测试镜头及近眼显示测试装置的制作方法

1.本技术属于光学测试技术领域，尤其涉及一种测试镜头及近眼显示测试装置。


背景技术：

2.近些年来，随着微显示器、先进光学和软硬件技术的发展，近眼显示产品层出不穷，它在娱乐、虚拟现实等领域的应用也更加广泛。器件的显示效果与光学镜头密切相关，因此对于光学镜头的像质评价是十分关键的。
3.虽然针对近眼显示器件设计和应用已有深入的研究，但在其像质检测和评价方法方面却相对滞后。现有的大多数评价方法都是靠人眼观察来判定的，由于个体差异性问题，主观判断容易造成偏差。同时该方法也不利于近眼显示设备的大批量生产。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种测试镜头及近眼显示测试装置，以解决目前采用肉眼进行像质评价不利于近眼显示设备的大批量生产的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供一种测试镜头，包括从物侧到像侧之间共光轴依次设置的：
6.光阑，用于透过光线；
7.第一透镜组，包括第一双胶合透镜，用于提供正光焦度；
8.第二透镜组，包括第二双胶合透镜，用于提供负光焦度；
9.第三透镜，用于提供正光焦度；
10.第四透镜，用于提供正光焦度；
11.第五透镜组，包括第三双胶合透镜，用于提供负光焦度；
12.第六透镜组，包括第四双胶合透镜，用于提供正光焦度；以及
13.感光器件，用于接收依次经过所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜的所述光线。
14.在一个实施例中，所述第一双胶合透镜包括第一子正透镜和第二子正透镜；
15.所述第一子正透镜为平凸透镜，所述第一子正透镜的平面靠近物面，所述第一子正透镜的凸面靠近像面；
16.所述第二子正透镜为凹凸透镜，所述第二子正透镜的凹面靠近物面，所述第二子正透镜的凸面靠近像面。
17.在一个实施例中，所述第二双胶合透镜包括第三子负透镜和第四子正透镜；
18.所述第三子负透镜为凹凸透镜，所述第三子负透镜的凹面靠近物面，所述第三子负透镜的凸面靠近像面；
19.所述第四子正透镜为凹凸透镜，所述第四子正透镜的凹面靠近物面，所述第四子正透镜的凸面靠近像面。
20.在一个实施例中，所述第三透镜为凹凸透镜，所述第三透镜的凹面靠近物面，所述
第三透镜的凸面靠近像面，所述第四透镜为双凸透镜。
21.在一个实施例中，所述第三双胶合透镜包括第五子负透镜和第六子负透镜；
22.所述第五子负透镜为凹凸透镜，所述第五子负透镜的凸面靠近物面，所述第五子负透镜的凹面靠近像面；
23.所述第六子负透镜为双凸透镜。
24.在一个实施例中，所述第四双胶合透镜包括第七子正透镜和第八子负透镜；
25.所述第七子正透镜为凹凸透镜，所述第七子正透镜的凸面靠近物面，所述第七子正透镜的凹面靠近像面；
26.所述第八子负透镜为凹凸透镜，所述第八子负透镜的凸面靠近物面，所述第八子负透镜的凹面靠近像面。
27.在一个实施例中，所述感光器件为电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体。
28.在一个实施例中，所述测试镜头的光学总长为30mm至45mm。
29.本技术实施例的第二方面提供一种近眼显示测试装置，包括如上述实施例中任一项所述的测试镜头，还包括近眼显示设备和图像处理器，其中，所述近眼显示设备出射的光，经所述测试镜头摄取后，形成图像信息，并发送至所述图像处理器。
30.在一个实施例中，所述近眼显示设备为增强现实成像设备或虚拟现实成像设备。
31.上述测试镜头包括从物侧到像侧之间共光轴依次设置的光阑、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜、第四透镜、第五透镜组、第六透镜组以及感光器件。上述测试镜头通过将光阑前置以模拟人眼构造，并且通过多组透镜组中双胶合透镜的设计与配合消除色差，最终光线被感光器件采集，进而实现像质评价。上述测试镜头使得近眼显示检测镜头对ar/vr产品进行检测的检测效果更接近人眼观察、检测的效果，提高了检测效率，减少了人工检测过程中的误判。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要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技术的一些实施例，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。
33.图1是本技术实施例提供的测试镜头的结构示意图；
34.图2是本技术实施例提供的测试镜头成像在无穷远处的全视场传递函数mtf曲线示意图；
35.图3是本技术实施例提供的测试镜头成像在2.5m处的全视场传递函数mtf曲线示意图；
