CN109188836B

CN109188836B - 校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法

Info

Publication number: CN109188836B
Application number: CN201811091843.1A
Authority: CN
Inventors: 叶永青; 岑权; 罗菁冬
Original assignee: Shenzhen Rayshine Automation Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Rayshine Automation Technology Co ltd
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: CN109188836A

Abstract

本发明属于图样投射技术领域，尤其涉及一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法。本发明的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，由结构光投影模组调节系统根据中心点与中心轴的距离差值进行调整，使得光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上，这样，一方面，在组装结构光投影模组时，通过结构光投影模组调节系统实现将中心点与中心轴位于同一直线上，进而避免结构光图案的亮度衰减效应引起的边缘过快失真；另一方面，通过提供结构光投影模组调节系统，以较易地实现将投影图案检测系统检测到的光源图案的中心点与中心轴位于同一直线上，使得产品性能更优，并有效提高良品率。

Description

校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法

技术领域

本发明属于图样投射技术领域，尤其涉及一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法。

背景技术

3D成像技术是新一代人机交互技术的核心，随着移动终端设备对3D成像技术的硬性需求，深度相机将会被广泛应用于移动终端设备中，这也使得深度相机正朝着低功耗、高性能、小体积的方向发展。结构光投影模组是基于结构光技术的深度相机中的核心设备，其主要组成部分为光源以及投影光学器件。投影光学器件具有对光束进行调制的作用，将入射光产生特定结构化图案的出射光束。

结构光投影模组生产过程中，结构光投影模组的组装精度会影响光源投射的结构光图案的中心点与投影光学器件的中心轴的重合度，一方面，当光源图案大于投影光学器件的视场范围时，通过投影光学器件投影出来的结构光图案的外轮廓只有部分是光源图案的外轮廓；另一方面，光源图案的编码信息是完整的，但若部分区域与编码信息无关，导致该部分区域无法有效建模，为了信息安全以及可有效建模，现有的工艺无法实现对光源图案中心点的特征标注。这样，会导致投射出来的结构光图案的边缘的失真与亮度衰减效应较明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，旨在解决现有技术中的结构光投影模组的组装精度会影响光源投射的光源图案的中心点与投影光学器件的中心轴的重合度，导致投射出来的结构光图案的边缘的失真与亮度衰减效应较高技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，包括以下步骤：

预备

光源，所述光源可形成特定的光源图案，所述光源图案具有中心点和外轮廓，所述外轮廓由多个轮廓点组合而成；

投影光学器件，所述投影光学器件具有中心轴，所述投影光学器件用于将所述光源图案形成特定的结构光图案，所述光源与所述投影光学器件组合形成结构光投影模组；

投影图案检测系统，所述投影图案检测系统内设有所述中心点与各所述轮廓点之间的标准距离参数；

及结构光投影模组调节系统；

通过所述投影图案检测系统检测所述轮廓点，并根据所述标准距离参数获取所述中心点的位置信息；

所述结构光投影模组调节系统根据所述中心点的位置信息调整所述光源与所述投影光学器件间的相对位置使所述中心点与所述中心轴位于同一直线上。

进一步地，所述结构光投影模组调节系统将所述光源与所述投影光学器件间的相对位置调整至所述中心点与所述中心轴位于同一直线上的过程中，所述投影图案检测系统实时监测各所述轮廓点，根据所述标准距离参数计算所述中心点的实时位置，并计算所述中心点与所述中心轴的实时距离差值以及实时调整方向。

进一步地，所述光源图案为规则的多边形结构图案或者圆形结构图案。

进一步地，所述投影图案监测系统包括用于对所述结构光图案进行图像显影的结构光图案承载面以及获取所述轮廓点信息的图像信息获取结构，所述图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面一侧，且所述光源和所述投影光学器件位于所述结构光图案承载面同一侧。

进一步地，所述结构光图案与所述光源图案完全投射于所述结构光图案承载面上，所述图像信息获取结构可获取所述结构光图案承载面上的所有信息。

进一步地，所述光源为多个按特定规则排列以形成所述光源图案的垂直腔面发射激光器。

进一步地，以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可带动所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可带动所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

进一步地，以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可带动所述光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可带动所述光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

进一步地，以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可同时分别带动所述光源和所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可同时分别带动所述光源和所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

进一步地，所述结构光投影模组与图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面的同侧；或所述结构光投影模组与图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面的相对两侧。

本发明的有益效果：本发明的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，通过投影图案检测系统判断光源图案的投射在结构光投影模组之外的轮廓点，并根据中心点与各轮廓点之间的标准距离参数以确定光源图案的中心点位置，进而投影图案检测系统将中心点与中心轴的距离差值反馈至结构光投影模组调节系统，便可由结构光投影模组调节系统根据中心点与中心轴的距离差值进行调整，使得光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上，这样，一方面，在组装结构光投影模组时，通过结构光投影模组调节系统实现将中心点与中心轴位于同一直线上，进而避免结构光图案的亮度衰减效应引起的边缘过快失真；另一方面，通过提供结构光投影模组调节系统，以较易地实现将投影图案检测系统检测到的光源图案的中心点与中心轴位于同一直线上，进而使得产品性能更优，并有效提高良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的投影光学器件的转动和/或移动方向的示意图；

