CN109000895A - 一种光学测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学测试设备，包括待测光学模组和投影图案测试装置；所述投影图案测试装置包括相机和投影屏，所述投影屏设置于所述相机与所述待测光学模组之间；所述相机包括主副相机，分别用于拍摄所述待测光学模组投射至所述投影屏的全场投影图案信息和局部投影图案信息。通过如上的结构形成透射式检测投影图案设计，使得在不改变投影屏与待测光学模组之间距离情况下，相机与投影屏之间的距离可以适当拉长，从而使相机无需更大的视场角，即利用普通的相机便能拍摄到整个投影图案，同时不会产生严重的畸变，更有利于采集到接近于投影图案本身的高质量的投影图案，进而提高测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试领域，尤其涉及一种光学测试设备。
背景技术
光学模组广泛应用于手机、机器人以及各种智能视觉硬件市场等领域，其包括红外模组、RGB模组以及投影模组等。这些光学模组在投入市场前都必须经过一系列严格的性能测试，比如对红外结构光投影模组进行光功率、波长、散斑质量等测试，通过这些测试输出结果便可以筛选出合格的光学模组。
然而，现有技术中很少出现关于测试光功率、波长、散斑质量等光学测试设备的记载，并且，对于待测光学模组，其是否到达正确的测试位，现有技术中缺少判断，而这会对测试准确性造成不利影响，因此，光学测试设备在自动化、效率、安全性、防震以及测试精度等方面还需要进一步改进。
发明内容
本发明为了解决现有技术中检测机器在自动化、效率、安全性、防震以及测试精度等方面的不足，提供一种光学测试设备。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
本发明提供的光学测试设备，包括待测光学模组和投影图案测试装置；所述投影图案测试装置包括相机和投影屏，所述投影屏设置于所述相机与所述待测光学模组之间；所述相机包括主副相机，分别用于拍摄所述待测光学模组投射至所述投影屏的全场投影图案信息和局部投影图案信息。
在一些实施例中，还包括测试平台，所述测试平台包括电缸模组、治具组件、积分球和扫描枪；所述待测光学模组位于所述治具组件内，所述治具组件设置于所述电缸模组的轨道上并沿所述轨道运动；所述积分球与所述扫描枪设置于所述治具组件上方，所述扫描枪用于自动扫描所述待测光学模组，所述积分球用于收集并反射所述待测光学模组所发射的光束。
在一些实施例中，还包括设置在所述积分球后并接收所述积分球反射光束的光功率计和/或光谱仪。所述测试装置上设置有到位传感器，用于控制所述待测光学模组位于精确的测试位。所述积分球在X/Y/Z方向上均可调整其位置状态。所述治具组件包括：上盖、传感器以及下盖，所述传感器位于所述上盖与下盖之间并用于检测所述上盖与下盖的扣合状态。
在一些实施例中，所述投影屏包括沿所述待测光学模组发射的光束方向依次设置的玻璃板、纸张和PC压板。所述玻璃板的厚度为5mm-12mm，透射率不小于90％；所述纸张的厚度为0.1mm-0.35mm，透射率不小于90％；所述PC压板的厚度为1mm-3mm，透射率不小于90％。
在一些实施例中，所述投影图案测试装置还包括基准板、固定支撑板、调整组件以及可调整相机板；所述基准板上放置所述待测光学模组，所述投影屏通过所述固定支撑板支撑在所述基准板上；所述调整组件设置于所述固定支撑板上，并用于调整所述投影屏与所述待测光学模组之间的距离。
在一些实施例中，所述基准板包含隔离和防震材料，用于使所述基准板保持水平并减少震动。所述可调整相机板用于调整所述相机与所述投影屏之间的距离。
本发明的有益效果：通过将投影屏设置于相机和待测光学模组之间，形成透射式检测投影图案设计，使得在不改变投影屏与待测光学模组之间距离情况下，相机与投影屏之间的距离可以适当拉长，从而使相机无需更大的视场角，即利用普通的相机便能拍摄到整个投影图案，同时不会产生严重的畸变，更有利于采集到接近于投影图案本身的高质量的投影图案，进而提高测试精度。
