CN110132544B - 一种光学测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学测试技术领域，提供了一种光学测试设备，包括：投影屏；待测投影模组，包括光源以及衍射光学元件，光源用于发射图案化光束，衍射光学元件用于接收图案化光束并投影出结构光图案；相机，用于采集结构光图案；偏转角调整元件，用于调整衍射光学元件的偏转角；以及控制器，分别与待测投影模组、相机和偏转角调整元件连接，用于接收并处理结构光图案，并判断结构光图案的偏转角度是否在预设范围内，当结构光图案的偏转角不在预设范围之内时，控制器还用于控制偏转角调整元件，以对衍射光学元件的偏转角度进行调整，从而有效地解决了由于衍射光学元件的偏转造成的结构光图案的偏转，避免了后续采集的结构光图案中深度值缺失的问题。

Description

一种光学测试设备

技术领域

本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种光学测试设备。

背景技术

目前，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，其主要包括红外模组、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投影图案是否偏转的光学测试设备的记载，然而可以理解的是，一旦投影图案的偏转超过一定角度时，会影响后续采集的图案的深度计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学测试设备，旨在解决现有投影模组的投影图案偏转角度过大时影响深度计算的技术问题。

本发明是这样实现的，一种光学测试设备，包括：

投影屏；

待测投影模组，包括光源以及衍射光学元件，所述光源用于发射图案化光束，所述衍射光学元件用于接收所述图案化光束并投影出结构光图案；

相机，用于采集所述结构光图案；

偏转角调整元件，用于调整所述衍射光学元件的偏转角；以及

控制器，分别与所述待测投影模组、所述相机和所述偏转角调整元件连接，用于接收和处理所述结构光图案，并根据处理结果判断所述结构光图案的偏转角是否在预设范围之内，当所述结构光图案的偏转角不在所述预设范围之内时，所述控制器还用于控制所述偏转角调整元件，以调整所述衍射光学元件的偏转角。

在一个实施例中，所述待测投影模组和所述相机设于同一平面上且处于同一基线，所述基线与所述待测投影模组的光轴相互垂直。

在一个实施例中，所述待测投影模组和所述相机分别位于所述投影屏的两侧，所述待测投影模组的光轴和所述相机的光轴相互重合。

在一个实施例中，还包括偏振反射镜，所述偏振反射镜包括反射面和透射面，所述待测投影模组设于所述透射面一侧，所述相机设于所述反射面一侧；所述待测投影模组的光轴和所述相机的光轴相互垂直。

在一个实施例中，所述透射面一侧设有抗反射膜；和/或

所述反射面一侧设有高反射膜。

在一个实施例中，所述投影屏包括沿所述图案化光束的发射方向依次设置的玻璃板、纸张和PC压板。

在一个实施例中，所述偏转角调整元件包括马达或者作业机器人。

在一个实施例中，所述相机的成像视场角大于所述待测投影模组的投影视场角。

在一个实施例中，所述投影屏的面积和/或所述投影屏至所述待测投影模组的距离设置为使所述投影屏能够呈现大于或等于80％的所述结构光图案。

在一个实施例中，所述待测投影模组还包括透镜，所述透镜设置在所述光源与所述衍射光学元件之间，用于聚焦并准直所述图案化光束。

本发明提供的光学测试设备的有益效果在于：

上述光学测试设备包括投影屏、待测投影模组、相机、偏转角调整元件和控制器，待测投影模组包括光源和衍射光学元件，偏转角调整元件用于调整所述衍射光学元件的偏转角，控制器与所述待测投影模组、所述相机和所述偏转角调整元件均连接，通过相机采集投影屏上的结构光图案，控制器接收和分析该结构光图案，并判断待测投影模组的图案化光束的偏转角度是否在预设范围之内，当所述结构光图案的偏转角不在所述预设范围之内时，控制器还用于控制偏转角调整元件，以对衍射光学元件的偏转角度进行调整，从而有效地解决了由于衍射光学元件的偏转造成待测投影模组投影的结构光图案的偏转，进而避免了后续采集的结构光图案中深度值缺失的问题。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和图2是根据本发明实施例的光学衍射元件未发生偏转时，同一深度相机中投影模组与成像模组的投影与成像示意图；

