜头元件2的光焦度为正，用于将参考物体在特定距离处成一放大的第二虚像400，该特定距离为第二虚像400的虚像距，该第二镜头元件2可以是中继镜头。

本发明的较佳的实施例中，如图2所示，可以将上述第一距离和第二距离之间的一一对应关系输入到程序中，以提高测量效率。这里的程序可以运行在一数据处理单元6中，近眼显示光学系统1形成的一第一虚像300与拍照装置3之间的距离为待测虚像距，参考物体5经第二镜头元件2形成一第二虚像400；

则数据处理单元6包括：

一存储模块61，用于保存预先获取的一第一距离与一第二距离之间的对应关系曲线；

其中，第二虚像400在拍照装置4上清晰成像时，第二镜头元件2与参考物体5之间的距离为第一距离，第二虚像400与分光元件3之间的距离加上分光元件3与拍照装置4之间的距离为第二距离；

一匹配模块62，连接存储模块61，用于获取第一虚像300和第二虚像400同时在拍照装置4上清晰成像时对应的第一距离，并根据第一距离和对应关系曲线匹配得到对应的第二距离作为待测虚像距。

具体地，本实施例中，如图3所示，为预先获取的第一距离与第二距离之间的对应关系曲线的示意图，其中，横轴为第二镜头元件2与参考物体5之间的第一距离，单位是毫米，纵轴为第二距离，单位是米。

本发明的较佳的实施例中，第二镜头元件2与参考物体5之间设有距离测量装置，通过距离测量装置记录第一距离，该距离测量装置可以是刻度尺，也可以是激光测距仪。

本发明的较佳的实施例中，第一距离为第二镜头元件2的朝向参考物体5一侧的最外一枚镜片中心到参考物体5表面的距离。

本发明的较佳的实施例中，还包括一调节装置，调节装置驱动第二镜头元件2沿第二光轴200移动。

具体地，本实施例中，上述调节装置可以包括一滑块和一导轨，导轨与第二光轴200平行设置，第二镜头元件2固定在滑块上，滑块可以沿导轨前后移动，用以调节第二镜头元件2到适合位置使第二虚像在拍照装置4上成清晰像。需要说明的是，上述调节装置的结构只是其中一个实施例，并不以此限制其结构。

一种虚像距测量方法，采用上述的虚像距测量系统，近眼显示光学系统形成的一第一虚像与拍照装置之间的距离为待测虚像距，参考物体经第二镜头元件形成一第二虚像；

如图4所示，虚像距测量方法包括：

步骤s1、拍照装置对第一虚像进行合焦得到第一虚像的清晰成像后保持当前的拍摄参数；

步骤s2、沿第二光轴移动第二镜头元件直至第二虚像在拍照装置上清晰成像，并记录清晰成像时第二镜头元件与参考物体之间的第一距离；

步骤s3、根据第一距离处理得到第二虚像与分光元件之间的距离加上分光元件与拍照装置之间的距离得到的第二距离，并将第二距离作为待测虚像距。

具体地，本实施例中，第一虚像的清晰成像通过调节拍照装置的拍摄参数实现，在能够清晰成像后，保持该拍摄参数不变，该拍摄参数可以是光圈参数以及焦距。随后通过调节第二镜头元件与参考物体之间的第一距离实现第二虚像在拍照装置上清晰成像，此时分光元件与拍照装置之间的距离保持不变。最后根据清晰成像时的第一距离处理得到第二距离，即第二虚像的虚像距，也即是待测虚像距。

本发明的较佳的实施例中，第二镜头元件与参考物体之间设有距离测量装置；

步骤s2中，通过距离测量装置记录第一距离。

本发明的较佳的实施例中，第一距离为第二镜头元件的朝向参考物体一侧的最外一枚镜片中心到参考物体表面的距离。

本发明的较佳的实施例中，提供一存储模块，用以保存预先获取的第一距离与第二距离之间的对应关系曲线；

步骤s3中，根据第一距离和对应关系曲线处理得到第二距离。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。