传统的光学计量设备不能简单地满足近眼显示测试的要求。行业发展初期，ARVR制造商没有客观的,定量的方式来测试他们的显示器的质量,而是通过人工操作者主观地观察它们,专用的新方法是必要的。

1 了解近眼显示系统
近眼显示系统三要素：
①发射光和图像的显示器或光源。
②将光投射到观察者眼睛中的光学系统。这些光学元件是必要的,因为大多数人不能舒适地聚焦在看起来与眼睛接近（例如小于2英寸）的物体上。因此,光学器件产生显示源的虚像应看起来处于足够的距离以便于观察。如果设备提供3D图像,那么还需要使立体图像融合。此外,光学器件可以结合显示输出与用户(AR)周围实际场景的视图,或完全屏蔽真实环境(VR)的所有视野。
③将前两个元件保持在观察者头部或前面的结构件，并相对于用户的眼睛正确定位它们。

关键测量参数：
● 出瞳：这是由近眼显示系统光学元件形成的图像或光束区域。如果眼睛被放置在出瞳的任何位置,它将看到显示器的整个视野。通常,出瞳宽度在15到20mm宽的范围内,因为该尺寸在眼睛相对于光学器件的放置方面提供 了一些公差，并且还允许自然发生在人群中的瞳孔间距离的变化。
● 眼盒：这是一个从近眼显示系统出口瞳孔开始,并延伸到眼睛的体积。如果将眼睛放置在眼盒的任何地方,观察者将看到整个显示器的视野。
● 出瞳距离：这是指从出瞳到近眼显示系统光学器件最近的表面的距离。通常,出瞳距离设计足够大(>20mm),以便为佩戴眼镜的用户提供空间来访问这一点。
● 视场：视场(FOV)是显示的水平和垂直角度，显示器看起来像观察者的眼睛所看到的那样。
● 其他光学显示参数：亮度，颜色，清晰度等

2 测试系统介绍
2．1解决方案
具有直径约5mm或更小的入射光瞳的紧凑型望远镜光学器件将是用于高精度近眼显示系统颜色和亮度测量系统的最佳选择。当执行高绝对精度的颜色和亮度测量时，通常需要查看近眼显示系统的一小部分，可能是其中的单个字符或符号，而不是查看整个显示器。因此，如果望远镜的场的大小停止并且因此光学器件的视场可以容易地改变以便改变被测器件（DUT）采样的区域的尺寸，那么就是有用的。
该图显示了近眼显示系统测量系统的主要元件，该系统用于基于此类光学系统对近眼显示系统上的绝对颜色和亮度进行高精度测量。该系统的核心是一个物理上紧凑的望远镜，具有5毫米直径的入射光瞳，耦合到CCD探测器的光栅光谱辐射计[2][4]。可以在望远镜系统的视场光阑处自动插入一系列六个光圈，以定义5°，2°，1°，0.5°，0.33°和0.1°的FOV尺寸[3]。此外，该仪器还包括一个显示测试图案和色域的图形发生器，一个自动准直参考镜和一个基于LED的可调光标准。

这种系统在过去难以生产的一个原因是减小收集光学系统上的入射光尺寸（从传统的20mm或更大的值到5mm）会产生巨大的信号损失。这意味着光谱辐射计必须具有高灵敏度并且噪声非常低，这样才能产生精确的测量结果。通过使用背面减薄的CCD在我们的光谱辐射计中实现了这一点，结合了热电冷却，提高了探测器的灵敏度，大大降低了传感器噪声。

如何达成快速精准的测量
收集望远镜有三种内置的操作模式。第一个允许操作员查看和定义测量区域，第二个用于捕获定义的测量区域的图像，第三个用于获取光谱辐射测量。在实际使用中，来自用户的单个命令快速连续地启动图像捕获和光谱辐射测量模式。

当系统用于查看和定义测量区域时，采用反射光学系统以识别将由望远镜成像的NED的确切部分。为此，将薄分束器插入光路中。这使得来自LED灯的光（也位于视场（FOV）孔径后面）能够投射到NED上并照亮显示器上正由望远镜观察的精确区域。然后将该照明以及NED上显示的所有内容重新成像到相机传感器平面上。操作员在监视器上查看所有这些内容，然后可以轻松地将望远镜视野和指向位置与要测量的NED上的所需特征相匹配。

使用AR系统时，此功能还有助于测量系统对齐，以及NED左眼和右眼之间的视差测量。为实现此目的，将足够大能够覆盖NED的左侧和右侧的镜子放置在出现虚拟图像的位置。然后将反射系统用作自动准直仪，并调整镜角直到光束自身返回。这意味着镜子与望远镜光学系统完全垂直，它为望远镜（它自己的投射场光阑）提供了一个虚拟物体，它似乎处于无限远处。现在，如果望远镜从NED的一侧移动到另一侧，自动准直仪将显示指向角是否有任何变化。另外，如果望远镜移动对应于NED中左眼和右眼显示器的分离的距离，那么测量系统就可以确定显示器中出现的任何元件的偏移（或视差）。