图3和图4是根据本发明实施例的光学衍射元件偏转角超过预设范围时，同一深度相机中投影模组与成像模组的投影与成像示意图；

图5是根据本发明其中一实施例的光学测试设备的结构示意图；

图6是根据本发明其中另一实施例的光学测试设备的结构示意图；

图7是根据本发明其中又一实施例的光学测试设备的结构示意图。

图中标记的含义为：

10、20、30-光学测试设备；100-投影屏；110-待测投影模组；120-偏转角调整元件；130-相机；140-控制器；150-偏振反射镜；151-透射面；152-反射面； 1111-图案化光束；1101-投影视场角；1201-成像视场角；

L1-投影模组的光轴；L2-成像模组的光轴；M-成像视场角；N-投影视场角； A-投影区域；B-成像区域；L3-投影区域的对称轴；L4-成像区域的对称轴；C- 阴影区域。

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，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

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实施例和简化描述，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。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参照图1至图4，深度相机包括投影模组和成像模组；投影模组一般包括：光源，用于发射图案化光束；衍射光学元件，用于接收图案化光束并在投影区域范围内投影结构光图案；成像模组，用于采集结构光图案。在理想情况下，投影模组中的衍射光学元件可以将图案化光束进行复制并投影至投影区域内，此时，投影模组的光轴L1与成像模组的光轴L2应该是重合的，如图1所示。假设投影模组的投影区域A与成像模组的成像区域B都为矩形，此时，投影模组的投影区域A的对称轴L3与成像模组的成像区域B的对称轴L4应该是平行的，如图2所示。进一步可以理解的是，一般情况下，在同一深度相机中，成像模组的成像视场角M小于投影模组的投影视场角N，投影模组的投影区域A与成像模组的成像区域B均随着各自的光轴L1和L2偏转，如图3和图4所示。因此，当衍射光学元件发生偏转且偏转角超过一定角度时，成像模组的某一部分视场角范围内可能会无法采集到投影模组投影的图案化光束，对应地，成像模组采集的结构光图案的某一部分(阴影区域C)可能会出现深度值缺失的情况。

因此，本发明实施例提供一种光学测试设备10，如图5所示，该光学测试设备10包括投影屏100、待测投影模组110、偏转角调整元件120、相机130 和控制器140。其中，待测投影模组110包括：光源(未示出)，用于发射图案化光束；衍射光学元件(未示出)，设于光源的出光侧，其用于接收图案化光束并向投影屏100投影结构光图案。偏转角调整元件120分别与衍射光学元件和控制器140连接。相机130用于采集上述结构光图案。控制器140还分别连接于待测投影模组110和相机130，用于控制待测投影模组110和相机130 正常工作，且用于接收和处理结构光图案，并根据处理结果判断结构光图案的偏转角是否在预设范围之内，当结构光图案的偏转角不在预设范围之内时，控制器140还用于控制偏转角调整元件120，以调整衍射光学元件的偏转角。在一个实施例中，偏转角的预设范围可以是0度～5度，当然也可以是其它预设数值范围，在此不做限制。

在一个实施例中，待测投影模组110还包括透镜(未示出)，该透镜设置在光源与衍射光学元件之间，用于聚焦并准直光源发射的图案化光束。其中，该透镜可以是单个透镜，也可以是可调式透镜组，衍射光学元件可以是衍射光栅、玻璃载体等。

参照图5，待测投影模组110在控制器140的控制下向位于其上方的投影屏100投影结构光图案。在一个实施例中，投影屏100一般为白屏，白屏的正面(以面向待测投影模组110的一面为正面)至少能呈现80％的结构光图案，便于相机130能清晰地捕获到投影的结构光图案。这可以通过设置投影屏100 的面积以及其与待测投影模组110之间的距离中的至少一个来实现。

