一种近眼显示设备的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种近眼显示设备的测试装置。


背景技术：

2.在虚拟现实(virtual reality,vr)和增强现实(augmented reality,ar)领域，近眼显示器作为核心的显示组件为用户提供图像的显示，近眼显示器通过光学的原理在用户前方一定距离处形成虚像。由于近眼显示系统所成图像为虚像，无法使用常规手段进行测量，需要借助光学的方法才能进行测量。较为常见的方法是利用相机拍照模拟人眼获取图像进行评价，但相机镜头一般为固定装置，无法做到像人眼晶状体一样能快速改变光焦度等参数。如果采用传统变焦镜头，需要人手动调节对焦，速度慢且不便与软件配合使用。采用电动变焦镜头的话，内部结构复杂，重量较大。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种近眼显示设备的测试装置。
4.为了实现上述技术目的，本实用新型采用下述技术方案：
5.一种近眼显示设备的测试装置，包括：包含液体透镜的测试镜头组、传感器、控制系统以及测试系统；其中，
6.所述测试镜头组前方设置有用于放置待测近眼显示设备的位置；所述传感器设置在所述测试镜头组后方；
7.所述控制系统用于改变所述液体透镜的光焦度；
8.所述测试系统连接所述传感器，用于采集图像。
9.较优地，所述待测近眼显示设备设置在所述测试镜头组前方预设位置，用于显示测试图像；所述测试镜头组将所述测试图像成像在所述传感器上；所述测试系统连接所述传感器，用于采集每个光焦度对应的成像图像，并用于确定每个成像图像的清晰度。
10.较优地，所述测试镜头组包括测试镜头，所述液体透镜设置在所述测试镜头和所述传感器之间，或者所述液体透镜设置在所述测试镜头和待测近眼显示设备之间，或者所述液体透镜设置在所述测试镜头内部。
11.较优地，所述测试镜头组和所述传感器设置位置固定。
12.较优地，所述测试镜头组和所述传感器设置固定连接。
13.较优地，所述待测近眼显示设备设置在测试镜头组前预设位置，使得测试镜头组的出瞳和待测近眼显示设备的入瞳对应。
14.较优地，所述控制系统还用于调节所述液体透镜的折射率或者改变所述液体透镜的面型参数，以改变所述液体透镜的光焦度。
15.较优地，所述测试系统还用于根据不同成像图像的清晰度确定清晰度最高的成像图像对应的光焦度，根据清晰度最高的成像图像对应的光焦度以及光焦度和虚像距离的对应关系确定待测近眼显示设备的虚像距离。
16.较优地，所述测试系统还用于根据不同成像图像的清晰度确定清晰度最高的成像图像对应的光焦度，并根据清晰度最高的成像图像对应的光焦度确定待测近眼显示系统的视度。
17.较优地，所述待测近眼显示设备所显示的测试图像为表征图像锐度的测试图像；所述测试系统根据对比度算法、sfr计算算法或者图像锐度算法计算不同成像图像的清晰度。
18.本实用新型所提供的近眼显示设备的测试装置，基于液体透镜仿人眼功能进行测试，测量结果与用户视觉体验更一致；液体透镜的方式在设备装调过程中不需要预留相对运动的间隙，可以实现比较精准的装调，测量准确性高，且液体透镜为电控或气控元件测量，测试过程中测试镜头与cmos的相对位置不发生变化，测试过程中液体透镜由电压/气压等进行控制，测试速度更快，稳定性更高。
附图说明
19.图1是根据本实用新型第一实施例提供的一种近眼显示设备的测试装置的结构框图；
20.图2是根据图1所示测试装置的变形实施例中，液体透镜位置示意图；
21.图3是根据图1所示测试装置的另一变形实施例中，液体透镜位置示意图；
22.图4是根据本实用新型第一实施例的测试装置中，液体透镜光焦度变化调节改变测试装置的对焦距离示意图；
23.图5是根据本实用新型第二实施例提供的另一种近眼显示设备的测试装置的结构框图；
24.图6是根据本实用新型第二实施例的测试装置中，所使用的测试相机的结构示意图；
