用于AR光波导性能检测设备的辅助定标工装及使用方法与流程

本发明涉及光波导性能检测，具体涉及一种用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装及使用方法。

背景技术：

1、ar光波导由于轻薄、透过率高，fov大等优势，随着成本降低，越来越多的消费级ar眼镜已经采用光波导技术，高集成的整机已经达到了80g以内的轻量化水平。光波导模组在视场角、分辨率、亮度、光线透过率、eyebox等方面同样具备优势。光波导生产制造过程中性能检测显得尤为重要，对于光波导的光学性能检测，目前的技术方案是投影模组投射事先设计好的图案在入射光栅处耦合进光波导，经过光波导的传输并借由耦出光栅在出瞳处形成眼动范围eyebox。同时衍射光栅的入射光及出射光与光波导的法线成一定的空间夹角，投影模组跟成像成像模组在空间成一定的角度分布，这给光波导性能检测设备的定标及定位带来一定的困难。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述现有光波导性能检测设备因为空间夹角，不便于进行定标和定位的不足，本发明公开了一种能够根据待测光波导的空间角进行调整，对多种规格光波导检测设备进行辅助装调的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装及使用方法。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装，包括用于实体光阑投影的主光路，在主光路上设置用于主光路分离的分光镜组，以及与分光镜组相对应，将分光光路反射图像投射到检测设备投影模组与成像模组的反射镜组，辅助定标工装在与投影模组、成像模组对接处对应设置接收臂和输出臂；实体光阑通过辅助定标工装的主光路投影虚拟光阑，与检测设备投影模组和成像模组的光阑进行匹配。

4、优选地，本发明的主光路上在实体光阑的前侧设置分光棱镜，分光棱镜的其中一路分光光路与主光路方向相一致并朝向背离实体光阑所在一侧，在对应的分光光路上设置半透半反镜，半透半反镜的反射光路方向与主光路方向相一致，在半透半反镜的透射光路上设置相机，沿垂直于主光路方向在分光棱镜一侧设置激光指示光源，激光指示光源发射的激光通过分光棱镜与半透半反镜沿主光路方向进行传递。

5、优选地，本发明的分光镜组包括第二分光棱镜以及用于调整第二分光棱镜的分光光路方向反射至反射镜组的折转棱镜，反射镜组包括若干反射镜，反射镜对应设置在第二分光棱镜分光光路上，将第二分光棱镜的两条分光光路反射至检测设备的投影模组和成像模组。

6、本发明还提供一种基于上述用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，包括步骤：

7、s01、通过光电自准直仪对辅助定标工装的光路进行自校准；

8、s02、在校准完成后，通过激光指示光源配合光电自准直仪对辅助定标工装的接收臂和输出臂角度进行调整，使接收臂与输出臂的空间姿态与待测光波导的入射、出射角度一致；

9、s03、调整完成后，通过辅助定标工装的主光路将实体光阑投射成虚拟光阑，通过虚拟光阑与检测设备投影模组和成像模组的光阑进行匹配，完成对检测设备的定标和定位。

10、优选地，本发明在步骤s01中，对辅助定标工装的光路进行自校准的过程包括：

11、s011、通过光电准直仪提供十字线图像，光电自准直仪的工作口径大于辅助定标工装的接收臂与输出臂之间的臂宽；

12、s012、十字线图像沿辅助定标工装的分光光路、主光路逆向进行传递，调整分光镜组和反射镜组的角度，使传递的十字线图像成像到主光路的相机上，使两条分光光路传递的十字线图像重合并处于相机的像面中心位置；

13、s013、打开激光指示光源，激光指示光源发射的激光通过分光镜组和反射镜组投射到光电自准直仪上，调整激光指示光源的空间姿态，使激光指示光源在辅助定标工装上传递的光轴与辅助定标工装自身的光轴重合，完成辅助定标工装的自校准。

14、优选地，本发明在步骤s02中，通过激光指示光源对辅助定标工装的接收臂与输出臂调整的过程包括：打开激光指示光源，激光指示光源发出的激光通过主光路和分光光路投射至光电自准直仪上，根据光电自准直仪上接收到的激光输出光斑的偏移量，判断接收臂与输出臂是否调整到与光波导对应的入射及出射角度。

15、优选地，本发明在步骤s03中，进行光阑匹配后，对匹配结果进行校准，校准过程包括：

16、在投影模组的入瞳处放置分化板，通过外部光源对分划板进行投射，分划板的图像经投影模组的出射光阑进入辅助定标工装的接收臂，依次经过分光光路和主光路投射到相机的接收面上；部分光线被相机前端的半透半反镜沿主光路反射至分光镜组，并沿对应的分光光路投射至成像模组上；通过相机接收到的投射图像判定投影模组光阑与接收臂光阑的空间姿态与位置是否匹配，并通过投射至成像模组上的光斑检测成像模组与输出臂的光阑匹配；按照相同的方式，进行成像模组光阑与输出臂光阑的空间姿态与位置匹配检测以及投影模组与接收臂的光阑匹配检测。