在一个实施例中，光源包括边缘发射激光二极管或垂直腔面激光发射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)或其阵列，由于VCSEL具备稳定性高、体积小等优点，可以使得待测投影模组110更加微型化。例如，当光源为VCSEL阵列时，多个VCSEL可以规则或不规则地形式分布在半导体衬底上。可以理解的是，待测投影模组110可以支持不同类型光源产生的结构光模式，如可见光或者是红外光、紫外光等不可见光，也支持不同图案组成的编码投射方案，如散斑状、块状、十字状、条纹状、特定符号等图案。例如，在一个实施例中，待测投影模组110投影出的结构光图案为红外散斑图案，该红外散斑图案具备高度不相关性以及分布均匀的特点。

参照图5，在一个实施例中，相机130与待测投影模组110处在同一个平面上且处在同一条基线上，该基线与待测投影模组110的光轴垂直。

相机130包括图像传感器(未示出)以及其它光学元件的组合，图像传感器可为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)传感器或 CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器。相机130在控制器140的控制下同步或异步采集结构光图案并将其传输给控制器140。可以理解的是，为了采集到完整的结构光图案，相机130的成像视场角1201应大于待测投影模组110的投影视场角1101。在一个实施例中，可以在图像传感器的入光侧设置滤光片，以仅允许待测投影模组110投射的光束通过，从而避免环境光的干扰。例如，当待测投影模组110投影出的结构光图案为红外散斑图案时，则可设置红外带通滤光片。

控制器140接收结构光图案后对其进行处理，并根据处理结果判断结构光图案的偏转角是否在预设范围之内。当结构光图案的偏转角不在预设范围(0 度～5度)之内时，控制器140还用于控制偏转角调整元件120以调整衍射光学元件的偏转角。在一个实施例中，控制器140可以是计算机系统。

在一个实施例中，偏转角调整元件120可以包括马达或者作业机器人等。当控制器140判断结构光图案的偏转角度不在预设范围内，则通过驱动马达或者作业机器人控制衍射光学元件在与相机130和待测光学投影模组110所在平面平行的平面上进行旋转，直至待测投影模组110投影的结构光图案的偏转角度在预设范围内。

可以理解的是，在上述实施例中，虽然相机130的成像视场角1201大于待测投影模组110的投影视场角1101，但由于两者的光轴并非是同轴的，因此相机130采集的结构光图案可能会存在畸变的问题。由此，本发明实施例还提出如下一种光学测试设备20。

请参照图6，待测投影模组110与相机130分别位于投影屏100的两侧，其中，投影屏100与相机130都位于待测投影模组110的上方，待测投影模组 110投影的结构光图案能够透过投影屏100被相机130采集到。如此，待测投影模组110的光轴可与相机130的光轴重合，且投影屏100的中心位于光轴上。如此，相机130可同轴采集到结构光图案，有效解决了结构光图案发生畸变的问题。

在一个实施例中，投影屏100一般由玻璃板、纸张以及透明塑料压板组成，从上至下(从相机130一侧至待测投影模组110一侧)依次为透明塑料压板、纸张、玻璃板，且纸张透射率在90％左右，具体地，可大于或等于90％。透明塑料压板和玻璃板的透射率也可大于或等于90％。透明塑料压板用于将纸张压平在玻璃板上，有效减少了纸面不平问题，简单实用，便于相机130清晰地捕获纸张上的结构光图案。透明塑料压板可为PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、 PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂)等。在一个实施例中，投影屏100大小为1200mm×600mm，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，厚度约为6mm。投影屏100与待测投影模组110 之间的距离约为400mm，以确保待测投影模组110能在投影屏100上清晰地投射出结构光图案(例如散斑图案)，且经纸张透射后能够被相机130清晰地捕获并用于分析处理。

