CN116428991A - Ar眼镜贴合均匀性检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AR眼镜贴合均匀性检测方法，包括以下步骤：固定已经贴合的AR眼镜镜片；打开光源，使光源的光通过所述光纤打在所述贴合的AR眼镜镜片；带动光纤沿所述贴合的AR眼镜镜片表面进行运动；按照光纤运动轨迹，设定若干检测点，分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算；计算得到AR眼镜贴合均匀性。本发明提供的检测方法结合设备及软件，就可以实现对AR眼镜镜片空气薄层厚度的精确检测。在平均波峰距离的检测算法中，先利用低通滤波进行信号过滤，避免光谱仪噪声对峰值点定位造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，特别是涉及一种AR眼镜贴合均匀性检测方法。
背景技术
光波导类型的AR眼镜，利用光在玻璃镜片中的全反射原理来进行影像传输，此类原理的AR眼镜在重量和形态上与传统眼镜最为接近，是最具潜力的消费级AR眼镜方案。如图1所示，此类AR眼镜方案需要把两片或者多片玻璃进行极近距离的贴合，一般来说相邻玻璃的距离在几十微米左右。贴合质量会直接影响AR眼镜的成像质量，所以对贴合距离的均匀性检测成为一个重要的需求。参见附图1，玻璃贴合距离的不均匀性主要原因有以下两点：1.贴合胶水的厚度不均匀；2.玻璃平面度不佳。现有技术中，对于AR眼镜中的贴合均匀性测量，传统办法多使用游标卡尺测量，看不同点AR眼镜的厚度是否一致，游标卡尺法测量精度差、且是接触式测量执行不方便；也有一些现有技术尝试光学干涉法测量，精度高，但是测量范围有限，对于厚度大于10微米的膜层(两片AR眼镜之间的空气薄膜层)无法测量。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种精确可行的AR眼镜贴合均匀性检测方法和设备，能够方便、精确、适应不同厚度的空气薄膜层，完成AR眼镜贴合均匀性检测。
基于上述技术问题，本发明提供了一种AR眼镜贴合均匀性检测方法，包括以下步骤：
固定已经贴合的AR眼镜镜片；
打开光源，使光源的光通过所述光纤打在所述贴合的AR眼镜镜片；
带动光纤沿所述贴合的AR眼镜镜片表面进行运动；
按照光纤运动轨迹，设定若干检测点，分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算；
计算得到AR眼镜贴合均匀性。
较优的，对薄膜厚度数据进行采集时，采用若干随机检测点分别对所述贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算。
较优的，带动光纤沿AR眼镜镜片表面间隔进行依次往复运动，依次对所述对所述贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算。
较优的，按照所述光纤的运动轨迹，采用预设步长分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集。
较优的，进行薄膜厚度数据采集和计算时，按照以下方法进行计算所述检测点的薄膜厚度：使所述光源的光通过所述贴合的AR眼镜镜片进行反射，通过光谱分析仪得到反射光谱；根据反射光谱计算所述检测点处贴合后两片AR眼镜玻璃片之间的空气薄膜厚度，得到所述检测点的薄膜厚度。
较优的，按照以下步骤对所述检测点的空气薄膜厚度h进行检测：
根据已知的镜片的折射率，得到对应波段下的空气厚度与平均波峰距离的关系，取得空气厚度曲线；
用光谱仪测得实际AR镜片的反射光谱；
对所述实际反射光谱进行低通滤波处理；
计算测得所述滤波后的实际反射光谱在所述波段的平均波峰距离；
根据拟合的空气厚度与平均波峰距离的关系曲线，求得实际空气薄膜厚度h。
较优的，按照以下步骤取得空气厚度曲线：
设定固定厚度的AR眼镜相同材质以及相同折射率的第一玻璃片与第二玻璃片；