25.图7是根据本实用新型第二实施例的测试装置中，液体透镜结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地详细描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
28.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
29.本实用新型提供了一种近眼显示设备的测试装置，包括：包含液体透镜的测试镜头组、传感器、控制系统以及测试系统；其中，所述测试镜头组前方设置有用于放置待测近
眼显示设备的位置；所述传感器设置在所述测试镜头组后方；所述控制系统用于改变所述液体透镜的光焦度；所述测试系统连接所述传感器，用于采集图像。上述测试装置根据测试系统的不同，结合不同的操作可以实现不同的测试功能。例如，对虚像距进行测试、对视度进行测试。下面分别以两个实施例对测试装置进行了具体的描述。
30.第一实施例
31.本实用新型所提供的近眼显示设备的测试装置，可以测量近眼显示设备的虚像距。在下文中，以待测近眼显示系统发出图像光的传播方向作为描述的方向，对近眼显示设备的测试装置的主要结构进行描述。
32.如图1所示，该测试装置包括：包含液体透镜11的测试镜头组10、传感器20、控制系统30以及测试系统40；在测试镜头组10前方设置有用于放置待测近眼显示设备50的位置，待测近眼显示设备50设置在所述测试镜头组10前预设位置，用于显示测试图像；所述传感器20设置在所述测试镜头组10后方，所述测试镜头组10用于将所述测试图像成像在所述传感器20上；所述控制系统30用于改变所述液体透镜的光焦度；所述测试系统40连接所述传感器20，用于采集每个光焦度对应的成像图像，并确定每个成像图像的清晰度。
33.在该实施例中，测试系统40还用于根据不同成像图像的清晰度确定清晰度最高的成像图像对应的光焦度，根据清晰度最高的成像图像对应的光焦度以及光焦度和虚像距离的对应关系确定待测近眼显示设备50的虚像距离。
34.其中，待测近眼显示设备50设置在测试镜头组前的位置可以基于具体的测试镜头组确定，具体地，当待测近眼显示设备50设置在测试镜头组前预设位置时，可以使得测试镜头组的出瞳和待测近眼显示设备50的入瞳对应，或者说使得测试镜头组和待测近眼显示设备50的特征面重合。此外，该基于液体透镜的虚像距测试装置也可以用于其他显示系统的虚像距离测试中，只需要将相应的待测近眼显示设备50转换为其他显示系统。
35.本实用新型实施例提供的基于液体透镜的虚像距测试装置，采用包含液体透镜11的测试镜头组10，将待测近眼显示设备50显示的测试图像成像在传感器20上，通过改变液体透镜11的光焦度，采集得到多个不同的成像图像，从中选出清晰度最高的成像图像，基于成像图像的清晰度对应的光焦度以及光焦度和虚像距离的对应关系即可确定待测近眼显示设备50的虚像距离。该测试装置在虚像距测试过程中，不需要移动待测近眼显示设备50、测试镜头组及传感器的位置，只需要调节液体透镜的光焦度，操作简单，同时可以实现较为精准的装调和控制，测试准确性高。
36.在一实施方式中，如图1、图2和图3所示，所述测试镜头组10包括液体透镜11和测试镜头12，所述液体透镜11设置在所述测试镜头12和所述传感器20之间(参见图3)，或者所述液体透镜11设置在所述测试镜头12和待测近眼显示设备50之间(参见图1)，或者所述11液体透镜设置在所述测试镜头12内部(参见图2)。对于测试镜头，可以由多个透镜构成，该多个透镜可以从现有的透镜类型中选择，本实用新型实施例对此不做限定。并且，液体透镜可以设置在多个透镜的中间，如设置在任意两个透镜之间，或者液体透镜也可以设置在测试镜头之前，也可以设置在测试镜头之后，本实用新型实施例对液体透镜的具体位置不做具体限定。
37.在图1至图3中，分别以虚线和实线显示了对应于不同光焦度的液体透镜的面型，对应于不同光焦度，待测近眼显示设备50的测试图像的成像位置不同，在固定位置(传感器
成像位置)采集到的成像图像的清晰度不同。
