AR眼镜检测哪些

AR眼镜作为近眼显示设备的一种，运用其显示系统实现了虚拟信息与真实世界相叠加的效果；AR眼镜显示性能指标影响着AR产品实际的体验效果。因此，如何客观评价AR眼镜显示技术指标尤为重要。

AR眼镜的性能特征和技术参数主要包括光学性能、机械性能、电气性能等几个维度。在本文中我们重点关注其光学性能，光学显示性能指标可以划分为单目和双目两个类别。单目性能指标包含了AR眼镜的基础光学指标，比如：眼点距离、眼盒范围、视场角、畸变、亮度、对比度、色度、分辨能力、虚像距离、透过率等。而双目性能指标则主要包括单目测量项目的左右一致性如视场角差异、畸变差异、分辨能力差异、亮度差异等。

指标

说明

01

单目指标

不同的技术指标影响AR眼镜体验的不同方面，以下内容将结合部分单目指标进行详细说明。

眼点距离(Eye relief)

是指眼镜的出曈距离。这一技术指标和眼盒大小一起影响着佩戴者观察虚像的完整程度及眼镜可适配的人群。

眼盒(Eye box)

出曈的三维尺寸定义为眼盒范围，人眼在眼盒范围内能够观察到清晰完整的虚拟图像。一般而言在给定眼点距离下测量横向和纵向两个方向上的眼盒范围。

图1 眼盒边缘观察到的虚拟图像

视场角(FOV)

定义为虚拟图像的可视角度，决定了AR眼镜可显示的画幅大小；过小的视场角会影响沉浸感。该指标可以通过水平、垂直以及对角视场角进行评价。

图2 视场角示意图

畸变(Distortion)

显示器件显示的图像经过AR眼镜成像系统放大后，产生图像的扭曲变形称之为畸变。该指标一般通过测量虚拟图像边缘的水平畸变和垂直畸变进行衡量。对于某些光学设计较复杂的AR眼镜系统，虚像内部的畸变形态也需要进行测量。

图3 畸变示意图

清晰度(Resolution)

在虚像清晰度评价中，采用的是Michelson对比度测试图，按照公式计算对比度调制数值。

Lmax、Lmin对应为某块区域下的最大亮度和最小亮度数值。

图 4 Michelson对比度测试图样式

02

双目指标

双目性能指标是指AR眼镜在双目维度上的性能指标，反映的是立体融合后的显示效果，具体而言包括单目测量项目的左右一致性如视场角差异、畸变差异、分辨能力差异、亮度差异等；双目融合关键项目主要有：水平会聚角度、垂直发散角度和相对像倾斜角度。

双目合像特性(Binocular properties)

AR眼镜中双目的融合程度影响着虚拟物体显示的立体感，融合程度差令使使用者产生视觉疲劳。合像特性是指通过三个维度(相对像旋转、垂直发散角、水平会聚角)反映AR眼镜双目融合特性的好坏。

图5 双目合像示意图

为了达到还原人真实的AR眼镜虚像观感，实施精准的光学性能指标测量的目的，测评的整个过程对测试工具及测量环境有着严格的要求。针对检测设备要求具备入瞳前置的镜头，且入瞳大小在人眼瞳孔直径变换范围内(2mm-5mm)，检测设备应该同时具备角度和位移运动能力，以用来模拟眼球的运动。

具体而言，眼球瞳孔位于角膜后端约3mm处，眼球运动的旋转中心位于角膜后端约13mm处；眼球在球体上具备上下左右的旋转运动能力，为人类提供了更广的视野。因此检测设备应该具备六自由度运动能力以用于模拟人眼的眼球转动，从而反映真实人眼观察虚像的效果。

图6 人眼球结构且具备旋转能力

同时检测设备(LMD)应该具备入瞳前置镜头，这样才能够收集到完整的光线。

图7 检测镜头结构示意图

基于以上要求，检测设备在光学显示技术指标方面的测量结果才能够真实还原人眼的观感体验。后续我们会针对具体项目的测试流程、计算方法进行展开说明和解读，敬请期待！

参考文献：

[1] IEC TR 63145-1-1:2018 Eyewear display Part 1-1: Generic introduction

[2] IEC 63145-20-10:2020 Fundamental measurement methods – Optical properties

[3] IEC 63145-20-20:2019 Fundamental measurement methods – Image quality

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