检测光学模组光瞳漂移的方法与流程

1.本技术涉及光学测试技术领域，更具体地，本技术涉及一种检测光学模组光瞳漂移的方法。


背景技术：

2.光学模组是指将各种光学元件(如光学镜片)按照一定的顺序组合形成的模组，其通常用来进行成像或者进行光学信息处理，其已经被广泛地应用于多种类型的电子设备中。
3.如今，虚拟现实(virtual reality，vr)产品的形态和种类层出不穷，其应用领域也愈加广泛。虚拟现实产品的主要工作原理是，显示器所显示的图像经光学镜片的传递以及放大之后，其图像会被人眼所接收，人眼所观察到的是放大的图像(虚像)。为了得到品质更佳、体验效果更好的虚拟现实产品，光学模组在生产中需要进行严格的检测才能应用到虚拟显示产品上。然而，对于光学模组的检测目前主要集中在成像的清晰度、对比度及杂散光等方面。实际上，光学模组的光瞳漂移(即系统的成像会随着眼球在eyebox的不同位置会有浮动的视觉感知)参数也备受终端用户的重视，但目前缺少对该参数的检测。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供的一种检测光学模组光瞳漂移的方法的新技术方案。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种检测光学模组光瞳漂移的方法，所述方法包括：
6.待测光学模组，所述待测光学模组包括沿光路传播方向依次设置的显示屏和镜片，所述显示屏上的目标光点发射出的光线经所述镜片透射后再出射；
7.相机模组，所述相机模组活动设置于所述待测光学模组的出射光瞳位置的一侧，所述相机模组在第一位置拍摄所述目标光点的第一图像并获取所述第一图像位置信息，在第二位置拍摄所述目标光点的第二图像并获取所述第二图像位置信息及在第三位置拍摄所述目标光点的第三图像并获取所述第三图像位置信息，所述第一位置位于所述镜片的光轴的延伸方向上，所述第二位置和所述第三位置分设于所述第一位置相对的两侧且均位于所述镜片的光轴的垂直方向上；以及
8.控制器，所述控制器用于获取所述第一图像位置信息与所述第二图像位置信息之间的第一位置差值及所述第二图像位置信息与所述第三图像位置信息之间的第二位置差值，并根据所述第一位置差值和所述第二位置差值确定第一评价参数，所述第一评价参数用于表征所述待测光学模组的光瞳漂移性能。
9.可选地，所述的检测光学模组光瞳漂移的方法，其还包括：
10.当所述第一评价参数小于设定位置差异阈值时，判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。
11.可选地，当所述目标光点位于所述显示屏的光轴上，所述相机模组在所述第一位
置进行拍摄时，所述相机模组被调整为与所述镜片之间形成有第一设定距离。
12.可选地，所述第一设定距离为13mm～18mm。
13.可选地，当所述目标光点在所述显示屏上并处于离开光轴状态，所述相机模组在所述第一位置进行拍摄时，所述相机模组被调整为绕设定的旋转中心相对于所述镜片的光轴转动至目标倾斜角度，其中，所述旋转中心位于所述镜片的光轴朝向所述相机模组延伸的方向上，且所述旋转中心与所述出射光瞳位置之间形成第二设定距离。
14.可选地，所述第二设定距离为10mm～15mm。
15.可选地，所述相机模组在所述第二位置和所述第三位置均保持所述目标倾斜角度分别对所述目标光点进行拍摄。
16.可选地，所述控制器还包括：
17.根据所述第一图像位置信息与所述相机模组的焦距f，经计算获取第一入射角度θa；根据所述第二图像位置信息与所述相机模组的焦距f，经计算获取第二入射角度θb；根据所述第三图像位置信息与所述相机模组的焦距f，经计算获取所述第三入射角度θc；以及
18.获取所述第一入射角度θa与所述第二入射角度θb之间的第一入射角度差值及所述第二入射角度θb与所述第三入射角度θc之间的第二入射角度差值，根据所述第一入射角度差值和所述第二入射角度差值确定第二评价参数，所述第二评价参数用于表征所述待测光学模组的光瞳漂移性能；
19.其中，当所述第二评价参数小于设定入射角度差异阈值时，判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。
20.可选地，所述控制器还包括：
21.根据所述第一入射角度θa以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第一畸变量dista；根据所述第二入射角度θb以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第二畸变量distb；根据所述第三入射角度θc以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第三畸变量distc；以及