在图像捕获模式下，取景器相机获取NED上的样本区域的图像（由光学系统中的场光阑定义）。然后可以使用全套图像分析工具来确定诸如颜色均匀性，亮度均匀性，图像对比度，MTF和色差之类的度量。这些量又可以与随后的光谱辐射测量相关联。
在光谱辐射测量模式中，分束器组件自动从望远镜缩回，使得所收集的光聚焦在光纤电缆的末端，光纤电缆进入光栅光谱辐射计的入口狭缝。光谱辐射计数据的分析产生来自包含在望远镜FOV内的NED的光的亮度和颜色。望远镜可以在入射光瞳的平面中枢转，以便对虚拟图像内的任何地方进行采样。

2.2系统软件介绍
近眼显示系统专用的测试软件使hmd制造商能够根据行业标准完全表征其设计原型和测试显示器。 软件控制高分辨率望远镜，集成的分光辐射仪以进行高精度的颜色和亮度测量，以及一个高精度的6轴工业机器人，该机器人可以对整个显示器进行高分辨率映射在广泛的视野中进行测试（DUT）。 该系统旨在真正模仿DUT合格视场中的人眼运动，以实现与人类用户的精确关联。 
软件一般包括以下五个模块：
近眼显示系统Test：主测试套件，提供完整的自动测试序列列表，输出作为测试结果和带 3D的详细测试报告交互式绘图
CAMERA：控制高分辨率 近眼显示系统望远镜，显示读出图像帧
SPECT：控制光谱仪并测量颜色和亮度
ROBOT：控制存储IEC人眼坐标几何形状的6轴工业机器人
PGC：控制用于在DUT上显示图案的专有模式生成器。包括列出的模式的完整列表在IDMS文档。

3．测试设置过程
3.1连接显示测试设备
近眼显示系统-LMD系统可以轻松地与具有HDMI，VGA和Display端口的显示器建立连接。必须使用自定义.apk配置具有Android OS的无线设备（例如Epson BT200和BT300），以允许码型生成器传达码型。 GS-PGC-SPEC中包含四种模式，用于连接各种DUT类型：
SW1：通常用于输出到附加到内置图形卡的DUT作为辅助系统监视器。
SW2：通常位于Windows笔记本电脑或Android设备上的远程TCP / IP地址。安装远程内部软件模式生成器的IP地址由以下选项控制（例如，remoteip = 192.168.0.100）
HW1：外部（功能受限）硬件模式生成器。参数字符串通常包括外部硬件模式生成器的com端口设置。
HW2：外部（功能受限）硬件模式生成器。

3.2机器人合格的测量空间[5][6]
合格的测量体积被定义为“安全区”，在表征过程中可以在其中放置望远镜的入射光瞳，以实现垂直和水平角的最大范围，从而可以在被测设备上进行测量。请注意，务必将DUT透镜的第一表面放置在此体积内，以避免潜在地过度使用机器人电机接头。
将DUT安装在系统随附的机械5轴DUT-MOUNT平台上的固定装置中。
用户必须确保测量近眼显示系统望远镜的入射光瞳在小型工业机器人定义的合格测量空间内。在GS-DMS-Robot界面中保存一个原点，该原点对应于距机器人基座的长度（z）271毫米（z）和距光学面包板的高度（y）238毫米。以该点为中心的合格测量体积为200mm（X）x 80mm（Y）x 30mm（Z）。
将DUT中心放在该原点的前面，并达到所需的出瞳距离。

3.3将望远镜对准DUT的眼点
使用Cam软件，十字准线可以用于与DUT的设计眼点对齐[8-9]。确保将DUT安装在系统随附的机械5轴DUT-MOUNT平台上的固定装置中。
将DUT的左眼或右眼置于相应的已保存的左眼或右眼配置中（根据机器人合格的测量量）。
从PGC中选择白色的FS模式。
通过选择：Camera光学模式，以白色屏幕为参考，在Cam上将DUT大致定位在眼罩中。
在PGC上，将样式更改为“白色交叉”，以在DUT上显示十字准线样式。
在Cam上，确保将“ Exposure ms”设置为设备刷新率的整数倍，并且将“ Gain％”设置为0，以使报告的饱和度“ Cam％”小于90％。
单击“焦点”按钮以自动找到最佳焦点。
使用平台，并调整线性，测角或旋转平台，以使十字准线图案与参考十字线对齐。
要确认光轴，请使用robot以z（以毫米为单位）移动，以查看十字准线中是否未观察到变化。
近眼显示系统望远镜获得专利的光学设计具有内置的自动准直仪，可始终确保光轴。 2度光谱视野对应于人类中央凹区域。 LED点光源投影仪可用于在“组合”光学模式下照亮该FOV。将“ LED％”设置为100％。
4试验与结果分析
我们使用BT300，用上文介绍到的近眼显示系统测试系统进行了中心亮度色度以及相应的均匀性和视场角，眼盒空间，MTF，图像失真等测试项目的测量，得到了比较好的结果。通过使用具有35个光谱通道的基于LED的可调谐标准光源对仪器的性能进行了验证，每个通道的强度设置分辨率为16位。具体地，针对每个LED光谱通道以11个亮度值确定五个不同FOV孔径的亮度和颜色的变化。