虚像距检测工装及其标定方法、虚像距检测方法

技术领域

本发明涉及智能穿戴设备技术领域，特别涉及一种虚像距检测工装及其标定方法、虚像距检测方法。

背景技术

VR眼镜的原理是在左右眼的屏幕分别显示不同的图像，通过图像叠加，产生立体效果。使用者的左右眼分别通过VR眼镜上的透镜看到屏幕上展示的内容，由于人眼距离透镜在1倍焦距之内，因此呈现正立放大的虚像。屏幕到透镜之间的距离叫做物距，人眼看到屏幕展示的内容和透镜的距离，叫做虚像距。

其中，影响虚像距的因素有物距和透镜焦距，当同一个模穴产出透镜时，透镜焦距相对固定，但是，实际生产过程中，胶水、组装、PSA等都可能影响物距，这就导致VR眼镜实际的虚像距与预设虚像距可能存在一定的偏差。而VR眼镜实际的虚像距会影响使用过程中的舒适度以及人眼所看到的虚像大小。因此，为保证使用效果，在VR眼镜制成后，需要对VR眼镜实际的虚像距进行测试，而现有技术中没有专门的设备进行改测试。

因此，如何对VR眼镜的虚像距进行有效测试，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种虚像距检测工装，能够对VR眼镜的虚像距进行有效测试。本发明的另一目的是提供一种应用上述虚像距检测工装的虚像距检测方法及虚像距检测工装标定方法，能够对VR眼镜的虚像距进行有效测试。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种虚像距检测工装，包括检测透镜组件、相机、相机驱动组件和控制组件，所述相机连接于所述相机驱动组件；

所述检测透镜组件的第一侧用于放置测试图像，所述测试图像与所述检测透镜组件的间距为像距，所述相机设于所述检测透镜组件的第二侧，以拍摄所述测试图像经所述检测透镜组件的成像，所述相机与所述检测透镜组件的间距为成像间距；

所述控制组件用于控制所述相机驱动组件驱动所述相机靠近或远离所述检测透镜组件，以在不同位置进行拍摄，且用于根据所述相机所得拍摄图像的清晰度确定出最清晰成像间距，进而根据像距与最清晰成像间距之间的第一函数关系确定出对应的像距。

优选地，还包括遮光套筒，所述遮光套筒罩设于所述相机和所述检测透镜组件外侧。

优选地，所述遮光套筒为两端分别固定于所述相机和所述检测透镜组件的伸缩波纹管，所述伸缩波纹管可伸缩形变。

优选地，还包括透镜驱动组件，所述检测透镜组件包括至少两个检测透镜，所述检测透镜组件连接于所述透镜驱动组件，以调节各所述检测透镜之间的相对位置关系，从而使所述检测透镜的光轴共线。

一种虚像距检测方法，应用如上所述的虚像距检测工装，所述检测方法包括：

控制所述相机驱动组件带动所述相机移动并控制所述相机进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，其中，所述测试图像为设于所述检测透镜组件的第一侧的待测对象产生的虚像面上的图像；

根据所述第一函数关系确定出对应的像距。

优选地，所述控制所述相机驱动组件带动所述相机移动并控制所述相机进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，包括：

控制所述相机驱动组件带动所述相机移动，使所述相机运动至与所述检测透镜组件处于各个第一预设成像间距下进行拍摄，并分别检测所述相机得到的各个拍摄图片的清晰度，所述第一预设成像间距为至少三个；

根据各所述第一预设成像间距以及各所述拍摄图片的清晰度进行拟合，生成清晰度与成像间距之间的第二函数关系；

对所述第二函数关系求极值，以得到清晰度最大时对应的最清晰成像间距。

优选地，所述测试图像位于所述VR眼镜产生的虚像面上，其中，所述VR眼镜上的眼镜透镜与眼镜屏幕在所述检测透镜组件的第一侧沿着远离所述检测透镜组件的方向依次设置，所述检测方法还包括：

