CN113900270A - 精密定位设备和自动光轴精密定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密定位设备和自动光轴精密定位方法，精密定位设备包括机架、移动机构、中心光管、顶角光管和控制模块。移动机构能够移动镜头；中心光管能够向镜头发射第一光线，图像传感器能够接收到第一图像；顶角光管能够向镜头发射第二光线，图像传感器能够接收到第二图像；控制模块能够根据图像传感器接收到的图像调节镜头的位置，其中，中心光管和顶角光管均构造为平行光管，且图像传感器接收到的第一图像和第二图像的旋转角度不同。由此，能够有效地利用中心光管，不需要设置中心十字光管，简化了装配设备的结构，降低生产的成本，不需要人工操作，对准精度高，能够适用于多种摄像头的生产需求。

Description

精密定位设备和自动光轴精密定位方法

技术领域

本发明涉及摄像头模组的装配工艺的技术领域，具体而言涉及一种精密定位设备和自动光轴精密定位方法。

背景技术

摄像头模组的自动光轴调整，也称为自动对准，是一项确定摄像头和成像芯片等零配件装配过程中相对位置的技术。在摄像头模组的封装过程中，涉及到包括镜头和图像传感器等多个配件的组装，其中，光轴定位的精确度直接影响了摄像头模组的装配质量。

在目前的摄像头模组的生产线上，主要采用手动定位的方式进行光轴定位，或者在装配设备上额外增设中心十字型光管进行光轴定位。当采用手动定位时，存在光轴中心偏差大、精度低、产能小等缺点，工作人员在长时间的重复工作中会降低积极性，影响工作效率，当额外增设中心十字光管时会增加生产设备的结构的复杂性，提高了生产成本。

因此，需要提供一种精密定位设备和自动光轴精密定位方法，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

根据本发明的第一方面，提供了一种精密定位设备，所述精密定位设备用于安装摄像头模组中的镜头和图像传感器，所述精密定位设备包括：

机架；

移动机构，所述移动机构设置在所述机架上，所述移动机构能够将待装配的镜头移动至图像传感器的上方；

中心光管，所述中心光管能够沿竖直方向向下向镜头发射第一光线，所述图像传感器能够接收到与所述第一光线对应的第一图像；

顶角光管，所述顶角光管能够向镜头发射第二光线，所述图像传感器能够接收到与所述第二光线对应的第二图像；以及

控制模块，所述控制模块与所述图像传感器电连接，并能够根据所述图像传感器接收到的图像控制所述移动机构以调节所述镜头的位置，

其中，所述中心光管和所述顶角光管均构造为平行光管，且所述图像传感器接收到的所述第一图像和所述第二图像的旋转角度不同。

可选地，所述图像传感器接收到的所述第一图像相对于所述第二图像旋转30°至90°。

可选地，所述顶角光管的数量为4至8个。

可选地，所述精密定位设备还包括弧形支架，所述顶角光管设置在所述弧形支架上并可沿所述弧形支架移动。

可选地，所述精密定位设备还包括传送带和输送台，所述输送台设置在所述传送带上并能够沿所述传送带的输送方向移动，所述输送台能够装载镜头和图像传感器。

可选地，所述精密定位设备还包括顶升机构，所述顶升机构设置在所述传送带的至少一侧，所述顶升机构用于将所述输送台顶升至预设高度。

可选地，所述移动机构设置在所述传送带的至少一侧，所述移动机构用于将位于所述预设高度的所述输送台上的镜头移动至图像传感器的上方。

可选地，所述移动机构包括六轴运动装置，以及设置在所述六轴运动装置上的夹爪装置，所述夹爪装置能够抓取位于所述预设高度的所述输送台上的镜头。

根据本发明的第二方面，提供了一种自动光轴精密定位方法，该自动光轴精密定位方法可用于根据本发明的第一方面的精密定位设备，所述自动光轴精密定位方法包括：

将所述镜头移动至所述图像传感器和所述中心光管之间，以对所述镜头进行粗定位；

所述图像传感器获取来自所述中心光管的所述第一图像，根据所述图像传感器接收的所述第一图像调整所述镜头在竖直方向的位置；

将所述图像传感器接收的所述第一图像与模板图像进行比对获取对应关系，并根据所述对应关系调整所述镜头在水平面内的位置，以使得所述中心光管的中心点、所述镜头的中心点和所述图像传感器的中心点三点共线，以对所述镜头进行精定位；