22.获取所述第一畸变量dista与所述第二畸变量distb之间的第一畸变量差值及所述第二畸变量distb与所述第三畸变量distc之间的第二畸变量差值，根据所述第一畸变量差值和所述第二入畸变量差值确定第三评价参数，所述第三评价参数用于表征所述待测光学模组的光瞳漂移性能；
23.其中，当所述第三评价参数小于设定畸变量差异阈值时，判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。
24.可选地，所述相机模组设置为针孔相机或者微透镜阵列。
25.可选地，所述的检测光学模组光瞳漂移的方法，其还包括有驱动模组，所述驱动模组用于驱使所述相机模组在所述出射光瞳位置的一侧发生移动和/或转动。
26.可选地，所述镜片设置为一个或者多个，所述镜片为vr镜片；
27.所述镜片设置在承载结构上。本技术的有益效果在于：
28.本技术实施例为光学模组提供了一种检测光瞳漂移参数的方法，通过采用专门的相机模组在待测光学模组的出光一侧模拟人眼进行成像，同时建立了相机模组的坐标体系进行平移和/或旋转，相机模组可在指定的多个位置下获取图像的位置信息，再将获取的位置信息进行相应的差值处理之后即可用于准确的评价待测光学模组的光瞳漂移性能；本申
请实施例提供的检测方法中涉及的控制部件少、实施方法也较为简单，且检测成本低，能进一步提升光学模组的检测效果，以获取性能更加的光学模组。
29.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
30.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
31.图1是本技术实施例提供的检测光学模组光瞳漂移的方法中涉及的硬件的结构示意图之一；
32.图2是是本技术实施例提供的检测光学模组光瞳漂移的方法中涉及的硬件的结构示意图之二；
33.图3是光学模组的光瞳漂移性能较好的示意图；
34.图4是光学模组的光瞳漂移性能较差的示意图。
35.附图标记说明：
36.1、显示屏；2、承载结构；3、镜片；4、出射光瞳位置；5、相机模组；51、第一位置；52、第二位置；53、第三位置；6、目标光点；7、旋转中心。
具体实施方式
37.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
38.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
39.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
40.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
42.下面结合附图1至图4对本技术实施例提供的检测光学模组光瞳漂移的方法进行地详细描述。
43.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种检测光学模组光瞳漂移的方法，所述方法中依赖的硬件包括有待测光学模组，相机模组5以及控制器，具体可如图1和图2所示；
44.待测光学模组，所述待测光学模组包括沿光路传播方向依次设置的显示屏1和镜片3，所述显示屏1上的目标光点6发射出的光线先经所述镜片3透射之后再发生出射；
45.相机模组5，所述相机模组5活动设置于所述待测光学模组的出射光瞳位置4的一侧，所述相机模组5在第一位置51拍摄所述目标光点6的第一图像并获取所述第一图像位置信息，在第二位置52拍摄所述目标光点的第二图像并获取所述第二图像位置信息及在第三
位置53拍摄所述目标光点的第三图像并获取所述第三图像位置信息，所述第一位置51位于所述镜片3的光轴的延伸方向上，所述第二位置52和所述第三位置53分设于所述第一位置51相对的两侧且均位于所述镜片3的光轴的垂直方向上；
46.控制器，所述控制器用于获取所述第一图像位置信息与所述第二图像位置信息之间的第一位置差值及所述第二图像位置信息与所述第三图像位置信息之间的第二位置差值，并根据所述第一位置差值和所述第二位置差值确定第一评价参数，所述第一评价参数用于表征所述待测光学模组的光瞳漂移性能。