将所述第一玻璃片与所述第二玻璃片间隔设置，中间设置一厚度为设定值的空气薄膜层C；
对所述第一玻璃片、第二玻璃片以及所述的空气薄膜层C，测量对应波段的反射光谱；
保持其他条件不变，不断改变空气薄膜层C厚度，测量对应波段的反射光谱；
根据所述空气薄膜层C厚度不同取值以及反射光谱结果，取得空气薄层厚度与平均波峰距离之间的曲线。
较优的，所述对应波段设置为800-900nm。
较优的，按照以下方法计算AR眼镜贴合均匀性；
取得各个检测点的薄膜厚度之后，对检测点的薄膜厚度进行依次排序，取得所有检测点的最大薄膜厚度和最小薄膜厚度，当最大薄膜厚度与最小薄膜厚度之差小于预设值时，判断贴合均匀性合格。
本发明还提供一种多层AR眼镜贴合均匀性检测方法，对多层贴合的AR眼镜镜片均匀性进行检测时，每贴合一次，则首先按照如前所述的方法进行检测后，再继续进行贴合。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的检测方法结合设备及软件，就可以实现对AR眼镜镜片空气薄层厚度的精确检测。在平均波峰距离的检测算法中，先利用低通滤波进行信号过滤，避免光谱仪噪声对峰值点定位造成影响。
(2)本发明通过控制光纤运动轨迹，对AR镜片贴合的不同检测点进行分别检测，有效提高检测的精确性和广泛性，能够检测到不同点的镜片贴合处薄膜厚度，并进行比较，使得整个检测误差比较小，且具有一定的广泛性。
(3)本发明可以采用一定的机械结构(如采用步进电机带动光纤按照固定路径进行运动)，实现带动光纤进行自动化运行检测，再通过按照本发明的方法进行软件编程，实现VR眼镜均匀性的自动精确检测，避免了采用游标卡尺手动检测，且本发明采用光谱法进行检测，不用接触执行检测，只需要打开光源，采集反射光谱即可，检测过程非常方便，也不会因为测量执行导致测量本身对贴合均匀性产生误差。
(4)本发明采用反射光谱计算，在实际测量之前，现对不同厚度的空气薄层反射进行了测量，拟合了不同空气薄层厚度与反射光谱波峰关系，计算延展性大大提高，对于大范围的空气薄层厚度变化，均能够进行测量，不同的空气薄层厚度均能有效测量。本发明克服了现有技术中，其他光学测量法对空气薄层测量厚度的限制，如光学干涉法测量精度高，但是测量范围有限，对于厚度大于10微米的膜层无法测量；光谱共焦位移法可用于100微米至2mm的透明膜层的厚度测量，但对于10-50微米的膜厚极难测量等问题。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。
图2是n层的薄膜***反射光谱示意图。
图3是前期进行拟合时，采用本实施例的设定值得到的反射光谱。
图4是改变空气薄层A的厚度取得的平均波峰距离和空气薄层的厚度曲线。
图5是检测时某一检测点的反射光谱数据，其中左图为原始反射光谱数据图，右图为低通滤波后的数据图。
图6是本实施例的光纤运动路径图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
如图1所示，是本实施例中AR镜片的结构示意图，其中A、B为贴合的玻璃片，第一玻璃片为A，第二玻璃片为B，C为A、B之间的空气薄膜层，对AR镜片反射光谱的测量和处理时，对于AR眼镜镜片，可以看作多层薄膜***。对于一个多层薄膜***，光会在***中发生无数次反射和折射。同一波长的反射光会发生干涉现象，根据相位差的不同导致光强加强或者减弱，而相位差受薄膜厚度、波长和折射率的影响。最终导致薄膜***的总反射率在不同的波长下呈现周期性变化。本实施例中，使用矩阵光学对多层薄膜***进行定量分析。
如图2所示，对于一个n层的薄膜***，能够改变入射光波相位的有(n-1)个分界面，能够改变入射光波传播方向的有(n-2)个介质层。即对应(n-2)个传播矩阵和(n-1)个界面矩阵。界面矩阵与各个分界面的反射系数和透射系数相联系。其界面矩阵H可由以下公式表达：
