测量应用 │ AR/VR 的测量挑战（II）

上海精恩光学有限公司

2022/06/09 10:44

测量挑战：AR/VR 显示器的透视光学及角度特性测量

在AR/VR头戴装置的设计中，动眼框（Eyebox）是一项关键的测量参数。动眼框描述的是显示器与用户眼球之间的一段锥形区域(图1)。在动眼眶范围内，用户眼球可自由移动来观看清晰的虚拟图像。动眼眶太小，视线超出动眼眶，显示图像会失真、产生色差或画面消失，直接影响用户的视觉沉浸体验。动眼眶太大，则需要更强的光源以维持亮度，并会减低视场范围(FoV)。因此，对AR/VR头戴装置的制造商而言，制定理想的动眼眶尺寸是至关重要的。

除此之外，头戴装置用户的观看体验也受到环境条件的影响。在不同的环境光及温度下，显示图像的亮度、对比度、色彩、闪烁及响应时间等，都是设计头戴式显示器，或产线质量控制时需测量的重要指标。

综合以上所述，AR/VR头戴设备的测量系统需能：

灵活模仿人眼瞳孔转动角度(视角)，
从各角度精确测量显示图像的光电显示特性，
评估环境光及温度对显示质量的影响。

解决方案：LumiTop AR/VR光谱增强型成像色度测量系统

DMS 测量系统以全电动的6轴测角仪为核心，配备显微镜光学系统、CAS 140D高精度光谱仪，以及可选的快速光度计作为第二检测器。DMS系统可以克服AR/VR头戴装置的各种测量挑战，因为其特殊光学设计高度模拟人眼视觉系统(图3)，能透过配件创造不同照明条件和温度等测量环境，通过光谱仪进行精确的显示器角度光学测量，并用快速光度计测量闪烁及响应时间。

如图3所示，待测的头戴式设备固定于DMS的平移旋转台上。待测物上方是专为测量AR/VR光学系统研发的显微镜。通过上下调整z轴，可以模拟瞳孔和眼镜之间的出瞳距离 (eye relief)。

测量开始时，平移旋转台将待测物移动到各个不同的phi方位角，而显微镜则同时沿不同theta倾斜角进行测量。值得一提的是，无论显微镜移动到那个theta倾斜角，用于模拟瞳孔的外部光圈都能保持在水平位置。这完全模拟了人类视觉系统通过头戴式AR/VR设备观看虚拟图像时的情况。典型的光圈尺寸是 3.6 mm，但依据测量需求，我们也提供更多孔径尺寸。依据虚拟图像的位置，测量系统的焦点可设置在无限远，或是特定的距离。

左右眼Eyebox的相对亮度测量结果范例如下。由于测量是通过光谱仪完成，此系统也可分析颜色或波长等参数。DMS功能丰富的测量软件包含简易的用户界面，可轻松配置测量、分析结果数据，并能实现定制化的测量应用。

德国Instrument Systems致力于制定AR/VR显示器质量的行业测量标准及方法。如果您需要更多关于AR/VR测量的信息，请随时与我们联系，我们的测量团队很乐意为您的特殊应用提供实用建议。

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