36.图4是本技术实施例提供的测试镜头成像在0.5m处的全视场传递函数mtf曲线示意图；
37.图5是本技术实施例提供的测试镜头成像在无穷处的场曲和畸变示意图；
38.图6是本技术实施例提供的测试镜头成像在2.5m处的场曲和畸变示意图；
39.图7是本技术实施例提供的测试镜头成像在0.5m处的场曲和畸变示意图；
40.图8是本技术实施例提供的近眼显示测试装置的结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
42.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、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它步骤或单元。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
43.本技术实施例提供的测试镜头，可以应用于近眼显示装置、微型投影装置等需要评价成像质量的光学显示装置。
44.在应用中，近眼显示装置和微型投影装置都可以根据实际需要设置为可穿戴式装置或便携式装置，例如，近眼显示装置可以设置为ar或vr眼镜、ar或vr头盔等头戴式近眼显示装置，微型投影装置可以设置为掌上投影机等便携式微型投影装置。
45.本技术实施例提供的测试镜头包括从物侧到像侧之间共光轴依次设置的光阑、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜、第四透镜、第五透镜组、第六透镜组以及感光器件。
46.光阑，用于透过光线。第一透镜组包括第一双胶合透镜，用于提供正光焦度。第二透镜组包括第二双胶合透镜用于提供负光焦度。第三透镜用于提供正光焦度。第四透镜用于提供正光焦度。第五透镜组包括第三双胶合透镜，用于提供负光焦度。第六透镜组包括第四双胶合透镜，用于提供正光焦度。感光器件用于接收依次经过所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜的所述光线。测试镜头的光学总长为30mm至45mm。
47.可以理解的，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，也可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。
48.在其中一个实施例中，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜、第四透镜、第五透镜组和第六透镜组材料均为光学玻璃或光学树脂。
49.在其中一个实施例中，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜、第四透镜、第五透镜组和第六透镜均为球面透镜。球面透镜相对于非球面透镜，球面透镜的像质更好，且加工难度较低，容易检测。
50.可以理解的，光阑位于测试镜头的最前端，用于模拟人眼的瞳孔，其可以限制测试镜头的通光孔径。光阑的直径可以根据需要进行调高或调低。可选地，为了更好的利用测试镜头模拟人眼，光阑的直径可设置为3mm-5mm。
51.感光器件为电荷耦合元件(ccd，charge-coupled device)或互补金属氧化物半导体(cmos，complementary metal oxide semiconductor)。当然，感光器件也可以是包含感
光件的感光器件。感光件可以是感光芯片。
52.第一透镜组可用于矫正畸变，并提供一个小的入瞳尺寸，方便测试镜头伸到近眼显示设备中。第二透镜组对系统的畸变和场曲进行了矫正。第三透镜和第四透镜提供了正畸变和正光焦度。第五透镜组提供了负畸变，矫正了系统前几个透镜引入的畸变。第六透镜组提供了场曲，最终六组透镜一起矫正了光学系统的球差、慧差、像散、场曲、色差和畸变。其中畸变相对较大，最大畸变为7.87％，为桶形畸变，可通过畸变函数对其进行矫正。
53.图像源经过第一透镜组、第二透镜组、第三透镜、第四透镜、第五透镜组、第六透镜组校正后，最终光线聚焦到盖板玻璃下的感光器件上被采集。
54.上述测试镜头通过将光阑前置以模拟人眼构造，并且通过多组透镜组中双胶合透镜的设计与配合消除色差，最终光线被感光器件采集，进而实现像质评价。上述测试镜头使得近眼显示检测镜头对ar/vr产品进行检测的检测效果更接近人眼观察、检测的效果，提高了检测效率，减少了人工检测过程中的误判。
55.请参见图1，在其中一个实施例中，第一双胶合透镜包括第一子正透镜21和第二子正透镜22。第一子正透镜21和第二子正透镜22均提供正光焦度。第一子正透镜21为平凸透镜。第一子正透镜21的平面靠近物面。第一子正透镜21的凸面靠近像面。第二子正透镜22为凹凸透镜。第二子正透镜22的凹面靠近物面。第二子正透镜22的凸面靠近像面。第一子正透镜21的凸面与第二子正透镜22的凹面进行胶合。