所述图像传感器获取来自所述顶角光管的所述第二图像，通过所述第二图像调节所述镜头的倾斜度。

可选地，在对所述镜头进行粗定位之前，还包括：

移动所述图像传感器，以使得所述中心光管的中心点与所述图像传感器的中心点的连线垂直于水平面。

根据本发明的精密定位设备，可以利用相同构造的中心光管和顶角光管对镜头和图像传感器进行定位，充分地利用了用于清晰度测试的平行光管，不需要设置用于定位的中心十字光管，简化了装配设备的结构，降低生产的成本，而且可以通过控制模块自身的程序自动进行光轴定位，不需要人工操作，产能强，生产效率高，对准精度高，能够适用于多种摄像头的生产需求。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的一个实施方式的精密定位设备的结构示意图；

图2为图1中所示的精密定位设备中的六轴运动装置的结构示意图；以及

图3为第一图像和第二图像的示意图。

附图标记说明：

100：机架 200：移动机构

210：六轴运动装置 220：夹爪装置

300：顶角光管 400：中心光管

500：传送带 600：顶升机构

700：弧形支架

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

本发明提供了一种用于装配摄像头模组的精密定位设备，通过该精密定位设备能够实现对摄像头模组中镜头和图像传感器的自动精密定位。以下，将参照图1至图3所示，对根据本发明的优选实施方式的精密定位设备进行详细说明。

如图1和图2所示，在根据本发明的一个实施方式中，提供了一种用于装配摄像头模组的精密定位设备，该精密定位设备包括机架100、移动机构200、中心光管400、顶角光管300和控制模块。其中，移动机构200 能够移动待装配的镜头并将其移动到图像传感器的上方，而且能够根据控制模块的控制信号调整镜头的位置。中心光管400设置在机架100上且位于镜头的上方，中心光管400能够沿竖直方向向下向镜头发射第一光线。顶角光管300设置在机架100上且至少部分地位于镜头的上方，中心光管 400能够向镜头发射第二光线。控制模块与图像传感器电连接，并能够根据图像传感器接收到的图像控制移动机构200以调节镜头的位置。本实施方式中，在装配镜头和图像传感器的过程中，需要先将镜头移动到图像传感器的上方，此时镜头和图像传感器均位于调焦位置，中心光管400和顶角光管300发射的光线可以穿过镜头被图像传感器接收。

可以理解的是，当摄像头模组中的镜头和图像传感器被移动到该精密定位设备中之后，中心光管400发射的第一光线穿过镜头并被图像传感器接收，使得图像传感器接收到第一图像。顶角光管300发射的第二光线穿过镜头并被图像传感器接收，使得图像传感器接收到第二图像。也就是说，当镜头和图像传感器均到达调焦位置后，中心光管400和顶角光管300均可以对镜头发射光线，而且图像传感器能够接收到与光线对应的图像。之后，控制模块可以根据第一图像和第二图像确定镜头当前的位置，并由此对镜头的位置进行调节，直到镜头和图像传感器之间的位置关系满足安装的需求。作为一种实现方式，图像传感器可以与显示屏电连接，工作人员通过显示屏可以看见图像传感器接收到的第一图像和第二图像。

此外，在本实施方式中，中心光管400和顶角光管300均构造为平行光管，也就是说，中心光管400和顶角光管300均是能够发射用于进行清晰度调节的光线的光管，并不是用于定位的中心十字光管。为了能够区分中心光管400和顶角光管300发射的光线，可以调整中心光管400的安装角度，使得图像传感器接收到的第一图像和第二图像的旋转角度不同。