47.本技术实施例为光学模组提供了一种检测光瞳漂移参数的方法，通过采用专门的相机模组5在待测光学模组的出光一侧模拟人眼进行成像，同时建立了相机模组的坐标体系进行平移和/或旋转，相机模组5可在指定的多个位置下获取图像的位置信息，再将获取的位置信息进行相应的差值处理之后即可用于准确的评价待测光学模组的光瞳漂移性能；本技术实施例提供的检测方法中涉及的控制部件少、实施方法也较为简单，且检测成本低，能进一步提升光学模组的检测效果，以获取性能更加的光学模组。
48.本技术实施例提供的用于检测光学模组的方法，其与传统的光学模组检测方法所检测的光学模组的参数是完全不同的，其是一种专门用于检测光学模组的光瞳漂移性能的方法。通过对光学模组的光瞳漂移性能进行准确的检测，能够更好的评价光学模组的光学性能。弥补了检测光学模组光瞳漂移性能方面的空白。
49.如图3所示，对于光瞳漂移性能较好的光学模组来说，在显示屏1(像面)上显示的目标光点6(或者特征点)所发射出来的光线在经过镜片3透射之后再出射，其出射的是平行光线。在此基础上，当有相机模组在该镜片3的出光一侧接收出射的平行光线时，此时，无论相机模组处于例如a、b、c中的任一位置拍摄，相机成像点的位置将不发生变化(也即，入射到相机模组镜头的光线角度是相同的)。
50.反之，如图4所示，对于光瞳漂移性能较差的光学模组来说，在显示屏1(像面)上显示的目标光点6(或者特征点)所法射出来的光线在经过镜片3透射之后再出射，此时，经该镜片3出射的光线可明显看到是杂乱的，出射的各条光线将存在一定夹角。在此基础上，当相机模组分别获取到a
′
位置、b
′
位置、c
′
位置的光线时，该相机模组所成像的点位置则发生了变化(也即，入射到相机镜头的光线角度发生偏差)，这对于成像是不利的。
51.本技术实施例中的光学模组可应用在例如虚拟显现实(virtual reality，vr)设备等诸多类型的电子产品中，本领域技术人员可以根据具体情况灵活选择应用场景，本技术实施例在此不作限制。
52.以vr设备(包括vr眼镜或者vr头戴装置)为例，在设备中设置有光学模组，若光学模组自身存在光瞳漂移性能不佳的问题，那么观看者的眼睛所观察到的图像可能会产生扭曲、变形等现象，这可能导致观看者产生恶心和视觉疲劳等一系列不良反应，而这会严重影响到用户体验。因此，在光学模组的生产过程中，很有必要将光学模组的光瞳漂移性能作为一项重要指标进行有效地质检，其可用来作为判断生产出的光学模组是否真正的达到合格的标准之一。经过该检测达到光瞳漂移性能合理的光学模组能保证例如vr设备满足较佳的成像质量要求，提升用户的使用体验。
53.在本技术的一些例子中，所述检测光学模组光瞳漂移的方法还包括：当所述第一评价参数小于设定位置差异阈值时，则判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。
54.也就是说，通过将所述第一评价参数与所述设定位置差异阈值进行对比之后，当确定获取的所述第一评价参数小于所述设定位置差异阈值时，则表明所述光学模组的光瞳漂移性能是符合标准的，也即是合格的，可以应用在相应的电子设备中，如vr设备。反之，当确定所述第一评价参数大于所述设定位置差异阈值时，则表明所述光学模组的光瞳漂移性能并未能够达到标准，也即该光学模组的光瞳漂移是不合格的。
55.需要说明的是，本领域技术人员可以根据所述光学模组的具体应用场景灵活调整所述设定位置差异阈值，本技术实施例中对此不作具体限制。
56.在本技术的一些例子中，如图1所示，当所述目标光点6位于所述显示屏1的光轴上，所述相机模组5在所述第一位置51进行拍摄时，所述相机模组5被调整为与所述镜片3之间形成有第一设定距离。
57.也就是说，当测量所述光学模组近轴视场的光瞳漂移性能时，此时，所述目标光点6是所述显示屏1中心区域的特征点，也即，所述目标光点6是落在所述光学模组的光轴上的，可如图1所示。
58.例如，所述相机模组5设置在所述镜片3的出光一侧，且所述相机模组5位于所述镜片3的光轴的延长线上(也即所述相机模组5与所述镜片3为同光轴设置)，所述相机模组5在第一位置51时，拍摄所述目标光点6的第一图像并获取所述第一图像位置信息pa；然后，将所述相机模组5相对于所述第一位置51沿垂直于光轴方向移动
±
2mm，则所述相机模组5分别被移动至第二位置52和第三位置53，此时，在所述第二位置52拍摄下所述目标光点6的第二图像并获取所述第二图像位置信息pb，并在第三位置53拍摄下所述目标光点6的第三图像并获取所述第三图像位置信息pc；最后，将pa、pb、pc这三个位置信息进行差异对比，以得出位置差异量diff(pa，pb，pc)，该位置差异量即为diff(pa，pb，pc)所述第一评价参数，具体地：
59.位置差异量该位置差异量即为表征待测光学模组光瞳漂移的量化参数。