17、优选地，本发明的分化板上带有完整分化圆和缺口分化圆，通过在完整分化圆投射时，相机接收图像的对称性和是否残缺进行光阑的空间姿态与位置匹配的检测，通过缺口分化圆的投射，进行光阑旋转角度的检测。

18、有益效果：本发明所提供的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装及使用方法具有如下有益效果：

19、1、本发明的辅助定标工装将实体光阑通过光路投影为虚拟光阑，能够很好地与带装调的检测设备的投影模组和成像模组进行光阑匹配，降低光阑匹配的难度，提升匹配和装调效率。

20、2、本发明辅助定标工装的接收臂和输出臂均能够根据待测光波导的入射和出射角度对应进行调整，从而可以根据待测光波导的空间角进行调整，可以满足多种规格光波导检测设备的辅助装调。

21、3、本发明通过对辅助定标的光路进行自校准，并通过光电自准直仪对激光指示光源的光路进行校准，通过激光指示光源投射在光电自准直仪上的偏移量，对接收臂和输出臂角度进行检测，可以保证角度调整的准确性，同时保持接收臂和输出臂处于辅助定标工装的光路上，便于调整后进行光阑匹配与检测。

22、4、本发明在完成光阑匹配后，通过投射完整分化圆和缺口分化圆，对光阑匹配的空间姿态与位置以及光阑旋转角度的检测，保证光阑匹配的准确性，并能对匹配结果进行验证检测，对匹配的后的光阑进行精确调整。

技术特征：

1.一种用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装，其特征在于，包括用于实体光阑（1）投影的主光路（2），在主光路（2）上设置用于主光路（2）分离的分光镜组，以及与分光镜组相对应，将分光光路反射图像投射到检测设备投影模组（3）与成像模组（4）的反射镜组，辅助定标工装在与投影模组（3）、成像模组（4）对接处对应设置接收臂（5）和输出臂（6）；实体光阑（1）通过辅助定标工装的主光路（2）投影虚拟光阑，与检测设备投影模组（3）和成像模组（4）的光阑进行匹配。

2.根据权利要求1所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装，其特征在于，所述主光路（2）上在实体光阑（1）的前侧设置分光棱镜（7），分光棱镜（7）的其中一路分光光路与主光路（2）方向相一致并朝向背离实体光阑（1）所在一侧，在对应的分光光路上设置半透半反镜（8），半透半反镜（8）的反射光路方向与主光路（2）方向相一致，在半透半反镜（8）的透射光路上设置相机（9），沿垂直于主光路（2）方向在分光棱镜（7）一侧设置激光指示光源（10），激光指示光源（10）发射的激光通过分光棱镜（7）与半透半反镜（8）沿主光路（2）方向进行传递。

3.根据权利要求1所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装，其特征在于，所述分光镜组包括第二分光棱镜（11）以及用于调整第二分光棱镜（11）的分光光路方向反射至反射镜组的折转棱镜（12），反射镜组包括若干反射镜（13），反射镜（13）对应设置在第二分光棱镜（11）分光光路上，将第二分光棱镜（11）的两条分光光路反射至检测设备的投影模组（3）和成像模组（4）。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，其特征在于，包括步骤：

5.根据权利要求4所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，其特征在于，在步骤s01中，对辅助定标工装的光路进行自校准的过程包括：

6.根据权利要求5所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，其特征在于，在步骤s02中，通过激光指示光源（10）对辅助定标工装的接收臂（5）与输出臂（6）调整的过程包括：打开激光指示光源（10），激光指示光源（10）发出的激光通过主光路和分光光路投射至光电自准直仪（14）上，根据光电自准直仪（14）上接收到的激光输出光斑的偏移量，判断接收臂（5）与输出臂（6）是否调整到与光波导对应的入射及出射角度。

7.根据权利要求5所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，其特征在于，在步骤s03中，进行光阑匹配后，对匹配结果进行校准，校准过程包括：

8.根据权利要求7所述的用于ar光波导性能检测设备的辅助定标工装的使用方法，其特征在于，所述分化板（15）上带有完整分化圆（17）和缺口分化圆（18），通过在完整分化圆（17）投射时，相机（9）接收图像的对称性和是否残缺进行光阑的空间姿态与位置匹配的检测，通过缺口分化圆（18）的投射，进行光阑旋转角度的检测。

技术总结
本发明公开了一种用于AR光波导性能检测设备的辅助定标工装及使用方法，辅助定标工装包括用于实体光阑投影的主光路，在主光路上设置用于主光路分离的分光镜组，以及与分光镜组相对应，将分光光路反射图像投射到检测设备投影模组与成像模组的反射镜组，辅助定标工装在与投影模组、成像模组对接处对应设置接收臂和输出臂；实体光阑通过辅助定标工装的主光路投影虚拟光阑，与检测设备投影模组和成像模组的光阑进行匹配，本发明辅助定标工装的接收臂和输出臂均能够根据待测光波导的入射和出射角度对应进行调整，从而可以根据待测光波导的空间角进行调整，可以满足多种规格光波导检测设备的辅助装调，降低光阑匹配的难度，提升匹配和装调效率。

技术研发人员：周威,梁思远,范浩,何姜,武鹏飞,刘伟达
受保护的技术使用者：茂莱（南京）仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15