根据本发明的精密定位设备，可以利用相同构造的中心光管和顶角光管对镜头和图像传感器进行定位，充分地利用了用于清晰度测试的平行光管，不需要设置用于定位的中心十字光管，简化了装配设备的结构，降低生产的成本，而且可以通过控制模块自身的程序自动进行光轴定位，不需要人工操作，产能强，生产效率高，对准精度高，能够适用于多种摄像头的生产需求。

优选地，中心光管400既需要用于镜头的中心对准，也需要用于调试镜头的清晰度，而顶角光管300则主要是用于调试镜头的清晰度。由于中心光管400和顶角光管300的结构相同，其发出的光线显示在图像传感器上的图像相同，为了明显地区分中心光管400和顶角光管300发射至图像传感器的第一图像和第二图像，本实施方式中，中心光管400可以以相对于顶角光管300旋转30°至90°的方式进行安装，以使得图像传感器接收到的第一图像相对于第二图像旋转30°至90°。例如，中心光管400可以相对于顶角光管300旋转60°进行安装，由此图像传感器接收到的第一图像相对于第二图像旋转60°。

进一步地，在调节镜头的位置时，为了保证镜头在各个方向上的倾斜度满足安装需求，精密定位设备中需要设置足够多数量的顶角光管300，因此顶角光管300的数量为4至8个。如图1所示，本实施方式中的精密定位设备即设置有4个顶角光管300，当然，在其他未示出的实施方式中还可以设置其他数量的顶角光管300，例如6个、8个。

更优选地，如图3所示，中心光管400和顶角光管300发的光线可以具有标板样式为四象限黑白十字色块的图像。在该图中，与中心光管400 对应的第一图像位于中心，与顶角光管300对应的4个第二图像位于四个顶角处。

本实施方式中的精密定位设备还包括弧形支架700，每个顶角光管300 分别对应设置在一个弧形支架700，而且顶角光管300可沿弧形支架700 移动。如图1所示，本实施方式中的精密定位设备设置有4个弧形支架700，而且4个弧形支架700大致位于同一个球面上，顶角光管300在弧形支架 700上移动的过程中发射的光线均对准该球体的球心处。由此，顶角光管 300可以根据镜头和图像传感器调节其自身的位置，以便于更好地进行倾斜度测试。优选地，该4个弧形支架700的顶部可以固定连接，当需要调整顶角光管300的位置时，可以沿竖直方向同时移动该4个弧形支架700。

进一步地，精密定位设备还包括传送带500和输送台，输送台设置在传送带500上并能够沿传送带500的输送方向移动，而且输送台能够装载镜头和图像传感器。由此，待装配的镜头和图像传感器可以经由传送带500 输送至精密定位设备，在经过对焦以及位置调整之后，相互定位的镜头和图像传感器可以经由传送带500输送至下一个工位。

精密定位设备还包括顶升机构600，顶升机构600设置在传送带500 的至少一侧，并能够将输送台顶升至预设高度。本实施方式中，当待装配的镜头和图像传感器被传送带500移动至精密定位设备之后，顶升机构600 可以将输送台连同放置在输送台上的镜头和图像传感器沿竖直方向抬升至预设高度，在该预设高度，图像传感器与中心光管400实现对中，以便于后续移动镜头调整相对于图像传感器的位置。

为了能够充分地移动镜头，移动机构200包括六轴运动装置210，以及设置在六轴运动装置210上的夹爪装置220，六轴运动装置210能够在多个方向移动，并能够驱动夹爪装置220移动，夹爪装置220能够抓取位于预设高度的输送台上的镜头移动到图像传感器的上方，并能够根据控制模块的控制信号调整镜头的位置。

作为一种实现方式，输送台上具有能够放置镜头和图像传感器的凹槽或者凸台，夹爪装置220的端部具有能够抓取镜头的夹具。当放置有镜头和图像传感器的输送台被顶升机构600顶升至预设高度后，夹爪装置220 抓取镜头并其移动到图像传感器的上方。中心光管400和顶角光管300向镜头发射光线，光线穿过镜头被图像传感器接收。之后，控制模块根据图像传感器接收到的图像调整镜头的位置。

根据本发明的第二实施方式中，还提供了一种自动光轴精密定位方法，该自动光轴精密定位方法可用于上述实施方式中的精密定位设备，能够实现对摄像头模组中镜头和图像传感器的自动精密定位。

