CN116295052A

CN116295052A - 一种测量装置和测量系统

Info

Publication number: CN116295052A
Application number: CN202310275241.6A
Authority: CN
Inventors: 冯学贵; 周磊; 张宁波; 陈晨; 张永波
Original assignee: Jiangsu Zejing Automobile Electronic Co ltd
Current assignee: Jiangsu Zejing Automobile Electronic Co ltd
Priority date: 2023-03-21
Filing date: 2023-03-21
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2043-03-21
Also published as: CN116295052B

Abstract

本发明公开了一种测量装置和测量系统。该装置包括：控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器；光源设置在待测元件的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束；分光器设置在光束的传播路径上，传播路径至少包括第一、第二和第三路径；第一传感器用于接收经过第一路径和第二路径传播的光束，确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；第二传感器用于接收经过第三路径传播的光束，确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；控制单元用于根据第一距离和第二距离确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件的位置。本发明的测量装置能够准确测量待测元件的厚度，并且结构简单、实用性强。

Description

一种测量装置和测量系统

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种测量装置和测量系统。

背景技术

抬头显示器(Head Up Display，HUD)是一种将显示画面光线投射在风挡玻璃上，经风挡玻璃反射，供驾驶员观看的显示装置。由于风挡玻璃的两个表面均会反射光线，容易形成两幅不重叠的影像(即重影)，影响显示效果。

目前，消除重影的主要方式是使用楔形风挡玻璃，楔形风挡玻璃是两个表面具有一楔形角的风挡玻璃。若楔形角不准确，则消除重影的效果不佳，因此，需要在安装前确定楔形风挡玻璃的楔形角，以判断楔形角是否满足要求。

现有的楔形角确定方法通常是根据楔形风挡玻璃内设置的楔形膜(即聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral，PVB)膜)的角度确定的，然而，如果楔形风挡玻璃存在制造误差，则实际的楔形角并不完全等于楔形膜的角度。另外，若采用传统的三坐标测量仪、高度计等接触式方式测量，操作灵活度和测量精度都比较低。

发明内容

本发明提供了一种测量装置和测量系统，能够准确测量待测元件的厚度，为计算待测元件的楔形角提供基础，并且该测量装置结构简单、易于实现，具有良好的实用性和可推广意义。

根据本发明的一方面，提供了一种测量装置，包括：控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器，控制单元分别与光源、第一传感器和第二传感器电连接；其中，

光源设置在待测元件的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束；

分光器设置在光束的传播路径上，传播路径至少包括第一路径、第二路径和第三路径；

第一传感器，用于接收经过第一路径和第二路径传播的光束，并确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；

第二传感器，用于接收经过第三路径传播的光束，并确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；

控制单元，用于根据第一距离和第二距离，确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件的位置。

可选的，分光器为部分透过部分反射的光学镜片。

可选的，光学镜片的面型为平面镜或者抛物面镜。

可选的，第一路径为光束依次经过待测元件的第一表面反射、分光器透射后，射入第一传感器的路径；

第二路径为光束依次经过待测元件的第一表面折射、待测元件的第二表面反射、待测元件的第一表面折射、分光器透射后，射入第一传感器的路径；

第三路径为光束依次经过待测元件的第一表面反射和分光器反射后，射入第二传感器的路径。

可选的，待测元件在目标位置处的厚度

其中，d1为第一距离，α3为光束射入第一传感器的入射角，α1为光束斜射入第一表面的入射角，α2为光束斜射入待测元件的折射角，α1基于第二距离确定，α2基于α1和待测元件的折射率确定，k为补偿系数，补偿系数基于待测元件的曲率半径确定。

可选的，当光束垂直射入第二传感器时，

其中，α为预设角度，预设角度与预设位置相对应，d2为第二距离，L为第二传感器基于分光器所形成的虚像位置距第一传感器的距离。

可选的，测量装置的测量精度与α3的大小成正比。

可选的，α的取值范围为30°至85°。

可选的，控制单元，还用于根据任意两个目标位置处的厚度，计算待测元件在任意两个目标位置间的楔形角。

根据本发明的另一方面，提供了一种测量系统，包括机械结构和上述任一实施例的测量装置；其中，

测量装置固定在机械结构上，机械结构用于带动测量装置移动。

本发明实施例的技术方案，通过设计测量装置，令测量装置包括控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器；光源设置在待测元件的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束；分光器设置在光束的传播路径上；第一传感器接收经过第一路径和第二路径传播的光束，并确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；第二传感器接收经过第三路径传播的光束，并确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；以使得控制单元根据第一距离和第二距离，确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件的位置。如此，测量单元能够采用非接触的方式准确测量待测元件的厚度，为计算待测元件的楔形角提供基础，并且该测量装置结构简单、易于实现，具有良好的实用性和可推广意义。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种测量装置的测量示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种第一传感器接收光束的示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种测量装置位于理想位置的示意图；

图5是本发明实施例一提供的一种第二传感器基于分光器所形成的虚像位置的示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，附图和实施例的描述是说明性的而不是限制性的。贯穿说明书的同样的附图标记表示同样的元件。另外，除非明确地描述为相反，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种测量装置的结构示意图。该测量装置可以用于测量待测元件在任意位置处的厚度，待测元件可以为任意具有光学特性的元件(如玻璃、透镜等)。当待测元件的表面为曲面时，测量装置所测量的厚度为沿着曲面法线方向的厚度。因此，当待测元件为车辆的楔形风挡玻璃时，测量装置还可以测量风挡玻璃的楔形角。

如图1所示，该测量装置包括：控制单元(图1中未示出)、光源10、分光器20、第一传感器30和第二传感器40，控制单元分别与光源10、第一传感器30和第二传感器40电连接。