其中Hn-1，n为第n-1层和第n层间界面的界面矩阵，tn-1，n和rn-1，n分别为第n-1层和第n层间界面的透射率和反射率。透射率和反射率都可以根据菲涅尔公式求出。假设介质都为均匀无损耗介质，光波在在无损耗介质内传播，只改变相位，故其传输矩阵L为
其中δn为第n层的光波相位，对于n层膜系***的总传播矩阵为
***总的反射率和折射率为,其中nn为第n层折射率，n1为第1层折射率,θn为第n层入射角，θ1为第一层入射角,Real为取其实部。(此处折射率为复折射率，即n+ik,其中n为折射率，i为虚部，k为消光系数)
根据以上公式即可算得在某个波长经过一确定参数的膜层***的总反射率。计算某一段波长后，即得到一膜系***的反射光谱。
以上是本实施例中采用光谱反射测量两个贴合的AR眼镜玻璃片的基本原理，具体在测量如图1的AR眼镜镜片贴合均匀性时，可以采用以下步骤：
首先，固定已经贴合的AR眼镜镜片；其次，打开光源，使光源的光通过所述光纤打在所述贴合的AR眼镜镜片；带动光纤沿所述贴合的AR眼镜镜片表面进行运动；按照光纤运动轨迹，设定多个检测点，检测点的设置可以采用多种方式，如随机在AR眼镜片上设定，或者按照一定的轨迹规律设定，都可以，但是检测点的数量和地址分布应当整体上足够多，并且尽可能均匀分布，以达到客观检测的目的，使得检测结果能够最终反应出贴合的均匀性。设定不同检测点之后，分别在检测点上利用光纤将光打在上，同时也采用光纤对贴合的AR眼镜镜片反射光采集，将采集的反射光连接光谱仪，进行光谱分析，最后得到测量的进行薄膜厚度数据采集和计算；
对于不同检测点的反射光均进行计算和分析，然后对不同检测点的空气薄膜层厚度进行排序，最终计算最大厚度与最小厚度的差值，设定差值范围得到AR眼镜贴合均匀性。
实施例2
本实施例中，对检测点进行在贴合的玻璃片上位置随机分布，但是需要注意的是对于贴合的眼镜片本身而言，随机的位置应当较为均匀。否则无法以达到客观检测的目的，无法使得检测结果能够最终反应出贴合的均匀性。
实施例3
本实施例中，对检测点进行在贴合的玻璃片上位置按照如图6的方式使得光纤沿贴合的玻璃片间隔往复运动，带动光纤沿AR眼镜镜片表面间隔进行依次往复运动，依次对所述贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算。具体而言，按照所述光纤的运动轨迹，采用预设步长分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集。本实施例中，采用一个整块玻璃面积为10cm2的AR眼镜贴合片进行说明，对1cm2区域测量了10个点，10个点厚度最大值与最小值相差小于1微米。对于整块玻璃测量了100个点，100个点的最大值与最小值相差小于2微米。则判断为合格。
实施例4
实施例1中，提到光谱反射测量膜层厚度，是本发明的基本测量原理，基于上述原理，本实例提供一种具体的测量VR眼镜片贴合之后空气膜层厚度计算方式，首先进行仿真，取得空气膜层厚度与相同折射率的反射光谱波峰之间的关系，仿真的过程如下：测量800-900nm(或其他波段)波段的AR镜片反射光谱(注意这里是跟需要检测贴合的AR镜片材质和折射率一致)，波段的选择可根据测量空气层厚度的范围进行调节，在一固定参数(每层的折射率和厚度、光入射角及光偏振性质)的膜层***中，随着波长的增大，反射光谱的谐振峰会越来越稀疏(即平均波峰距离增大)，考虑到实际测量中光谱仪的分辨率(一般测量范围在200-1000nm波长范围光谱仪分辨率在1nm左右)，一般光谱仪更容易分辨靠近1000nm的波段。又考虑到误差原因，一般会选取一个较大的波长范围进行光谱测量再反计算厚度，以获得更加精确的测量结果，所以本实施例采用测量800-900nm(或其他波段)波段的AR镜片反射光谱，其他实施例中，可以根据情况采用不同波段的反射光谱。
本实施例中，采用如下技术选择完成方案仿真：
玻璃厚度取用为400微米，空气薄层厚度设置为60微米，光线入射角为0度(0度时可不考虑光偏振性质的影响)。得到如图3所示的反射光谱。对反射光谱进行过滤，取出每个波峰的轮廓，经多次测试后得出结论，在固定波段下，影响反射光谱周期性规律的主要因素只有空气薄层的厚度。