具体地，该自动精密光轴定位方法中，包括：

将所述镜头移动至所述图像传感器和所述中心光管之间，以对所述镜头进行粗定位；

具体地，当需要装配镜头和图像传感器时，需要将镜头移动中心光管和图像传感器之间，以便于中心光管发射的第一光线能够穿过镜头被图像传感器接收。

所述图像传感器获取来自所述中心光管的所述第一图像，根据所述图像传感器接收的所述第一图像调整所述镜头在竖直方向的位置；

具体地，当镜头移动到中心光管和图像传感器之间的位置后，中心光管向镜头发射第一光线，第一光线穿过镜头，图像传感器接收到与第一光线对应的第一图像，移动机构沿竖直方向移动镜头，控制模块判断第一图像的成像效果是否达到预定效果，若是，则停止移动镜头，从而确定镜头在竖直方向上的位置。作为一种实现方式，六轴运动装置可以控制镜头沿竖直方向移动，控制模块从图像传感器读取图像信息，并且以特定的频率实时刷新采集，之后控制模块根据采集的图像的分辨率在竖直方向上调整镜头的位置。

将所述图像传感器接收的所述第一图像与模板图像进行比对获取对应关系，并根据所述对应关系调整所述镜头在水平面内的位置，以使得所述中心光管的中心点、所述镜头的中心点和所述图像传感器的中心点三点共线，以对所述镜头进行精定位；

具体地，当镜头在竖直方向上的位置确定后，控制模块通过其自身存储的图像匹配算法将第一图像与模板图像进行对比获取对应关系，以判断镜头是否到达中心位置，即镜头的中心点是否与中心光管的中心点和图像传感器的中心点三点共线。

作为一种实现方式，图像匹配算法包括两个阶段，在第一阶段中，该算法从模板图像中提取用于进行图像匹配的预设特征信息，而且该预设特征信息以便于搜索的方式存放在模板图像中。在第二阶段中，该算法将第一图像与模板图像进行对比，在比对过程中，从第一图像中提取用于进行图像匹配的目标特征信息，将第一图像的目标特征信息和模板图像的预设特征信息进行匹配，分析它们之间的相似性和一致性，由此确定第一图像和模板图像相互匹配的区域，获取对应关系，同时进行相似度匹配。其中，在对比图像的过程中，可以将模板图像和第一图像作为输入参数，输出匹配的数目、位置和角度等，以用得分值表示相似程度，并计算相似度分值，当相似度分值达到预设阈值时，则说明找到光轴中心，此时计算光轴中心的位置，之后驱动镜头移动至光轴中心的位置。

通过所述图像传感器获取来自所述顶角光管的所述第二图像，通过所述第二图像调节所述镜头的倾斜度。

具体地，当镜头到达中心位置后，顶角光管向镜头发射第二光线，图像传感器接收到与第二光线对应的第二图像，控制模块根据第二图像判断镜头的倾斜度，并控制移动机构移动镜头以调节镜头的倾斜度。作为一种实现方式，图像传感器可以同时获取4个顶角光管的第二图像，调节镜头的倾斜度，使得4个第二图像的解像力均匀，最终确定镜头的位置，以便于对摄像组件进行装配。

优选地，在本实施方式中的自动光轴精密定位方法中，在对镜头进行粗定位之前，还包括：

移动所述图像传感器，以使得所述中心光管的中心点与所述图像传感器的中心点的连线垂直于水平面。

具体地，在顶升机构顶升输送台的过程中，也同时移动了图像传感器，可以让中心光管的中心点与图像传感器的中心点的连线垂直于水平面，以便于后续能够更加精确地对镜头实现精定位。