接收所述眼镜透镜与所述检测透镜组件之间的透镜间距；

将根据所述第一函数关系确定出的像距减去所述透镜间距以得到所述待测对象的虚像距。

优选地，还包括：对所述虚像距检测工装进行标定，以得到所述第一函数关系，并预存所述第一函数关系预存于所述控制组件中。

一种虚像距检测工装标定方法，应用如上所述的虚像距检测工装，所述标定方法包括：

调节设于所述检测透镜组件的第一侧的测试模型的位置，使所述测试模型运动至与所述检测透镜组件之间处于各个预设像距下，其中，所述测试模型上设有所述测试图像，且所述测试模型、所述测试图像两者与所述检测透镜组件的间距相同；

在所述测试模型与所述检测透镜组件处于各个所述预设像距下时，分别控制所述相机驱动组件带动所述相机移动并控制所述相机进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距；

根据各所述预设像距与对应的最清晰成像间距进行拟合，生成像距与最清晰成像间距之间的第一函数关系。

优选地，所述控制所述相机驱动组件带动所述相机移动并控制所述相机进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，包括：

控制所述相机驱动组件带动所述相机移动，使所述相机运动至与所述检测透镜组件处于各个第二预设成像间距下进行拍摄，并分别检测所述相机得到的各个拍摄图片的清晰度，所述第二预设成像间距为至少三个；

根据各所述第二预设成像间距以及各所述拍摄图片的清晰度进行拟合，生成清晰度与成像间距之间的第三函数关系；

对所述第三函数关系求极值，以得到清晰度最大时对应的最清晰成像间距。

本发明提供的虚像距检测工装，包括检测透镜组件、相机、相机驱动组件和控制组件，相机连接于相机驱动组件；检测透镜组件的第一侧用于放置测试图像，测试图像与检测透镜组件的间距为像距，相机设于检测透镜组件的第二侧，以拍摄测试图像经检测透镜组件的成像，相机与检测透镜组件的间距为成像间距；控制组件用于控制相机驱动组件驱动相机靠近或远离检测透镜组件，以在不同位置进行拍摄，且用于根据相机所得拍摄图像的清晰度确定出最清晰成像间距，进而根据像距与最清晰成像间距之间的第一函数关系确定出对应的像距。

检测时，将VR眼镜放在检测透镜组件的第一侧，VR眼镜启动后形成的虚像面，该虚像面上的测试图像经检测透镜组件在第二侧成像，控制相机驱动组件带动相机在不同位置进行拍摄，根据拍摄图片的清晰度可以确定出最清晰成像间距，进而确定出此时的像距，而该像距即为VR眼镜的虚像面与检测透镜组件之间的间距，从而准确有效地确定出虚像面的空间位置，进而基于VR眼镜与检测透镜组件的位置关系即可确定虚像距。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供虚像距检测工装的结构图；

图2为本发明所提供虚像距检测工装在像距确定时、相机处于不同成像间距时的状态对比图；

图3为本发明所提供虚像距检测工装在不同成像间距下的拍摄图片对比图；

图4为清晰度与成像间距之间拟合得到的曲线关系图；

图5为本发明所提供虚像距检测工装在确定第一函数关系时的状态对比图；

图6为像距与最清晰成像间距之间拟合得到的曲线关系图；

图7为本发明所提供虚像距检测工装应用于VR眼镜检测时的工装与虚像面的位置关系图。

附图标记：

电缸1，相机2，伸缩波纹管3，检测透镜4，支撑架5，电缸载板6，相机载板7，透镜驱动组件8，VR眼镜9，检测透镜组件10，眼镜透镜11，眼镜屏幕12，虚像面13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种虚像距检测工装，能够对VR眼镜的虚像距进行有效测试。本发明的另一核心是提供一种应用上述虚像距检测工装的虚像距检测方法及虚像距检测工装标定方法，能够对VR眼镜的虚像距进行有效测试。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明所提供虚像距检测工装的一种具体实施例中，请参考图1，包括检测透镜组件、相机2、相机驱动组件和控制组件。相机2、相机驱动组件均信号连接于该控制组件。