附图说明
图1是根据本发明实施例的光学测试设备的正视图。
图2是根据本发明实施例的测试平台的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的治具组件的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的投影图案测试装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
需要说明的是，本发明实施例中所检测的光学模组不仅仅指红外结构光投影模组，还可以用于检测其他不同类型的任意光学模组，以下仅以投射散斑图案的结构光投影模组为例进行说明。
图1是根据本发明实施例的光学测试设备的正视图。该光学测试设备包括下机架101和上机架102，其中，上机架102内设置有测试装置，下机架101内设置有电箱组件，用于容纳与上机架101中的测试装置连接的电气/控制装置等，从而保证下机架101正面简洁，避免电气/控制装置等的电线或者零部件等裸露在外导致安全隐患。在一个实施例中，该测试设备整体外观尺寸为1300mm×900mm×2260mm(长×宽×高)，型材为60x60方通，以保证设备整体较为稳定，可以理解的是测试设备整体外观以及型材等可以为其他任何合适的尺寸或者材料等。上机架102与下机架101之间采取分体式设计，便于组装或拆解或运输调试等。
测试装置位于上机架102内，包括测试平台103以及一种或多种检测仪器，用来对待测光学模组进行一系列性能测试，比如光功率、发射波长、光编码图案情况(如结构光散斑面积、密度以及单个散斑大小等)、光轴偏移量、对比度、FOV等测试项。在一个实施例中，测试平台103距离地面大约860mm，便于人工坐姿操作上料。测试平台103包含有夹具组件，该夹具组件可以同时装载两个或以上的待测光学模组进行测试，并由电机控制夹具组件进出测试平台103，从而提高测试效率。测试平台103正对测试员的一面装有安全门，安全防护可达3级，保护测试平台103不受外部因素影响。安全门采用特定的反射玻璃制成，当设备处在测试进程中时，测试员站在安全门外看不到测试平台103，但能看清测试平台103的数据显示结果，这样可以避免测试平台103内的激光等不安全因素对人体造成伤害。
上机架102内除测试平台103外，还包括一种或多种的检测仪器，如光功率计、光谱仪、投影图案测试装置等。光功率计用于测试待测光学模组的光功率；光谱仪用于测试待测光学模组的发射波长；光功率计和光谱仪可以和测试平台103直接安装连接在一起。投影图案测试装置包括相机104和投影屏105等，相机104和投影屏105均位于测试平台103的上方，且投影屏105位于测试平台103与相机104之间，便于相机捕获到投影屏的背面投影图案。当测试平台103内安装的待测光学模组发出的光束在投影屏105上形成投影图案后，相机103便捕获该投影图案进行分析处理，从而检测出该投影图案的质量。光轴偏移量、对比度、FOV等测试项可以通过如上的光功率、发射波长、投影图案数据进一步计算得出。上机架102正对测试员的一面装有安全门，上料时(即人工安装待测光学模组时)该安全门打开，测试时则关闭该安全门防止外部环境光等对投影图案造成影响。上机架102上端还设置有三色指示灯，三种颜色的指示灯分别对应于测试设备运行时的不同状态，当设备异常时三色指示灯会不断闪烁并发出警报。
图2是根据本发明一个实施例的测试平台的结构示意图，该测试平台具体包括：可调整垫板201、调整组件202、电缸模组203、治具组件204、积分球205和扫描枪206。电缸模组203设置在可调整垫板201上，可调整垫板201可以根据需要调整至合适位置，电缸模组203包含气动轨道，治具组件204装设在气动轨道上并由电机控制其在气动轨道上进出安全门以及穿梭于扫描枪206、积分球205、一种或多种检测仪器的下方。调整组件202架设在电缸模组203之上，积分球205、扫描枪206以及一种或多种检测仪器等设置在调整组件202上，且调整组件202在高度方向上可以调整，便于治具组件204携带待测光学模组进出积分球205、扫描枪206、一种或多种检测仪器等的下方进行相应测试。本实施例中，扫描枪206设置在积分球205前方，检测仪器光功率计207、光谱仪(图中未示出)直接安装在调整组件202上，且位于积分球205的后方。