38.对于包含液体透镜11的测试镜头组10，可以对多种类型的近眼显示设备进行测试，即该测试镜头组为通用型测试镜头组。此外，也可以针对不同类型的近眼显示设备选择不同的透镜组成测试镜头，形成专用测试镜头组。
39.具体地，测试镜头组10和所述传感器20的设置位置固定，即在测试过程中两者的相对位置不发生变化。在一实施方式中，测试镜头组10和所述传感器20可以固定连接。例如，测试镜头组10和传感器20通过刚性结构连接。或者，在另一实施方式中，测试镜头组10和所述传感器20也可以同时固定在同一基座上，两者保持固定距离。该传感器可以采用ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)传感器，也可以采用cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器，本实用新型实施例对传感器的类型不做限定。
40.在一实施方式中，如图4所示，控制系统30改变液体透镜11的光焦度时，采用调节液体透镜11的折射率或者改变液体透镜11的面型参数的方式。具体地，可以采用高精密控制系统通过电压、电流或气压等方式调节液体透镜的折射率，从而改变液体透镜的光焦度；或者也可以通过机械驱动、气压或电场驱动的方式改变液体透镜的面型参数，从而改变液体透镜的光焦度。
41.其中，在改变液体透镜11的光焦度时，光焦度的变化范围可以是固定的数值也可以是动态调整的数值。例如，可以预先确定一个光焦度范围，改变光焦度时在该范围内改变；或者可以根据实际情况，根据具体的近眼显示设备动态调整该光焦度。此外，若选择固定的数值，当液体透镜位于不同位置时，该固定数值不同。例如，当液体透镜位于测试镜头之间，或者位于测试镜头之前，或者位于该测试镜头之后时，该固定数值的具体范围不同。此外，对于光焦度在具体范围内的具体变化量，可以是固定的数值、可以是一个序列，也可以是动态调整的数值，该具体变化量可以基于实际情况确定，本实用新型实施例对此不做限定。
42.本实用新型该实施例提供的近眼显示设备的测试装置，基于液体透镜实现近眼显示设备的虚像距测试，将测试镜头组10和传感器20固定连接，则在该测试装置装调过程中不需要预留相对运动的间隙，可以实现更为精准的装调，测试准确性更高；同时，测试过程中，测试镜头组10和传感器20固定在一起，相对位置不发生变化，测试过程中液体透镜11由电压或气压等进行控制，控制准确性高，测试速度更快，稳定性更高。
43.下面对近眼显示设备所显示的测试图像及图像处理元原理进行示意性说明。在测试过程中，待测近眼显示设备所显示的测试图像及测试系统对每个成像图像的清晰度的计算过程可以使用现有技术中可以获取的任一种清晰度计算方式。例如，在一实施方式中，所述测试图像为表征图像锐度的测试图像，所述测试图像包括：横竖线对图或斜方块图；所述不同成像图像的清晰度根据对比度算法(例如：mtf(modulation transfer function，调制传递函数)黑白线对算法)、sfr(spatial frequency response，空间频域响应)计算算法或者图像锐度算法计算。具体地，对于近眼显示设备显示的测试图像，可以是特定的图像，例如横竖线对图、斜方块图或者其他可以表征图像锐度的测试图，从而便于图像清晰度的计算。
44.下面对该测试装置测试虚像距的原理进行示意性说明。上述测试装置，采用包含
液体透镜的测试镜头组，将待测近眼显示设备显示的测试图像成像在传感器上，通过改变液体透镜的光焦度，采集得到多个不同的成像图像，基于成像图像的清晰度对应的光焦度以及光焦度和虚像距离的对应关系即可确定待测近眼显示设备的虚像距离。该测试装置在测试过程中，只需要调节液体透镜的光焦度，而不需要改变待测近眼显示设备、测试镜头组及传感器之间的距离，操作简单，同时可以实现较为精准的装调，测试准确性高。
45.综上，上述近眼显示设备的测试装置，基于液体透镜实现近眼显示设备虚像距的测试，操作简单，仿人眼功能进行测试，测量结果与用户视觉体验更一致；液体透镜的方式在设备装调过程中不需要预留相对运动的间隙，可以实现比较精准的装调，测量准确性高，且液体透镜为电控或气控元件测量，测试过程中测试镜头与cmos的相对位置不发生变化，测试过程中液体透镜由电压/气压等进行控制，测试速度更快，稳定性更高。