在其他条件不变的情况下，改变空气薄层的厚度，测得如图4。其中图4中，圆点曲线对应平均波峰距离，“+”曲线对应波峰数。可以明显看到平均波峰距离和空气薄层的厚度呈现明显的幂函数关系。因此对平均波峰距离和空气薄层的厚度关系拟合成幂函数关系和曲线。
在实际情况中，测量AR眼镜空气薄层的流程如下。
根据已知的镜片的折射率，利用仿真程序如matlab，根据以上所述的仿真流程，得到合适波段下(本实施例中采用800-900nm)的空气厚度与平均波峰距离的关系(此类膜系中的上百微米或者毫米级超厚玻璃的厚度对反射光谱几乎没有影响，空气层的厚度为主要影响因子)。
首先，利用光谱仪测得实际AR镜片的反射光谱；
其次，由于光谱仪的分辨率和噪声原因，需对反射光谱进行低通滤波处理，如图5，这里滤波处理采用一般现有的滤波算法即可，不再赘述。
对仿真的关系曲线进行拟合，计算测得反射光谱在仿真波段(比如800-900nm)下的平均波峰距离。参见实施例1中的方法，以及前述仿真过程。
根据仿真拟合的空气厚度与平均波峰距离的关系曲线，以及实际测得的并且进行滤波后的反射光谱波峰距离，求得空气薄层C厚度。
如图5所示,左图为原始反射光谱数据，右图为低通滤波后数据，本实施例中，采用仿真时所类似的VR眼镜片贴合情况进行检测，根据滤波后的数据算的此检测点空气薄层厚度为22微米。
实施例5
本实施例中，对于整块AR镜片，采用如图6所示的路径进行反射光谱的扫描，同时按照前述实施例提到的方式进行采用一定步长进行采集检测点，进行检测(步长可以根据实际情况设定，如本实施例中以1cm为步长，光纤每沿路径运动1cm，便设定一个检测点进行检测)便可测得整块AR镜片的空气薄膜的厚度均匀性。
采用具体的路径规划自动检测时，可以采用以下方式设置一种均匀性检测硬件***。包括底座平台，底座平台上设置有固定装置用于固定贴合的AR眼镜片，固定装置可以包括真空泵，且加入相关真空吸头等吸附部件进行固定，用来实现更好的吸附固定；固定装置上方设置有光纤，光纤固定于一个水平支架上，水平支架设置有沿水平面互相垂直的两个方向的位移装置，位移装置带动光纤进行水平面坐标运动，水平支架同时连接有竖直位移装置，可以带动水平支架整体实现上下运动，光纤一端对准贴合的AR眼镜片，另一端分散形成第一光纤接口和第二光纤接口，第一光纤接口连接光源6，第二光纤接口连接光谱分析仪。以上仅仅是对本AR眼镜镜片均匀性检测硬件***的一种实施例，其他实施例中，可以对本硬件***进行改进。以达到更好的均匀性检测效果。
实施例6
本实施例提供一种多层AR镜片贴合均匀性检测方法，对多层贴合的AR眼镜镜片均匀性进行检测时，每贴合一次，则首先按照如权利要求1至9任一项所述的方法进行检测后，再继续进行贴合。例如，两块玻璃贴合并进行测量后，我们就得知了整个膜层***的所有参数，再下一次贴合测量厚度时，就只用对下次贴合的空气厚度进行拟合，仍可以用上述方法进行测量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：
包括以下步骤：
固定已经贴合的AR眼镜镜片；
打开光源，使光源的光通过所述光纤打在所述贴合的AR眼镜镜片；
带动光纤沿所述贴合的AR眼镜镜片表面进行运动；
按照光纤运动轨迹，设定若干检测点，分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算；
计算得到AR眼镜贴合均匀性。
2.如权利要求1所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：对薄膜厚度数据进行采集时，采用若干随机检测点分别对所述贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算。