每个待测光学模组上附带有约3*4mm的标识码(记录有批次等相关信息)，电缸模组203上方的扫描枪206具有点位功能，用于自动扫描标识码并记录待测光学模组的批次编号，提高了人力操作便利性及效率。在一个实施例中，治具组件204基于产能(30s)方案，实行一拖二设计，即一个治具组件204内设置有两个待测光学模组放置位，使得工作测试效率相对较高。扫描枪对待测光学模组进行扫描获得批次编号后再沿气动轨道运动到积分球205下方。积分球205具有高反射性的内表面，用于收集待测光学模组发射的光束并经内表面漫反射后向某个方向发射光束，当治具组件204携带待测光学模组进入积分球205下方时，待测光学模组内的激光发射器发出的光束便进入积分球205内部，通过积分球205收集并反射光束使后续各性能(如：光功率/发射波长/光编码图案质量等)的测量更精确。积分球205在高度方向上可以根据需求调整0-6mm，且在X/Y/Z方向上均可调整矫正。在本实施例中，积分球205与治具组件204之间的距离为5mm左右。
光功率计207以及光谱仪接收积分球发射出的光束并进行相应的测试，采用现有技术中光功率与波长的计算程序或计算方法，光功率计和光谱仪将采集到的光束进行数据处理以得到相应的结果。光功率计207、光谱仪均通过到位感应传感器控制精确的测试位来对待测光学模组进行相应测试，较好的保证了测试位置重复性的精度。到位感应传感器一般设置在治具组件204里面及外部，到位感应传感器可以是电磁传感器、接近传感器、光电传感器等任意合适的传感器元件。当治具组件204位于装料位时，其内部的到位感应传感器便检测治具组件204是否正确上料。当治具组件204依次经过光功率测试位和波长测试位时，根据非接触式感应原理，例如，当包含有磁体的治具组件204接近光功率计和/或光谱仪上的传感器时会触发电磁感应信号转变成电流信号，然后通过数据口传出判断信号，从而判断出治具组件204是否精准位于相应的测试位置。待治具组件204位于相应的测试位置后再进行通电由此点亮待测光学模组以进行相应的测试。本实施例中，判断测试位到位精度为0.1mm左右，从而保证相应的测试精度。当治具组件204在气动轨道上自动化进出完成所有相应测试后，软件便会自动输出检测结果。
图3是根据本发明实施例的治具组件的结构示意图，如图3所示的用于放置待测光学模组的治具组件包括：上盖301、扣合组件302、矫正组件303、传感器304、温度控制模块305以及下盖306等。当待测光学模组放置在治具组件中的特定放置位后，需通过矫正组件303将其固定在放置位中，然后通过扣合组件302扣合住上盖301与下盖306，使待测光学模组处于封闭的空间中避免其受外部环境干扰。为检测上盖301与下盖306是否正确扣合住，在上盖301与下盖306之间的区域还设置了传感器304，这里的传感器304一般为非接触式传感器，如电磁传感器、接近传感器、光电传感器等任意合适的传感器元件，以电磁传感器为例，当上盖301与下盖306之间的距离超过传感器304的最大电磁感应距离阈值时，便不能产生电磁感应信号以及电流信号，数据口也无法传出判断信号证明治具组件已经扣合住，这时表明上盖301与下盖306未能正确扣合，从而提醒测试员去做相应的调整。温度控制模块305位于待测光学模组放置位附近，在测试过程中，待测光学模组放置位的温度会随之发生变化，这时需要通过温度控制模块305将其温度控制在某个恒定水平便于提高测试的准确性。同时也可以利用温度控制模块使待测光学模组放置位处于不同的温度下进行相应的测试。温度控制模块305可以采用现有的任何一种温度感应装置及其相应的控制方法/方式。