46.第二实施例
47.该实施例所提供的近眼显示设备的测试装置，可以测量近眼显示设备的视度，可以用于对近眼显示设备的视度进行标注或评价。
48.如图5所示，该测试装置包括：包含液体透镜11的测试镜头组10、传感器20、控制系统及测试系统；在测试镜头组10前方设置有用于放置待测近眼显示设备40’的位置；待测近眼显示系统40’设置在所述测试镜头组10前预设位置，用于显示测试图像；所述传感器20设置在所述测试镜头组10后方，所述测试镜头组10将所述测试图像成像在所述传感器20上；所述控制系统用于改变所述液体透镜的光焦度；所述测试系统连接所述传感器20，用于采集每个光焦度对应的成像图像，并确定每个成像图像的清晰度。具体地，在图5所示实施例中，控制系统及测试系统以计算机30’进行图示，待测近眼显示系统40’包括ar光学系统41和微型显示屏42。
49.在该实施例中，测试装置的测试系统，还用于根据不同成像图像的清晰度确定清晰度最高的成像图像对应的光焦度，根据清晰度最高的成像图像对应的光焦度确定待测近眼显示系统的视度。
50.其中，待测近眼显示系统设置在测试镜头组前的位置可以基于具体的测试镜头组确定，具体地，当待测近眼显示系统设置在测试镜头组前预设位置时，可以使得测试镜头组的出瞳和待测近眼显示系统的入瞳对应，或者说使得测试镜头组和待测近眼显示系统的特征面重合。同时，将待测近眼显示系统置于测试镜头组前预设位置处后，还调节测试镜头组至焦距无穷远以模拟理想人眼。此外，该近眼显示系统的视度测试装置也可以用于其他显示系统的视度测试中，只需要将相应的待测近眼显示系统转换为其他显示系统。
51.本实用新型实施例提供的近眼显示系统的视度测试装置，采用包含液体透镜11的测试镜头组10，将待测近眼显示系统显示的测试图像成像在传感器20上，通过改变液体透镜11的光焦度，采集得到多个不同的成像图像，从中选出清晰度最高的成像图像，基于成像图像的清晰度对应的光焦度即可确定待测近眼显示系统的视度。通过调节测试镜头组10中液体透镜11的光焦度，测试镜头组10和传感器20可以模拟屈光不正人眼，从而对待测近眼显示设备40的视度进行测试。该测试装置在视度测试过程中，不需要移动待测近眼显示系统、测试镜头组及传感器的位置，只需要调节液体透镜的光焦度，操作简单，同时可以实现较为精准的装调和控制，测试准确性高。
52.在一实施方式中，和第一实施例类似，所述测试镜头组10包括液体透镜11和测试
镜头12，所述液体透镜11设置在所述测试镜头12和所述传感器20之间，或者所述液体透镜11设置在所述测试镜头12和待测近眼显示系统之间，或者所述11液体透镜设置在所述测试镜头12内部。对于测试镜头，可以由多个透镜构成，该多个透镜可以从现有的透镜类型中选择，本实用新型实施例对此不做限定。并且，液体透镜可以设置在多个透镜的中间，如设置在任意两个透镜之间，或者液体透镜也可以设置在测试镜头之前，也可以设置在测试镜头之后，本实用新型实施例对液体透镜的具体位置不做具体限定。
53.在图6和图7所示的实施例中，测试镜头组10和传感器20可以使用带有测试镜头组的相机103实现。其中，测试镜头组包括液体透镜101和测试镜头102，液体透镜101设置在测试镜头102的最前端，即，设置在测试镜头102和待测近眼显示设备之间。作为一种具体的实现方式，液体透镜101包括保护外壳201和可改变光焦度的液体透镜本体202，液体透镜101通过保护外壳202安装在测试镜头102的前端。
54.对于包含液体透镜11的测试镜头组10，可以对多种类型的近眼显示系统进行测试，即该测试镜头组为通用型测试镜头组。此外，也可以针对不同类型的近眼显示系统选择不同的透镜组成测试镜头，形成专用测试镜头组。