60.可选的是，当所述目标光点6位于所述显示屏1的光轴上，所述相机模组5在所述第一位置51进行拍摄时，所述相机模组5被调整为与所述镜片3之间形成有第一设定距离，所述第一设定距离可设置为13mm～18mm。
61.在该距离下检测效果较佳。同时，该检测距离通用性较佳，适合对大多数的光学模组进行光瞳漂移的检测。
62.需要说明的是，当采用不同的所述相机模组模拟人眼时，基于不同相机模组的光学性能(光学参数等)不同，可以灵活调整上述的第一设定距离，也即并可以不限于上述的13mm～18mm。本技术实施例中示出的所述第一设定距离能够满足大多数的相机模组。
63.在本技术的另一些例子中，如图2所示，当所述目标光点6在所述显示屏1上并处于离开光轴状态，所述相机模组5在所述第一位置51进行拍摄时，所述相机模组5被调整为绕设定的旋转中心7相对于所述镜片3的光轴转动至目标倾斜角度，其中，所述旋转中心7位于所述镜片3的光轴朝向所述相机模组5延伸的方向上，且所述旋转中心7与所述出射光瞳位置4之间形成第二设定距离。
64.其中，所述目标光点6在所述显示屏1上处于离开光轴状态是指，所述目标光点6不
在所述显示屏1上的中心区域，而是在偏离其光轴的区域，具体可如图2中示出的目标光点6的位置。
65.在真实的vr使用体验中，当观看者观看近场轴外视场的场景时，即上述的目标光点6不在光轴上时，此时，单纯的相机模组平移运动无法模拟真实的人眼眼球运动的情况，因此需要引入eye rotation(眼球旋转)，也即控制使所述摄像模组5发生设定的旋转，以模拟人眼眼球的转动。
66.也就是说，如图2所示，在所述显示屏1离轴位置显示一特征点，将其作为目标光点6，该目标光点6发射出的光线先经过镜片3透射后再出射。
67.需要说明的是，所述相机模组5在所述第一位置51进行拍摄时，其与所述镜片3依然处于同一光轴上，并且还要将所述相机模组5转动设定角度，以将所述目标光点6成像控制在所述相机模组5的sensor中心区域，此时，拍摄所述目标光点6的第一图像并获取所述第一图像位置信息oa；然后，将所述相机模组5进行移动，具体移动方式是相对于所述第一位置51沿垂直于光轴方向移动
±
2mm，这样，所述相机模组5就由所述第一位置分别移动至所述第二位置52和所述第三位置53，此时，在所述第二位置52拍摄下所述目标光点6的第二图像并获取所述第二图像位置信息ob、并在第三位置53拍摄下所述目标光点6的第三图像并获取所述第三图像位置信息oc；最后，将oa、ob、oc进行位置差异对比，以得出位置差异量diff(oa，ob，oc)(该位置差异量也即为所述第一评价参数)，具体如下：
68.位置差异量该位置差异量即可表征待测光学模组光瞳漂移的量化参数。
69.其中，所述相机模组5的旋转半径例如控制为12mm。
70.此外，需要说明的是，在本技术的实施例中，本领域技术人员可以根据需要对所述相机模组5的旋转角度和旋转半径进行灵活调整，本技术实施例中对此不作具体限制。
71.可选的是，所述第二设定距离为10mm～15mm。
72.进一步地，所述第二设定距离为12mm。
73.如图2所示，所述相机模组5在所述第二位置52和所述第三位置53均以所述目标倾斜角度分别对所述目标光点6进行拍摄。
74.也就是说，所述相机模组5在所述第一位置51拍摄之前已调整好了拍摄所述目标光点6的拍摄角度。当将所述相机模组5调整至所述第二位置52和所述第三位置53分别进行拍摄时，所述相机模组5拍摄的角度是不变的。
75.在本技术的一些例子中，所述的检测光学模组光瞳漂移的方法，其中，所述控制器还包括如下操作：
76.根据所述第一图像位置信息(如pa)与所述相机模组的焦距f，经计算获取第一入射角度θa；根据所述第二图像位置信息(如pb)与所述相机模组的焦距f，经计算获取第二入射角度θb；根据所述第三图像位置信息(如pc)与所述相机模组的焦距f，经计算获取所述第三入射角度θc；以及
77.获取所述第一入射角度θa与所述第二入射角度θb之间的第一入射角度差值及所述第二入射角度θb与所述第三入射角度θc之间的第二入射角度差值，根据所述第一入射角度差值和所述第二入射角度差值确定第二评价参数，所述第二评价参数用于表征所述待测光
学模组的光瞳漂移性能；
78.其中，当所述第二评价参数小于设定入射角度差异阈值时，判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。也就是说，本技术的一些实施例中，还提供了另一种参数所述第二评价参数，也即入射角度差异diffθ来表征所述光学模组的光瞳漂移性能。
