采用相机确定透镜后焦距的方法、装置及虚拟现实头戴设备与流程

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及一种采用相机确定透镜后焦距的方法、装置及虚拟现实头戴设备。

背景技术：

随着微显示技术、软硬件技术及光学设计加工技术的发展，vr(virtualreality，虚拟现实)技术及产业也愈加成熟。现有技术中，vr常使用直径为30～60mm口径的lens(透镜)作为放大镜，将显示屏上的图像投射到人眼中。

显示屏上的图像通过透镜投射到人眼中，透镜的实际后焦距是影响人眼观察到图像清晰度的主要影响因素，因此，如何高效率、且精确地检测出透镜的后焦距，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用相机确定透镜后焦距的方法及装置，其能够高效、精确地检测出vr透镜的后焦距。本发明的目的还在于提供一种虚拟现实头戴设备。

本发明提供的一种采用相机确定透镜后焦距的方法，所述方法应用于透镜模组，所述透镜模组包括透镜和显示屏；所述方法包括：

调节所述相机和所述显示屏的位置以使所述透镜位于所述相机和所述显示屏之间、且使所述相机的镜头光轴与所述显示屏的法线平行、所述相机的镜头与所述透镜的光轴共线；

获取所述相机拍摄所述透镜生成的理论虚像时的标定焦距；

调节所述显示屏到所述透镜的距离，同时通过所述相机对所述透镜生成的所述显示屏的虚像进行拍摄，并记录所述显示屏与所述透镜的后表面之间的距离以及与该距离对应的所述相机拍摄的照片；

确定清晰度最高的照片所对应的所述显示屏与所述透镜的后表面之间的距离，即为所述透镜的后焦距。

优选地，确定所述相机拍摄所述透镜生成的理论虚像时的标定焦距，包括步骤：

确定所述透镜生成的理论虚像位置；

调节所述相机的对焦距离、并拍摄位于所述理论虚像位置的测试板，记录所述相机的对焦距离和与之对应的测试板照片；

确定清晰度最高的测试板照片所对应的所述相机的对焦距离，即为所述相机拍摄所述透镜生成的理论虚像时的标定焦距。

优选地，所述显示屏设置于所述透镜的一倍焦距以内。

本发明还提供了一种采用相机确定透镜后焦距的装置，所述装置应用于透镜模组，所述透镜模组包括透镜和显示屏；

所述装置还包括用于控制所述显示屏移动的移动控制机构；

所述相机和所述显示屏分别位于透镜的前后两侧，并使所述相机的镜头光轴与所述显示屏的法线平行、所述相机的镜头与所述透镜的光轴共线；

所述相机的标定焦距为所述相机拍摄所述透镜生成的理论虚像时的焦距。

优选地，还包括用于辅助确定所述相机的标定焦距的测试板。

优选地，所述显示屏设置于所述透镜的一倍焦距以内。

本发明还提供了一种虚拟现实头戴设备，包括至少一个透镜模组，所述透镜模组包括透镜和显示屏，所述显示屏位于设置于所述透镜的后焦距的预定范围内，其中所述透镜的后焦距采用上述任一项所述的方法确定。

优选地，所述显示屏设置于所述透镜的后焦距上。

优选地，所述显示屏与所述透镜之间设置有垫片，所述显示屏设置于所述透镜的后焦距上。

优选地，所述虚拟现实头戴设备包括第一透镜模组和第二透镜模组，所述第一透镜模组包括第一透镜和第一显示屏、所述第二透镜模组包括第二透镜和第二显示屏；所述第一透镜和所述第二透镜相同且位于同一水平线，所述第一显示屏和所述第二显示屏相同且位于同一水平线。

本发明提供的技术方案中，首先，调节相机和显示屏的位置、以使透镜位于相机和显示屏之间，并使相机的镜头光轴与显示屏的法线平行、相机的镜头与透镜的光轴共线，这样，显示屏发出的光线经过透镜传输后出射近似平行的光线，相机能够拍摄到正常的放大虚像。

然后，获取相机拍摄透镜生成的理论虚像时的标定焦距，该理论虚像是指显示屏放置在透镜的理论后焦距位置时，能够生成的虚像的位置，为理论虚像位置。

而后，调节所述显示屏到所述透镜的距离，并通过相机对透镜生成的显示屏的虚像进行拍摄，并记录显示屏与透镜的后表面之间的距离以及与该距离对应的相机拍摄的照片，比如，当显示屏向前或向后每移动0.001毫米时，通过相机对虚像进行一次拍摄。

最后，确定清晰度最高的照片所对应的显示屏与透镜的后表面之间的距离，即为透镜的后焦距。需要说明的是，相机拍摄多张照片，确定清晰度最高的照片时，需对比各张照片的清晰度，进而可以确定出清晰度最高的照片，比如，可以通过对比各张照片的mtf(调制传递函数)来确定最为清晰的照片，当然，也可通过对比其它能够反映照片清晰度的技术参数进行确定，本文不再进行一一介绍。

如此，依照本发明提供的方法，能够快速精确地检测vr透镜后焦距。

本发明还提供了一种采用相机确定透镜后焦距的装置，该装置能够实现上述采用相机确定透镜后焦距的方法。另外，本发明还提供了一种虚拟现实头戴设备，其透镜的后焦距采用上述方法确定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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为本发明实施例中采用相机确定透镜后焦距的装置的示意图；

图2为显示屏与透镜之间的距离与照片清晰度的关系示意图；

图3为相机焦距与图像清晰度关系示意图。

图1中：

相机—11、透镜—12、显示屏—13。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种采用相机确定透镜后焦距的方法及装置，其能够高效、精确地检测出vr透镜的后焦距。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