现有技术中，对于光学模组所投影出的散斑图案，通常采用反射式来采集散斑图案，即：采集相机与光学模组设置在投影屏的同一侧，且采集相机与光学模组处在同一基线上。通常投影屏距离采集相机与光学模组的基线不会太远，而为了使采集相机能够采集到光学模组所投影出的全场投影图案信息时，这就要求采集全场投影图案信息的采集相机具有足够大的视场角(FOV)，而现有技术中往往难以找到此种相机；即使具有足够大FOV的采集相机，其采集的全场投影图案信息也会由于太大的FOV而造成严重的畸变，从而使得全场投影图案信息的采集不准确而导致测试结果不准确。
为解决该问题，本实施例采用透射式检测结构。图4是根据本发明实施例的投影图案测试装置的结构示意图。投影图案测试装置具体包括：相机401、可调整型材402、可调整相机板403、投影屏404、调整组件405、固定支撑板406、基准板407等，且图2所示的测试平台设置于基准板407上。相机401可采用双相机设计，即主副相机模式，也可以采用其他任意合适的相机模式，且主副相机可根据光学要求切换，同时位置可做微调。主相机用于拍摄全场投影图案，副相机用于拍摄局部投影图案，从而对全场和局部的投影图案信息进行双重测试。相机401固定在可调整型材402和可调整相机板403上。投影屏404由高精度固定支撑板406支撑在基准板407上面，高精度固定支撑板406可与其周边加强型材固定连接增加稳定性，最大限度保证玻璃面呈水平状态。投影屏404位于相机401与基准板407之间，即：投影屏304位于相机401与测试平台内的待测光学模组之间，固定支撑板406上的调整组件405用于调整投影屏404与基准板407之间的距离，也可以通过调整组件405控制投影屏404水平或倾斜放置，保证投影屏404与光轴垂直。并且基准板407上含有隔离和防震材料，能起到防震作用，从而保证基准板407始终保持水平并减少震动影响，便于测试数据稳定以及准确等。
当位于基准板407上测试平台内的待测光学模组发射的光束入射到积分球，积分球将光束进行收集并反射后向上投射到投影屏404上形成投影图案后，相机401便捕获该投影图案进行分析。由于采取了透射式检测散斑图案设计，即投影屏404位于相机401与待测光学模组之间，待测光学模组投射出的散斑图案经投影屏404透射后，由位于投影屏404上方的相机401拍摄散斑图案背面的信息进行分析，通过该透射式检测结构的设计，使得在不改变投影屏404与待测光学模组之间距离情况下，相机401与投影屏404之间的距离可以适当拉长，从而使相机401无需更大的视场角(FOV)便能拍摄到整个散斑图案。通过透射式检测结构，利用普通的相机就可以采集全场投影图案信息；又由于普通相机没有较大的FOV，其采集的全场投影图案信息进而不会有严重的畸变，更接近于投影图案本身，则更有利于采集得到高质量的投影图案，进而提高测试精度。
在一个实施例中，相机401为Basler相机，当拍摄局部散斑小视场时，选择75mm长焦镜头；当拍摄全场散斑大视场时，选择5mm短焦镜头；全场拍摄时捕获得到的单个散斑大小远小于局部拍摄时捕获得到的单个散斑大小。在另一个实施例中，相机401与投影屏404之间的距离为700mm左右，以确保相机401能清晰的拍摄到全场散斑图案，同时可以根据需求通过可调整型材402和可调整相机板403调整相机401与投影屏404之间的距离等。
采用如上的透射式结构，对投影屏具有一定的透射要求。本实施例中投影屏404由玻璃板、纸张以及透明塑料压板(PC)组成，从上至下依次为PC压板、纸张、玻璃板，且PC压板、纸张及玻璃板的透射率不小于90％。PC压板用于将纸张压平在玻璃板上，其厚度为1mm-3mm时，既可以有效减少纸面不平问题，简单实用，又便于相机清晰的捕获纸张上的散斑图案。在一个实施例中，投影屏404大小为1200mm x600mm，玻璃板在满足强度要求以及尽量匹配光学性能最佳要求情况下，其厚度为5mm-12mm。投影屏404与基准板407上测试平台内待测光学模组之间的距离约为400mm，纸张厚度为0.1mm-0.35mm，以确保待测光学模组能在投影屏404上清晰的投射出散斑图案并经纸张透射后，能够被相机401清晰的捕获并用于分析处理。