79.例如，本技术的实施例中，表征所述光学模组的光瞳漂移的量化参数为成像在所述相机模组5感光区域内的位置差异量，即
[0080][0081]
也就是说，除了位置差异量之外，亦可通过所述相机模组5的入射光角度和成像位置的函数关系function(aoi，image height)，通过得到入射角的角度差异量来量化光学模组的光瞳漂移性能。
[0082]
已知所述相机模组5的镜头焦距为f，并且，所用的相机模组5的畸变＜0.5％，在此忽略畸变影响，则关系如下：
[0083]
所述目标光点6成像(第一图像)在所述第一位置(如pa)处的第一入射角度θa为：
[0084][0085]
同理，所述目标光点6成像(第二图像)在所述第二位置(如pb)处的第二入射角度θb和所述第三位置(如pc)处的第三入射角度θc分别为：
[0086][0087][0088]
则所述第二评价参数具体如下：
[0089][0090]
在本技术的一些例子中，所述的检测光学模组光瞳漂移的方法，其中，所述控制器还包括：
[0091]
根据所述第一入射角度θa以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第一畸变量dista；根据所述第二入射角度θb以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第二畸变量distb；根据所述第三入射角度θc以及待测光学模组的有效焦距efl和所述目标光点的像高，经计算获取第三畸变量distc；以及获取所述第一畸变量dista与所述第二畸变量distb之间的第一畸变量差值及所述第二畸变量distb与所述第三畸变量distc之间的第二畸变量差值，根据所述第一畸变量差值和所述第二入畸变量差值确定第三评价参数，所述第三评价参数用于表征所述待测光学模组的光瞳漂移性能；
[0092]
其中，当所述第三评价参数小于设定畸变量差异阈值时，判断所述待测光学模组的光瞳漂移性能为合格。
[0093]
也就是说，本技术的一些实施例中，还提供了又一种参数即上述的第三评价参数，
也即畸变量差异diff
dist
来表征所述光学模组的光瞳漂移性能。
[0094]
在得到所述相机模组5在不同位置处(如前述的三个位置)的入射角度的基础上，例如上述的所述第一入射角度θa、所述第二入射角度θb以及所述第三入射角度θc，还可以结合待测光学模组的例如有效焦距efl和所述目标光点像高ih，可以进一步得到不同位置的畸变量dist，即dist＝(1-(ih/(efl*tan(θ))))*100％。即不同位置处的入射角度得到不同的畸变量，畸变量的大小可以直接反映出用户体验上的视觉感知。
[0095]
例如，所述第一畸变量dista、所述第二畸变量distb及所述第三畸变量distc分别如下：
[0096][0097][0098][0099]
则所述第三评价参数具体如下：
[0100][0101]
需要说明的是，本领域技术人员可以根据所述第一评价参数、所述第二评价参数及所述第三评价参数中的至少一个来表征所述光学模组的光瞳漂移，本领域技术人员可以根据具体情况灵活选择，本技术实施例中对此不作具体限制。
[0102]
在本技术的一些例子中，所述相机模组5设置为针孔相机。
[0103]
针孔相机具有畸变小，视场角小的特点。
[0104]
此外，可选的是，所述相机模组5设置为微透镜阵列。
[0105]
如，微透镜阵列测试方式shack-hartmann方法替代针孔相机的方式。
[0106]
在本技术的一些例子中，所述检测光学模组光瞳漂移的方法中，还包括的硬件有驱动模组，所述驱动模组可以直接与所述相机模组5连接，所述驱动模组用于驱使所述相机模组5在所述出射光瞳位置4的一侧发生移动和/或转动，以此来真实的模拟人眼的运动。
[0107]
在本技术的一些例子中，所述镜片3设置为一个或者多个，所述镜片3为vr镜片；所述镜片3设置在承载结构上。
[0108]
其中，所述光学模组例如包括有一个或者多个镜片3。
[0109]
需要说明的是，本领域技术人员可以根据具体需要对组成光学模组的镜片数量进行调整，由于本技术中并不涉及对所述光学模组的结构进行改进，因此，本技术实施例在此对所述光学模组的具体结构不作限制。
[0110]
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
[0111]
虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技
术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。