检测透镜组件10的第一侧用于放置测试图像，测试图像与检测透镜组件10的间距为像距。相机2设于检测透镜组件的第二侧，以拍摄测试图像经检测透镜组件10的成像，相机2与检测透镜组件10的间距为成像间距。检测透镜组件10的两侧分别为其在自身光轴延伸方向上的两侧，如图1所示，检测透镜组件10的光轴沿上下方向延伸，第一侧为检测透镜组件10的下侧，第二侧为检测透镜组件10的上侧。相机驱动组件驱动相机2平行于检测透镜组件10的光轴运动。

其中，检测透镜组件10包括透镜套管和固定于该透镜套管中的若干个检测透镜4，检测透镜组件10具体可以为通过不同透镜组成的长焦透镜组。

其中，检测透镜组件10与其他部件之间的间距可以以检测透镜组件10上的一个设定表面为基准进行确定，如图7所示中检测透镜组件10上垂直于光轴的底面。

控制组件用于控制相机驱动组件驱动相机2靠近或远离检测透镜组件10运动，以在不同位置进行拍摄。控制组件还用于根据相机2拍摄所得拍摄图像的清晰度确定出最清晰成像间距，进而根据像距与最清晰成像间距之间的第一函数关系确定出对应的像距。

其中，在像距确定的情况下，测试图像在检测透镜组件10的第二侧成像最清晰的位置是唯一确定的，此时，相机2与检测透镜组件10之间的间距为最清晰成像间距。具体地，在像距确定的情况下，相机驱动组件带动相机2逐渐靠近检测透镜组件10，并在相机2移动过程中进行拍摄，拍摄得到的拍摄图像的清晰度变化为由模糊逐渐清晰，再逐渐模糊。

其中，像距与最清晰成像间距具有一一映射关系，具体存在第一函数关系。也就是说，每确定一个最清晰成像间距，即可利用第一函数关系确定出对应的像距。

本实施例提供的虚像距检测工装，检测时，将VR眼镜9放在检测透镜组件10的第一侧，VR眼镜9启动后形成的虚像面13，该虚像面13上的测试图像经检测透镜组件10在第二侧成像，控制相机驱动组件带动相机2在不同位置进行拍摄，根据拍摄图片的清晰度可以确定出最清晰成像间距，进而确定出此时的像距，而该像距即为VR眼镜9的虚像面13与检测透镜组件10之间的间距，从而准确有效地确定出虚像面13的空间位置，进而基于VR眼镜9与检测透镜组件10的位置关系即可确定虚像距。

进一步地，请参考图1，虚像距检测工装还包括遮光套筒，遮光套筒罩设于相机2和检测透镜组件10外侧，可以遮蔽相机2与检测透镜组件10之间的杂光，提高相机2的拍摄效果。

优选地，遮光套筒为两端分别固定于相机2和检测透镜组件10的伸缩波纹管3，伸缩波纹管3可伸缩形变，在成像间距改变时，伸缩波纹管3会随着相机2的运动适应性伸缩运动，确保遮光效果。

当然，在其他实施例中，遮光套筒也可以进行其他设置。例如，遮光套筒设置为不透光的导向筒，检测透镜组件10和相机2均设置在该导向筒内，且检测透镜组件10固定连接于该导向筒，而相机2滑动连接于该导向筒的内壁，在相机驱动组件驱动相机2运动时，导向筒不动，而相机2在该导向筒内滑动，使得导向筒除了遮光作用外，还具有导向作用。

进一步地，相机驱动组件包括电缸1。如图1所示，电缸1固定于电缸载板6上，电缸1的电缸滑块上固定设置相机载板7，相机2固定在相机载板7上。通过电缸1带动相机载板7及相机载板7上的相机2运动，以改变检测透镜组件10与相机2之间的成像间距。当然，在其他实施例中，相机驱动组件还可以为直线电机等其他能够输出直线运动的驱动设备。