56.第二双胶合透镜包括第三子负透镜31和第四子正透镜32。第三子负透镜31用于提供负光焦度。第四子正透镜32用于提供正光焦度。第三子负透镜31为凹凸透镜。第三子负透镜31的凹面靠近物面。第三子负透镜31的凸面靠近像面。第四子正透镜32为凹凸透镜。第四子正透镜32的凹面靠近物面。第四子正透镜32的凸面靠近像面。第三子负透镜31的凸面与第四子正透镜32的凹面进行胶合。
57.第三透镜40为凹凸透镜，第三透镜40的凹面靠近物面，第三透镜40的凸面靠近像面，第四透镜50为双凸透镜。
58.第三双胶合透镜包括第五子负透镜61和第六子负透镜62。第五子负透镜61和第六子负透镜62均用于提供负光焦度。第五子负透镜61为凹凸透镜。第五子负透镜61的凸面靠近物面。第五子负透镜61的凹面靠近像面。第六子负透镜62为双凸透镜。所述第六子负透镜62的物光面侧凸面的曲率半径小于其像光面侧凸面的曲率半径。第五子负透镜61的凹面与第六子负透镜62的物光面侧凸面进行胶合。
59.第四双胶合透镜包括第七子正透镜71和第八子负透镜72。第七子正透镜71用于提供正光焦度。第八子负透镜72用于提供负光焦度。第七子正透镜71为凹凸透镜。第七子正透镜71的凸面靠近物面。第七子正透镜71的凹面靠近像面。第八子负透镜72为凹凸透镜。第八子负透镜72的凸面靠近物面。第八子负透镜72的凹面靠近像面。第七子正透镜71的凹面与第八子负透镜72的凸面进行胶合。
60.为进一步地说明测试镜头100的成像效果，本技术其中一个实施例的镜头参数可以如下表1所示。
61.表1
[0062][0063]
该实施例中，测试镜头100的对角线方向视场为60
°
，水平和垂直视场比：16：9或4：3等，光学总长为41.45mm，焦距为12.21mm，最大光学口径为21mm，光阑10口径3mm。该实施例中的感光器件80有效区域为13.29mm*8.86mm(分辨率5472*3648，像素大小2.4μm)，使用了其中的12.288mm*6.912mm(分辨率5120*2880，对应16：9；或者是任何比例的，对角线为14.099mm)。该测试镜头100的可对无穷远至0.5m的物体进行高质量成像，表1中表面序号17表示测试不同虚像距画面时的后截距(2.483对应无穷远；2.538对应2.5m；2.776对应0.5m)。
[0064]
请参见图2-图4，图2为本技术实施例提供的测试镜头100对无穷远物体成像时的mtf(modulation transfer function，调制传递函数)曲线图；图3为本技术实施例提供的测试镜头100对2.5m处物体成像时的mtf曲线图；图4为本技术实施例提供的测试镜头100对0.5m处物体成像时的mtf曲线图。mtf曲线可评判近眼显示检测镜头还原对比度的能力，其中，纵轴表示otf(optical transfer function，光学传递函数)模值，横轴表示空间频率。
[0065]
由图2可知，无穷远处otf模值均在0.2以上。由图3可知，2.5m处otf模值均在0.15以上。由图4可知，0.5m处otf模值均在0.01以上。
[0066]
请参见图5-7，图5为本技术实施例提供的测试镜头100对无穷远物体成像时的场曲和畸变图；图6为本技术实施例提供的测试镜头100对2.5m处物体成像时的场曲和畸变图；图7为本技术实施例提供的测试镜头100对0.5m处物体成像时的场曲和畸变图。场曲可以表现镜头所成像面的弯曲度及翘曲度。畸变可以表示镜头成像画面的变形程度。
[0067]
由图5可知，无穷远处弧矢场曲为0.0521mm，子午场曲为0.0348mm，畸变为7.8％。
由图6可知，2.5m处弧矢场曲0.0538mm，子午场曲0.0341mm，畸变7.8％。由图7可知，0.5m处弧矢场曲0.0602mm，子午场曲0.0346mm，畸变7.4％。
[0068]
请参见图8，基于相同的发明构思，本技术提供一种近眼显示测试装置，包括如上述实施例中任一项所述的测试镜头100，还包括近眼显示设备200和图像处理器300，其中，所述近眼显示设备200出射的光，经所述测试镜头100摄取后，形成图像信息，并发送至所述图像处理器300。
[0069]
近眼显示设备200为增强现实成像设备或虚拟现实成像设备。图像处理器300可以为计算机或者其他可以进行图像处理的设备。
[0070]
在应用中，测试镜头和测试装置可包括但不仅限于上述部件。本领域技术人员可以理解，图1所示仅仅是测试镜头的举例，并不构成对测试镜头的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，目镜镜头、几何阵列光波导片、衍射光波导片等。
[0071]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0072]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。