优选地，在本实施方式中的自动光轴精密定位方法中，镜头进行精定位之后，还包括：

将第一图像与模板图像进行比对并由此调整镜头的位置，以便于进一步调节镜头的位置。

具体地，当镜头经过精定位之后，还可以再次将第一图像和模板图像进行对比，重复采用上述的图像匹配算法，再次重新确定光轴中心的位置，以便于对镜头的中心位置进行二次矫正补偿，确保最终的镜头的中心位置的偏差在1个像素点以内。例如，当输入图像的分辨率为1280*960时，可使得光轴中心位置的像素值为640*480。镜头与图像传感器之间存在一个相对位置关系，当输入图像的分辨率为1280*960时，图像传感器中心位置的像素坐标应为(640,480)，这使得镜头的中心位置应与图像传感器的中心位置在同一条垂直线上，该相对位置即光轴中心位置。

作为一种实现方式，当镜头和图像传感器的位置确定之后，可以将镜头和图像传感器进行装配，顶升机构下降，通过传送带输送走，再之后就可以对下一组镜头和图像传感器进行装配。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种精密定位设备，其特征在于，所述精密定位设备用于安装摄像头模组中的镜头和图像传感器，所述精密定位设备包括：

机架；

移动机构，所述移动机构设置在所述机架上，所述移动机构能够将待装配的镜头移动至图像传感器的上方；

中心光管，所述中心光管能够沿竖直方向向下向镜头发射第一光线，所述图像传感器能够接收到与所述第一光线对应的第一图像；

顶角光管，所述顶角光管能够向镜头发射第二光线，所述图像传感器能够接收到与所述第二光线对应的第二图像；以及

控制模块，所述控制模块与所述图像传感器电连接，并能够根据所述图像传感器接收到的图像控制所述移动机构以调节所述镜头的位置，

其中，所述中心光管和所述顶角光管均构造为平行光管，且所述图像传感器接收到的所述第一图像和所述第二图像的旋转角度不同。

2.根据权利要求1所述的精密定位设备，其特征在于，所述图像传感器接收到的所述第一图像相对于所述第二图像旋转30°至90°。

3.根据权利要求1所述的精密定位设备，其特征在于，所述顶角光管的数量为4至8个。

4.根据权利要求1所述的精密定位设备，其特征在于，所述精密定位设备还包括弧形支架，所述顶角光管设置在所述弧形支架上并可沿所述弧形支架移动。

5.根据权利要求1所述的精密定位设备，其特征在于，所述精密定位设备还包括传送带和输送台，所述输送台设置在所述传送带上并能够沿所述传送带的输送方向移动，所述输送台能够装载镜头和图像传感器。

6.根据权利要求5所述的精密定位设备，其特征在于，所述精密定位设备还包括顶升机构，所述顶升机构设置在所述传送带的至少一侧，所述顶升机构用于将所述输送台顶升至预设高度。

7.根据权利要求6所述的精密定位设备，其特征在于，所述移动机构设置在所述传送带的至少一侧，所述移动机构用于将位于所述预设高度的所述输送台上的镜头移动至图像传感器的上方。

8.根据权利要求7所述的精密定位设备，其特征在于，所述移动机构包括六轴运动装置，以及设置在所述六轴运动装置上的夹爪装置，所述夹爪装置能够抓取位于所述预设高度的所述输送台上的镜头。

9.一种自动光轴精密定位方法，其特征在于，所述自动光轴精密定位方法用于上述根据权利要求1至8中任一项所述的精密定位设备，所述自动光轴精密定位方法包括：

将所述镜头移动至所述图像传感器和所述中心光管之间，以对所述镜头进行粗定位；

所述图像传感器获取来自所述中心光管的所述第一图像，根据所述图像传感器接收的所述第一图像调整所述镜头在竖直方向的位置；

将所述图像传感器接收的所述第一图像与模板图像进行比对获取对应关系，并根据所述对应关系调整所述镜头在水平面内的位置，以使得所述中心光管的中心点、所述镜头的中心点和所述图像传感器的中心点三点共线，以对所述镜头进行精定位；

所述图像传感器获取来自所述顶角光管的所述第二图像，通过所述第二图像调节所述镜头的倾斜度。

10.根据权利要求9所述的自动光轴精密定位方法，其特征在于，在对所述镜头进行粗定位之前，还包括：

移动所述图像传感器，以使得所述中心光管的中心点与所述图像传感器的中心点的连线垂直于水平面。

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