图3为本发明实施例提供的光源的转动和/或移动方向的示意图；

图4为本发明实施例提供的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法的光源图案与中心轴重合的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～4描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，本发明实施例提供一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，包括以下步骤：

预备

光源，光源可形成特定的光源图案，光源图案具有中心点和外轮廓，外轮廓由多个轮廓点组合而成；

投影光学器件，投影光学器件具有中心轴，投影光学器件用于将光源图案形成特定的结构光图案，，光源与投影光学器件组合形成结构光投影模组；

投影图案检测系统，投影图案检测系统内设有中心点与各轮廓点之间的标准距离参数；

及结构光投影模组调节系统；

通过投影图案检测系统检测轮廓点，并根据标准距离参数获取中心点的位置信息；

结构光投影模组调节系统根据中心点的位置信息调整光源与投影光学器件间的相对位置使中心点与中心轴位于同一直线上。

本发明实施例的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，通过投影图案检测系统判断光源图案的投射在结构光投影模组之外的轮廓点，并根据中心点与各轮廓点之间的标准距离参数以确定光源图案的中心点的位置，进而投影图案检测系统将中心点与中心轴的距离差值反馈至结构光投影模组调节系统，便可由结构光投影模组调节系统根据中心点与中心轴的距离差值进行调整，使得光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上，这样，一方面，在组装结构光投影模组时，通过结构光投影模组调节系统实现将中心点与中心轴位于同一直线上，进而避免结构光图案的亮度衰减效应引起的边缘过快失真；另一方面，通过提供结构光投影模组调节系统，以较易地实现将投影图案检测系统检测到光源图案的中心点与中心轴位于同一直线上，进而使得产品性能更优，并有效提高良品率。

具体地，当光源图案大于结构光图案时，光源图案的轮廓点的位置信息便可直接被投影图案检测系统检测，再由中心点与各轮廓点之间的标准距离参数以确定光源图案的中心点的位置，进而将中心点与中心轴的间距和调整方向确定；当光源图案小于结构光图案或只有部分露出于投影光学器件时，通过调整光源和投影光学器件的相对位置，且光源图案的轮廓点透出到投影光学器件外，进而使得投影图案检测系统检测到光源图案的轮廓点，且通过多次调整光源和投影光学器件的相对位置判断尽可能多的轮廓点，再由中心点与各轮廓点之间的标准距离参数以确定光源图案的中心点的位置，进而将中心点与中心轴的间距和调整方向确定，再由结构光投影模组调节系统根据中心点与中心轴的中心点与中心轴的间距和需调整方向进行调整，使得光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上。

具体地，在本实施例中，投影光学器件为透镜或透镜组。通过透镜或透镜组将特定的光源图案形成特定的结构光图案。

进一步地，在本实施例中，结构光投影模组调节系统将光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上的过程中，投影图案检测系统实时监测各轮廓点，根据标准距离参数计算中心点的实时位置，并计算中心点与中心轴的实时距离差值以及实时调整方向。实时计算中心点与中心轴的距离差值可使得结构光投影模组调节系统尽快将将光源与投影光学器件间的相对位置调整至中心点与中心轴位于同一直线上。

进一步地，在本实施例中，特定的光源图案可为规则的多边形结构图案或者圆形结构图案。在通过校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法实现调整光源图案的中心点与中心轴位置重合时，使用规则的多边形结构图案或者圆形结构图案可便于投影图案检测系统检测光源图案的外轮廓。

具体地，如图4所示，在本实施例中，先保持光源与投影光学器件的间距不变并以其间距方向为纵向，与该纵向方向垂直的方向即为横向，再通过结构光投影模组调节系统横向移动光源的位置或者投影光学器件的位置并记录其移动坐标值，同时投影图案检测系统根据结构光图案承载面上的特征坐标同比例监测结构光图案移动的实际距离与调整方向，并多次横向移动以获取更多的光源图案的轮廓点的信息，由于光源图案为规则的多边形结构图案或者圆形结构图案，便可通过上述的光源图案的轮廓点的信息计算如何调整光源与投影光学器件的相对横向位置，以使得中心点与中心轴位于同一直线上(图示中方形图案为光源图案，圆形图案为投影光学器件的视场范围)。

进一步地，在本实施例中，投影图案监测系统包括用于对结构光图案进行图像显影的结构光图案承载面以及获取轮廓点信息的图像信息获取结构，图像信息获取结构位于结构光图案承载面一侧。通过结构光图案承载面对经投影光学器件处理过的结构光图案进行进一步显影，便于确定中心轴的位置，进而使得投影图案监测系统可较精确确定中心点与中心轴的距离差值。进一步地，在本实施例中，结构光图案或结构光图案与光源图案能完全投射于结构光图案承载面，图像信息获取结构可获取结构光图案承载面上的所有信息。若光源图案和结构光图案中的一个或多个不能透射于结构光图案承载面上，会导致图像信息获取结构不能获取光源图案的外轮廓，导致无法对轮廓点的信息进行收集，进而无法判断光源图案的中心点，进而无法实现光源图案的中心点与中心轴重合，通过将结构光图案承载面设置为可承载结构光图案或结构光图案与光源图案，且图像信息获取结构可获取结构光图案承载面上的所有信息，使得图像获取结构可获取结构光图案的所有信息以及光源图案的轮廓点的信息，进而可实现校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法。