不同于反射式设计，本实施例所采用的透射式设计，其相机的光轴可以与待测光学模组的光轴相重合，更有利于采集得到高质量的投影图案。在一个实施例中，相机401的光轴始终垂直于投影屏404，精度为0.1°，光轴可偏转范围为±5°。
区别于现有技术，本发明实施例提供了一种光学测试设备，该设备将电气/控制装置等容纳在电箱中，使整个设备正面简洁、避免了杂乱和安全隐患。测试装置设有到位感应传感器检测待测光学模组是否安装好以及是否位于准确的测试位，并由电机、扫码枪等自动化进行测试，提高了测试效率，整个设备通过采用透射式设计、到位感应传感器设计和防震、安全门设计等，提高了测试的精度性，对光学模组的性能检测带来了极大便利。
在一个实施例中，测试待测光学模组，例如测试手机内的光学模组光功率、波长、散斑质量的步骤包括：
S1.打开计算机测试软件，初始化数据表格，验证气动导轨等功能模块可正常运行后，进行下一步操作；
S2.按启动按钮，治具组件弹出安全门外，通过人工或自动化设备将手机安装到治具组件中的放置位置中并连接好与计算机通信的数据线，确保计算机与手机通信成功，此时到位感应传感器检测治具组件是否正确安装好手机；
S3.再次按启动按钮，治具组件进入到扫码枪附近用于给相应的手机进行自动扫码编号，然后输入到计算机的测试数据表格中，无需手工输入手机编号，接着治具组件进入积分球正下面，由到位感应传感器控制手机位于相应的测试位，开始进行光功率、波长、散斑质量的检测；
S4.检测完成后，相应的测试数据全部由软件自动保存，然后由软件提示该测试手机是否合格；
S5.重复S2、S3、S4步骤进行测试操作，即可连续检测多个手机的光功率和波长以及散斑质量等性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光学测试设备，其特征在于，包括待测光学模组和投影图案测试装置；
所述投影图案测试装置包括相机和投影屏，所述投影屏设置于所述相机与所述待测光学模组之间；所述相机包括主副相机，分别用于拍摄所述待测光学模组投射至所述投影屏的全场投影图案信息和局部投影图案信息。
2.如权利要求1所述的光学测试设备，其特征在于，包括测试平台，所述测试平台包括电缸模组、治具组件、积分球和扫描枪；所述待测光学模组位于所述治具组件内，所述治具组件设置于所述电缸模组的轨道上并沿所述轨道运动；所述积分球与所述扫描枪设置于所述治具组件上方，所述扫描枪用于自动扫描所述待测光学模组，所述积分球用于收集并反射所述待测光学模组所发射的光束。
3.如权利要求2所述的光学测试设备，其特征在于，还包括设置在所述积分球后并接收所述积分球反射光束的光功率计和/或光谱仪。
4.如权利要求2所述的光学测试设备，其特征在于，所述测试平台上设置有到位传感器，用于控制所述待测光学模组位于精确的测试位。
5.如权利要求2所述的光学测试设备，其特征在于，所述治具组件包括：上盖、传感器以及下盖，所述传感器位于所述上盖与下盖之间，并用于检测所述上盖与所述下盖的扣合状态。
6.如权利要求1所述的光学测试设备，其特征在于，所述投影屏包括沿所述待测光学模组发射的光束方向依次设置的玻璃板、纸张和PC压板。
7.如权利要求6所述的光学测试设备，其特征在于，所述玻璃板的厚度为5mm-12mm，透射率不小于90％；所述纸张的厚度为0.1mm-0.35mm，透射率不小于90％；所述PC压板的厚度为1mm-3mm，透射率不小于90％。
8.如权利要求1所述的光学测试设备，其特征在于，所述投影图案测试装置还包括基准板、固定支撑板、调整组件以及可调整相机板；所述基准板上放置所述待测光学模组，所述投影屏通过所述固定支撑板支撑在所述基准板上；所述调整组件设置于所述固定支撑板上，并用于调整所述投影屏与所述待测光学模组之间的距离。
9.如权利要求8所述的光学测试设备，其特征在于，所述基准板包含隔离和防震材料，用于使所述基准板保持水平并减少震动。
10.如权利要求8所述的光学测试设备，其特征在于，所述可调整相机板用于调整所述相机与所述投影屏之间的距离。
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