55.具体地，测试镜头组和所述传感器的设置位置固定，即在测试过程中两者的相对位置不发生变化。在一实施方式中，测试镜头组和所述传感器可以固定连接。例如，测试镜头组和传感器通过刚性结构连接。或者，在另一实施方式中，测试镜头组和所述传感器也可以同时固定在同一基座上，两者保持固定距离。该传感器可以采用ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)传感器，也可以采用cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器，。本实用新型实施例对传感器的类型不做限定。
56.控制系统改变液体透镜11的光焦度时，采用调节液体透镜的折射率或者改变液体透镜的面型参数的方式。具体地，可以采用高精密控制系统通过电压、电流或气压等方式调节液体透镜的折射率，从而改变液体透镜的光焦度；或者也可以通过机械驱动、气压或电场驱动的方式改变液体透镜的面型参数，从而改变液体透镜的光焦度。
57.其中，在改变液体透镜11的光焦度时，光焦度的变化范围可以是固定的数值也可以是动态调整的数值。例如，可以预先确定一个光焦度范围，改变光焦度时在该范围内改变；或者可以根据实际情况，根据具体的近眼显示系统动态调整该光焦度。此外，若选择固定的数值，当液体透镜位于不同位置时，该固定数值不同。例如，当液体透镜位于测试镜头之间，或者位于测试镜头之前，或者位于该测试镜头之后时，该固定数值的具体范围不同。此外，对于光焦度在具体范围内的具体变化量，可以是固定的数值、可以是一个序列，也可以是动态调整的数值，该具体变化量可以基于实际情况确定，本实用新型实施例对此不做限定。
58.本实用新型实施例提供的近眼显示系统的视度测试装置，将测试镜头组10和传感器20的设置位置固定，则在该测试装置装调过程中不需要预留相对运动的间隙，可以实现更为精准的装调，测试准确性更高；同时，测试过程中，测试镜头组10和传感器20固定在一起，相对位置不发生变化，测试过程中液体透镜11由电压或气压等进行控制，控制准确性高，测试速度更快，稳定性更高。
59.在一实施方式中，所述测试图像采用分辨率测试卡，例如iso12233标准分辨率测
试卡；此外，测试图像也可以采用其他的测试图像，例如能够表征图像锐度的图像。在进行清晰度计算时，可以采用对比度算法(例如，mtf黑白线对算法)、sfr计算算法、对比度算法或者图像锐度算法计算。具体地，当采用对比度计算时，可以采用公式c＝(imax-imin)/(imax imin)，其中imax和imin分别表示图像中的灰度最大值和最小值。
60.具体地，对近眼显示系统显示的测试图像，可以通过测试镜头组10成像在传感器20上，当液体透镜11的光焦度改变时，成像在传感器20上的图像的清晰度也会发生相应的变化。由此，可以通过测试系统连接传感器20，采集每个光焦度对应的成像图像，然后从多个具有不同清晰度的成像图像中选择清晰度最高的成像图像，确定其对应的光焦度，然后根据该光焦度确定待测近眼显示系统的视度。其中，光焦度的单位为屈光度，即以米为单位的焦距的倒数，而视度数值上与液体透镜光焦度相等。由此，通过清晰度最高的成像图像对应的最佳光焦度即可确定待测近眼显示系统的视度。
61.上述视度测试装置，可以在保证视度调节精确与稳定的同时，通过拍照采集获得待测近眼显示系统在不同视度下的显示图像，最终从多个方面评估待测近眼显示系统的质量。
62.综上所述，本实用新型所提供的近眼显示设备的测试装置，基于液体透镜仿人眼功能进行测试，测量结果与用户视觉体验更一致；液体透镜的方式在设备装调过程中不需要预留相对运动的间隙，可以实现比较精准的装调，测量准确性高，且液体透镜为电控或气控元件测量，测试过程中测试镜头与cmos的相对位置不发生变化，测试过程中液体透镜由电压/气压等进行控制，测试速度更快，稳定性更高。并且，通过调节液体透镜的光焦度，测试镜头组还可以模拟屈光不正人眼对待测近眼显示设备进行视度测量及标定。
63.以上对本实用新型所提供的一种近眼显示设备的测试装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。