3.如权利要求1所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：带动光纤沿AR眼镜镜片表面间隔进行依次往复运动，依次对所述贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集和计算。
4.如权利要求3所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：按照所述光纤的运动轨迹，采用预设步长分别对贴合的AR眼镜镜片进行薄膜厚度数据采集。
5.如权利要求1所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：进行薄膜厚度数据采集和计算时，按照以下方法进行计算所述检测点的薄膜厚度：
使所述光源的光通过所述贴合的AR眼镜镜片进行反射，通过光谱分析仪得到反射光谱；根据反射光谱计算所述检测点处贴合后两片AR眼镜玻璃片之间的空气薄膜厚度，得到所述检测点的薄膜厚度。
6.如权利要求5所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：
按照以下步骤对所述检测点的空气薄膜厚度h进行检测：
根据已知的镜片的折射率，得到对应波段下的空气厚度与平均波峰距离的关系，取得空气厚度曲线；
用光谱仪测得实际AR镜片的反射光谱；
对所述实际反射光谱进行低通滤波处理；
计算测得所述滤波后的实际反射光谱在所述波段的平均波峰距离；
根据拟合的空气厚度与平均波峰距离的关系曲线，求得实际空气薄膜厚度h。
7.如权利要求6所述的所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：
按照以下步骤取得空气厚度曲线：
设定固定厚度的AR眼镜相同材质以及相同折射率的第一玻璃片与第二玻璃片；
将所述第一玻璃片与所述第二玻璃片间隔设置，中间设置一厚度为设定值的空气薄膜层C；
对所述第一玻璃片、第二玻璃片以及所述的空气薄膜层C，测量对应波段的反射光谱；
保持其他条件不变，不断改变空气薄膜层C厚度，测量对应波段的反射光谱；
根据所述空气薄膜层C厚度不同取值以及反射光谱结果，取得空气薄层厚度与平均波峰距离之间的曲线。
8.如权利要求7所述的所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：
所述对应波段设置为800-900nm。
9.如权利要求1所述的所述的AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：
按照以下方法计算AR眼镜贴合均匀性；
取得各个检测点的薄膜厚度之后，对检测点的薄膜厚度进行依次排序，取得所有检测点的最大薄膜厚度和最小薄膜厚度，当最大薄膜厚度与最小薄膜厚度之差小于预设值时，判断贴合均匀性合格。
10.一种多层AR眼镜贴合均匀性检测方法，其特征在于：对多层贴合的AR眼镜镜片均匀性进行检测时，每贴合一次，则首先按照如权利要求1至9任一项所述的方法进行检测后，再继续进行贴合。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117109453A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-24 | 深圳市核心装备科技有限公司 | 一种vr镜片自动检测机 |
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2023
- 2023-03-01 CN CN202310183590.5A patent/CN116428991A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117109453A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-24 | 深圳市核心装备科技有限公司 | 一种vr镜片自动检测机 |
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