进一步地，在本实施例中，光源为多个按特定规则排列以形成光源图案的垂直腔面发射激光器。由于垂直腔面发射激光器在工作状态下可在保持高效率的激光运行时腔内的损失较低的特性，使得垂直腔面发射激光器在使用时的损耗量较小，进而可有效保障结构光投影模组的使用寿命。

具体地，在本实施例中，还可使用在中心点具有特定特征的光源，这样，光源图案的中心点处便具有特定的特征的图案，进而使得

进一步地，在本实施例中，以结构光图案承载面所在平面为基准面，基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于基准面为Z轴，结构光投影模组调节系统可带动投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或结构光投影模组调节系统可带动投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。将光源固定，再通过结构光投影模组调节系统将投影光学结构移动和/或转动，使得由光源图案的中心点与投影光学结构的中心轴位于同一直线上，这样，可提高结构光投影模组投影出的图案的质量。

进一步地，在本实施例中，以结构光图案承载面所在平面为基准面，基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于基准面为Z轴，结构光投影模组调节系统可带动光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或结构光投影模组调节系统可带动光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。将投影光学结构固定，再通过结构光投影模组调节系统将光源移动和/或转动，使得由光源图案的中心点与投影光学结构的中心轴位于同一直线上，这样，可提高结构光投影模组投影出的图案的质量。进一步地，在本实施例中，以结构光图案承载面所在平面为基准面，基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于基准面为Z轴，结构光投影模组调节系统可同时分别带动光源和投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或结构光投影模组调节系统可同时分别带动光源和投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。将结构光图案承载面固定，结构光投影模组调节系统根据中心点与中心轴的距离差值与调整方向，预设好将分别带动光源和投影光学器件移动与转动的具体数值与调整方向，再通过结构光投影模组调节系统分别带动光源和投影光学器件移动与转动以实现中心点与中心轴位于同一直线上。

进一步地，在本实施例中，结构光投影模组与图像信息获取结构位于结构光图案承载面的同侧；或结构光投影模组与图像信息获取结构位于结构光图案承载面的相对两侧。当结构光投影模组位于结构光图案承载面的与图像信息获取结构所在侧的同侧时，结构光图案承载面起到反射作用，将结构光图案反射至图像信息获取结构处，进而使得图像信息获取结构可获取光源图案的外轮廓；当结构光投影模组与图像信息获取结构位于结构光图案承载面的相对两侧时，结构光图案承载面起到透射作用，将结构光图案透射至图像信息获取结构处，进而使得图像信息获取结构可获取光源图案的外轮廓。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：包括以下步骤：

预备

投影图案检测系统，所述投影图案检测系统内设有所述中心点与各所述轮廓点之间的标准距离参数，所述投影图案检测系统用于将所述中心点与所述中心轴的距离差值反馈至结构光投影模组调节系统；

及结构光投影模组调节系统；

2.根据权利要求1所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述结构光投影模组调节系统将所述光源与所述投影光学器件间的相对位置调整至所述中心点与所述中心轴位于同一直线上的过程中，所述投影图案检测系统实时监测各所述轮廓点，根据所述标准距离参数计算所述中心点的实时位置，并计算所述中心点与所述中心轴的实时距离差值以及实时调整方向。

3.根据权利要求2所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述光源图案为规则的多边形结构图案或者圆形结构图案。

4.根据权利要求1所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述投影图案监测系统包括用于对所述结构光图案进行图像显影的结构光图案承载面以及获取所述轮廓点信息的图像信息获取结构，所述图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面一侧，且所述光源和所述投影光学器件位于所述结构光图案承载面同一侧。

5.根据权利要求4所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述结构光图案与所述光源图案完全投射于所述结构光图案承载面上，所述图像信息获取结构可获取所述结构光图案承载面上的所有信息。

6.根据权利要求5所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述光源为多个按特定规则排列以形成所述光源图案的垂直腔面发射激光器。

7.根据权利要求4～6任一项所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可带动所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可带动所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

8.根据权利要求4～6任一项所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可带动所述光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可带动所述光源分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

9.根据权利要求4～6任一项所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：以所述结构光图案承载面所在平面为基准面，所述基准面具有相互垂直的X轴、Y轴，垂直于所述基准面为Z轴，所述结构光投影模组调节系统可同时分别带动所述光源和所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴移动，和/或所述结构光投影模组调节系统可同时分别带动所述光源和所述投影光学器件分别沿X轴、和/或Y轴、和/或Z轴转动。

10.根据权利要求4～6任一项所述的校正光源图案的中心点至投影光学器件的中心轴的方法，其特征在于：所述结构光投影模组与图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面的同侧；或所述结构光投影模组与图像信息获取结构位于所述结构光图案承载面的相对两侧。