进一步地，该虚像距检测工装还包括透镜驱动组件8，检测透镜组件10包括至少两个检测透镜4，检测透镜组件10连接于透镜驱动组件8，以调节各检测透镜4之间的相对位置关系，从而使检测透镜4的光轴共线。其中，优选地，透镜驱动组件8能够驱动检测透镜组件10沿着两个相垂直的方向运动，且这两个运动方向垂直于检测透镜组件10的光轴。具体如图1所示，检测透镜组件10包括由上至下依次设置的两个检测透镜4，下侧的检测透镜4固定于透镜驱动组件8上而上侧的检测透镜4与透镜驱动组件8相分离，透镜驱动组件8调节下侧的检测透镜4的光轴至与上侧检测透镜4的光轴共线。

进一步地，该虚像距检测工装还包括支撑架5，该支撑架5设置在检测透镜组件10的第一侧，用于支撑具有测试图像的待测对象。具体地，该支撑架5连接于支撑架驱动组件，支撑架驱动组件具体可以信号连接于控制组件。检测时，在上料工位将待测对象放置于支撑架5上后，支撑架驱动组件带动支撑架5及待测对象运动至检测工位，在检测工位，待测对象上的测试图像可经检测透镜组件10在检测透镜组件10的第二侧成像。通过支撑架驱动组件的设置，可以为上料提供便利，避免待测对象与检测透镜组件10相撞击，例如图1所示，上料工位位于检测透镜组件10正下方的左侧，检测工位位于检测透镜组件10的正下方。

除了上述虚像距检测工装，本发明还提供了一种虚像距检测方法，该虚像距检测方法应用如上述任一实施例提供的虚线距检测工装，有益效果可以相应参考以上各个实施例。具体地，待测对象为VR眼镜9，VR眼镜9运行后会产生虚像面13，测试图像为VR眼镜9的虚像面13上的图像，检测时，VR眼镜9设置在检测透镜组件10的第一侧，且眼镜透镜11与眼镜屏幕12沿着远离检测透镜组件10的方向依次设置。当然，在其他实施例中，测试图像也可以生成于其他设备产生的虚像面13上。

具体地，该检测方法包括：

控制相机驱动组件带动相机2移动并控制相机2进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，其中，测试图像为设于检测透镜组件10的第一侧的待测对象产生的虚像面13上的图像；

根据第一函数关系确定出对应的像距。

进一步地，步骤：控制相机驱动组件带动相机2移动并控制相机2进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，具体包括：

控制相机驱动组件带动相机2移动，使相机2运动至与检测透镜组件10处于各个第一预设成像间距下进行拍摄，并分别检测相机2得到的各个拍摄图片的清晰度，第一预设成像间距为至少三个；

根据各第一预设成像间距以及各拍摄图片的清晰度进行拟合，生成清晰度与成像间距之间的第二函数关系；

对第二函数关系求极值，以得到清晰度最大时对应的最清晰成像间距。

其中，第二函数关系为二次函数。通过在检测透镜组件10的第二侧选取至少三个设置位置进行拍摄，即可拟合出第二函数关系。由于该拟合步骤的设置，在确定最清晰成像位置时，只需要选取几个拍摄位置使相机2进行拍摄即可，最清晰成像间距可以进一步通过计算准确得到，而无需相机2在大量的拍摄位置进行拍摄直至拍摄到最清晰的拍摄图像以确定最清晰成像间距，能够有效提高检测效率。

进一步地，该检测方法还包括：

接收眼镜透镜11与检测透镜组件10之间的透镜间距；

将根据第一函数关系确定出的像距减去透镜间距以得到待测对象的虚像距。

其中，检测透镜组件10与眼镜透镜11之间的透镜间距可以采用测距仪或者其他测量设备进行测试。更具体地，该测距仪可以信号连接于控制组件，在测量后，控制组件即直接从测距仪获取透镜间距，又或者，透镜间距也可以在测量后人工输入至控制组件。

由于在实际测试中，为避免检测透镜组件10与眼镜透镜11相互撞击，眼镜透镜11与检测透镜组件10之间可能具有一定的间距，该间距即为透镜间距。具体如图7所示，通过控制组件接收透镜间距，并将计算得到的虚像面13与检测透镜组件10之间的像距减去该透镜间距，即，VR眼镜9的虚像距D＝像距d-透镜间距d0，可实现对虚像距的自动化获取。