可以理解的是，在上述实施例中，由于待测投影模组110和相机130分别设置在投影屏100的两侧，因此会需要较大的空间以将上述多个元件集成在光学测试设备20中，从而增加了光学测试设备20的体积。因此，本发明实施例还提供一种结构更为紧凑的光学测试设备30。

请参照图7，光学测试设备30还包括一面反射且另一面透射的偏振反射镜 150，待测投影模组110位于偏振反射镜150的透射面151的一侧，相机130 位于偏振反射镜150的反射面152的一侧。其中，待测投影模组110发射的图案化光束1111入射并穿过偏振反射镜150的透射面151到达投影屏100，投影屏100将图案化光束1111反射回来并入射至偏振反射片150上，偏振反射片 150的反射面152将上述图案化光束1111再次反射至相机130。可以理解的是，由于相机130的成像视场角1201大于待测投影模组110的投影视场角1101，因此待测投影模组110发射的图案化光束基本都能被相机130采集。如图7所示，相机130的光轴与待测投影模组110的光轴垂直。如此，不仅可以解决相机130采集的图案畸变的问题，还可以解决光学测试设备结构不够紧凑的问题。

在一个实施例中，可以在偏振反射镜150的透射面151的一侧镀上AR (Anti-Reflection，抗反射)膜，以增加透射面151的透射率，使待测投影模组 110投影的光束能更多地穿过偏振反射镜150。可以理解的是，还可以在偏振反射镜150的反射面152的一侧镀上HR(High-Reflection，高反射)膜，以增加反射面152的反射率，使得经投影屏100和反射面152反射回来的光束能更多地被相机130采集。

上述光学测试设备通过采集到的投影图案判断待测投影模组中的衍射光学元件的偏转角度是否超过预设范围，若是，则可对衍射光学元件的偏转角度进行调整，从而有效地解决了由于衍射光学元件的偏转造成投影模组投影的结构光图案偏转，进而避免了后续采集的结构光图案中深度值缺失的问题。

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 (6)

1.一种光学测试设备，其特征在于，包括：

投影屏；

待测投影模组，包括光源以及衍射光学元件，所述光源用于发射图案化光束，所述衍射光学元件用于接收所述图案化光束并投影出结构光图案；

相机，用于采集所述结构光图案；

偏转角调整元件，用于调整所述衍射光学元件的偏转角；以及

控制器，分别与所述待测投影模组、所述相机和所述偏转角调整元件连接，用于接收和处理所述结构光图案，并根据处理结果判断所述结构光图案的偏转角是否在预设范围之内，当所述结构光图案的偏转角不在所述预设范围之内时，所述控制器还用于控制所述偏转角调整元件，以调整所述衍射光学元件的偏转角；

所述相机的成像视场角大于所述待测投影模组的投影视场角；

还包括偏振反射镜，所述偏振反射镜包括反射面和透射面，所述待测投影模组设于所述透射面一侧，所述相机设于所述反射面一侧；所述待测投影模组的光轴和所述相机的光轴相互垂直。

2.如权利要求1所述的光学测试设备，其特征在于，所述透射面一侧设有抗反射膜；和/或

所述反射面一侧设有高反射膜。

3.如权利要求1或2所述的光学测试设备，其特征在于，所述投影屏包括沿所述图案化光束的发射方向依次设置的玻璃板、纸张和PC压板。

4.如权利要求1或2所述的光学测试设备，其特征在于，所述偏转角调整元件包括马达或者作业机器人。

5.如权利要求1或2所述的光学测试设备，其特征在于，所述投影屏的面积和/或所述投影屏至所述待测投影模组的距离设置为使所述投影屏能够呈现大于或等于80％的所述结构光图案。

6.如权利要求1或2所述的光学测试设备，其特征在于，所述待测投影模组还包括透镜，所述透镜设置在所述光源与所述衍射光学元件之间，用于聚焦并准直所述图案化光束。

Images