为了便于理解，请参考图1，本实施例提供的采用相机确定透镜后焦距的方法，首先，调节相机11和显示屏13的位置、分别位于透镜12的前后两侧，并使相机11的镜头光轴与显示屏13的法线平行、相机11的镜头与透镜12的光轴共线，这样，显示屏13发出的光线经过透镜12传输后出射近似平行的光线，相机11能够拍摄到透镜生成的显示屏的虚像。

然后，获取相机11拍摄透镜12生成的理论虚像时的标定焦距，该理论虚像是指显示屏13放置在透镜12的理论后焦距位置时，能够生成的虚像的位置，为理论虚像位置。

而后，沿法线方向前后移动显示屏13，以调节显示屏到透镜的距离，并通过相机11对透镜12生成的虚像进行拍摄，并记录显示屏13与透镜12的后表面之间的距离以及与该距离对应的相机11拍摄的照片，比如，当显示屏13向前或向后每移动0.001毫米时，通过相机11对虚像进行一次拍摄。

最后，确定清晰度最高的照片所对应的显示屏13与透镜之间的距离，即为透镜的后焦距，如图2所示，图2为显示屏与透镜之间的距离与照片清晰度的关系示意图。

如此，依照本发明提供的方法，能够快速精确地检测vr透镜后焦距。

需要说明的是，上述测试过程基于相机11对焦于待测试透镜设计的理论虚像距离处，而此前需要对相机11进行定标处理。具体地，首先将一测试标准板放置于理论虚像距离处，然后控制相机11对测试标准板进行对焦，得到焦距与清晰度的关系，寻找清晰度最高点对应的焦距值，即为相机拍摄透镜生成的理论虚像时的标定焦距，如图3所示，图3为相机焦距与图像清晰度关系示意图。

另外，本实施例中，为了提高测试效率，显示屏13的初始位置设置于透镜12的一倍焦距以内，即显示屏13距离透镜12，如此，显示屏13的初始位置接近于透镜12的后焦距位置，可快速地测试到透镜12的后焦距。

进一步地，本实施例中，沿法线方向前后移动显示屏13时，显示屏13显示有rgb图像，具体可结合透镜12设计时虚像距对应的波长大小。

另外，本实施例中，显示屏13可以通过步进电机带动移动。步进电机能够精确地控制显示屏13的移动，进而可以精确地检测出透镜的后焦距。

本实施例还提供了一种采用相机确定透镜后焦距的装置，包括相机11、显示屏13和用于控制显示屏13移动的移动控制机构；

相机11和显示屏13分别位于透镜12的前后两侧，并使相机11的镜头光轴与显示屏13的法线平行、相机11的镜头与透镜12的光轴共线；

相机11的标定焦距为相机11拍摄透镜12生成的理论虚像时的焦距。

如此设置，本实施例提供的采用相机确定透镜后焦距的装置，能够实现上述采用相机确定透镜后焦距的方法，因此，本实施例提供的采用相机确定透镜后焦距的装置，能够高效、精确地检测出vr透镜的后焦距。

同样，与上述检测方法类似，本实施例还可以包括用于辅助确定相机11的标定焦距的测试板，测试板的使用方法与上述测试方法中的测试板的使用方法相同。

为了方便测试不同的透镜，本实施例中，还可以包括用于承载透镜12的承载治具，以便更换不同的透镜12。

下面，本实施例将结合具体数据，对本方案进行详细说明。

本实施例中，设透镜的有效焦距设计值为42mm，虚像距设计值为1.5m对应的透镜后表面到显示屏13间的距离为40.55mm。所选用的测试系统的相机11的有效焦距为160mm，f#3.5，像素尺寸3μm，容许弥散圆直径取6μm，调节相机对焦距离1.5m，可计算出该相机景深范围为1498mm-1502mm。根据物像关系当物距改变±0.005mm时，可引起虚像距改变约6mm，相机11的精度足以识别出该变化量。

将同一透镜通过上述该测试系统进行检测，得到每一步进位置对应的图像清晰度信息。如下表所示：

根据上述结果，则得到步进电机的步进位置与清晰度的函数关系，清晰度的最大值对应的step则为最佳状态。此时结合测试系统的量测刻度信息，则可直接读出被测透镜的后焦距的数值。该测试系统的精度与显示屏13的步进控制精度、测试系统的相机11有关。本实施例提及的相机11参数中，当步进控制的精度达到±0.005mm精度时，该测试系统的精度约0.01mm。

本实施例还提供了一种虚拟现实头戴设备，包括至少一个透镜模组，透镜模组包括透镜和显示屏，显示屏位于设置于透镜的后焦距的预定范围内，其中透镜的后焦距采用上述实施例中的方法确定。

进一步地，显示屏就设置于透镜的后焦距上，如此设置，能够达到较好的视觉效果。为了方便调节显示屏和透镜之间的距离，显示屏与透镜之间设置有垫片，显示屏设置于透镜的后焦距上。这样，当需要调节显示屏和透镜之间的距离时，可通过调整垫片的厚度实现显示屏和透镜的距离调节。

本实施例中，虚拟现实头戴设备可以包括第一透镜模组和第二透镜模组，第一透镜模组包括第一透镜和第一显示屏、第二透镜模组包括第二透镜和第二显示屏。

其中，第一透镜和第二透镜相同且位于同一水平线，第一显示屏和第二显示屏相同且位于同一水平线。如此设置，能够实现虚拟现实头戴设备的立体显示效果。

以上采用递进方式对本方案进行了举例说明，上述各个实施例中的方案可以为独立的技术方案也可进行相互叠加。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。