进一步地，该虚像距检测方法还包括：对虚像距检测工装进行标定，以得到第一函数关系，并预存第一函数关系预存于控制组件中。

该标定过程具体在首次将待测对象放置于检测透镜组件10的第一侧进行检测之前完成。由于第一函数关系预存于控制组件中，在检测过程中可以直接利用计算对应的最清晰成像间距，能够进一步提高检测效率。

除了上述虚像距检测工装，本发明还提供了一种虚像距检测工装标定方法，该虚像距检测工装标定方法应用如上述任一实施例提供的虚线距检测工装，有益效果可以相应参考以上各个实施例。另外，上述检测方法中的标定步骤也可以按照该标定方法的步骤实现。

具体地，该标定方法包括以下步骤：

调节设于检测透镜组件10的第一侧的测试模型的位置，使测试模型运动至与检测透镜组件10之间处于各个预设像距下，其中，测试模型上设有测试图像，且测试模型、测试图像两者与检测透镜组件10的间距相同；

在测试模型与检测透镜组件10处于各个预设像距下时，分别控制相机驱动组件带动相机2移动并控制相机2进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距；

根据各预设像距与对应的最清晰成像间距进行拟合，生成像距与最清晰成像间距之间的第一函数关系。

其中，测试模型设置为图卡，该图卡上的图像为测试图像。由于该过程是用于对第一函数关系进行计算的，测试图像与检测透镜组件10之间的像距需要是已知的可测的，直接选择图卡来完成标定过程，测试图像和检测透镜组件10之间的像距便于准确测试。

具体如图5和图6所示，标定过程中，调节图卡的位置至与检测透镜组件10相距第一像距d1，确定出第一像距d1下对应的第一最清晰成像间距L_best_d1，再依次调节图卡的位置至与检测透镜组件10相距第二像距d2，…，第n像距dn(n为正整数)，并分别确定出对应的第二最清晰成像间距L_best_d2，…，第n最清晰成像间距L_best_dn。控制组件基于以上获得的数据拟合出如图6所示的像距d-最清晰成像间距L的关系曲线图，两者具有一一映射关系，且能够拟合出与该曲线图对应的第一函数关系d＝f(L_best)，从而使得检测过程中，每确定出一个最清晰成像间距L，即可对应确定出一个像距d。

进一步地，步骤：控制相机驱动组件带动相机2移动并控制相机2进行拍摄，从而确定出对应的最清晰成像间距，具体包括：

控制相机驱动组件带动相机2移动，使相机2运动至与检测透镜组件10处于各个第二预设成像间距下进行拍摄，并分别检测相机2得到的各个拍摄图片的清晰度，第二预设成像间距为至少三个；

根据各第二预设成像间距以及各拍摄图片的清晰度进行拟合，生成清晰度与成像间距之间的第三函数关系；

对第三函数关系求极值，以得到清晰度最大时对应的最清晰成像间距。

具体如图2至图4所示，在像距为第一像距d1时，相机2在距离检测透镜组件10为第一成像间距L1、第二成像间距L2和第三成像间距L3时分别进行拍摄，得到的图像依次为图3中由左至右的三个拍摄图像。控制组件对各拍摄图像进行清晰度的检测，最终拟合出清晰度与成像间距的之间的曲线图，具体地，随着成像间距的增大，拍摄图像的清晰度变化为由模糊逐渐清晰，再逐渐模糊，相应地，该清晰度与成像间距的之间的第三函数关系也可以被拟合出。另外，在每个像距下，能够拟合出各自的第三函数关系。

通过第三函数关系的计算，标定过程中，在确定每个成像间距对应的最清晰成像位置时，只需要选取几个拍摄位置即可使相机2进行拍摄即可，最清晰成像间距可以进一步通过计算准确得到，而无需相机2在大量的拍摄位置进行拍摄而直至拍摄到最清晰成像以确定最清晰成像间距，能够有效提高检测效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的虚像距检测工装及其标定方法、虚像距检测方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。