待测元件50包括第一表面501和第二表面502，第一表面501和第二表面502之间具有一定的厚度。光源10设置在待测元件50的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束，图1中以光源10设置在待测元件50靠近第一表面501的一侧为例进行绘制。

分光器20设置在光束的传播路径上。分光器20为部分透过部分反射的光学镜片。例如，分光器20为面型为平面镜或者抛物面镜的光学镜片，分光器20的一表面可以镀50％透过率的反射膜。

参考图1可知，光源10发出的光束斜射入待测元件50，部分光束经过待测元件50的第一表面501反射，向第一传感器30的方向传播；另一部分光束先经过待测元件50的第一表面501折射，再经过第二表面502反射，最后经过第一表面501折射，向第一传感器30的方向传播。分光器20就设置在上述向第一传感器30的方向传播的光束的传播路径上。由于分光器20为部分透过部分反射的光学镜片，因此，部分光束会透过分光器20射入第一传感器30，另一部分光束会经过分光器20反射射入第二传感器40。

具体的，光束路径经过待测元件50的反射/折射、分光器20的反射/透射后，存在多个传播路径。本发明为了测量待测元件50的厚度，主要涉及三个传播路径：第一路径、第二路径和第三路径。

其中，第一路径为光束依次经过待测元件50的第一表面501反射、分光器20透射后，射入第一传感器30的路径；第二路径为光束依次经过待测元件50的第一表面501折射、待测元件50的第二表面502反射、待测元件50的第一表面501折射、分光器20透射后，射入第一传感器30的路径；第三路径为光束依次经过待测元件50的第一表面501反射和分光器20反射后，射入第二传感器40的路径。

第一传感器30，用于接收经过第一路径和第二路径传播的光束，并确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离。可以理解的是，第一传感器30接收经过第一路径传播的光束的位置(即第一光斑的位置)为第一位置，第一传感器30接收经过第二路径传播的光束的位置(即第二光斑的位置)为第二位置，第一距离为第一位置和第二位置之间的相对距离。

第二传感器40，用于接收经过第三路径传播的光束，并确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离。可以理解的是，第二传感器40接收经过第三路径传播的光束的位置(即第三光斑的位置)为第三位置，第二距离为第三位置与预设位置间的相对距离。其中，预设位置为当光束以预设角度射入待测元件50的第一表面501时，第二传感器40接收经过第三路径传播的光束的位置。

控制单元，用于根据第一距离和第二距离，确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件50的位置。

图2为本发明实施例一提供的一种测量装置的测量示意图，图3为本发明实施例一提供的一种第一传感器接收光束的示意图。如图2和图3所示，假设光束斜射入第一表面501的入射角为α1，光束斜射入待测元件50的折射角为α2，光束射入第一传感器30的入射角为α3，两个光束接收位置间的相对距离(即第一距离)为d1，补偿系数为k，根据光的反射/折射原理，可以计算待测元件50在目标位置处的厚度

当待测元件50为风挡玻璃时，考虑到测量精度要求，厚度计算需要考虑风挡玻璃曲率对光束的影响，因此可以基于待测元件50的曲率半径确定补偿系数k，并将补偿系数k引入厚度计算公式中。可选的，补偿系数k可以根据光线追迹的方式得到。当然，为了降低计算难度，在对测量精度要求不高时，可以设定k＝1。

另外，风挡玻璃的曲率半径通常为数千毫米，在实际的运算中可以近似看作一平面，根据折射定律，可以由α1确定α2，即sinα1≈n*sinα2，n为待测元件50的折射率。

第二传感器40的作用主要是为了确定α1。为了便于理解和计算，本发明以光束垂直射入第二传感器40为例，对α1的确定进行解释说明。

图4为本发明实施例一提供的一种测量装置位于理想位置的示意图。如图4所示，当测量装置位于理想位置时，光源10发出的光束射入待测元件50的第一表面501的入射角为预设角度α，光束斜射入待测元件50的折射角为α’，此时，光束经过第三路径传播后，第二传感器40在预设位置接收光束。即当测量装置位于理想位置时，第二距离为0。

图5为本发明实施例一提供的一种第二传感器基于分光器所形成的虚像位置的示意图。第二传感器40到分光器20的距离L2不等于第一传感器30到分光器20的距离L1，第二传感器40基于分光器20所形成的虚像位置如图5所示，虚像位置距第一传感器30的距离为L。由于第一路径中，第一传感器30到分光器20的距离为L1，第二传感器40到分光器20的距离为L2，因此，L＝L2-L1。由此可以看出，分光器的作用是将光束分为两束，分别至第一传感器30和第二传感器40。第一传感器30和第二传感器40在图中的位置可以互换。

由于在实际的测量中，测量装置无法保证始终处于理想位置，因此，实际光束射入待测元件50的第一表面501的入射角为α1，光束斜射入待测元件的折射角为α2。当光束垂直射入第二传感器时，

可选的，α的取值范围为30°至85°。

在一实施例中，光束射入第一传感器30的入射角α3的取值关系到测量装置的测量精度。

具体的，测量装置的测量精度

可见，α3的取值越大，测量装置的测量精度越高，通常，在不影响光束接收的情况下，α3＝45°。

根据上述的方法可以看出，采用测量装置可以得到任意两个目标位置处的厚度，因此，控制单元还可以根据任意两个目标位置处的厚度，计算待测元件在任意两个目标位置间的楔形角。

待测元件在任意两个目标位置间的楔形角

其中，h_i为目标位置i处的厚度，h_i-1为目标位置i-1处的厚度，x为目标位置i距目标位置i-1的距离。

本发明实施例提供了一种测量装置，包括：控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器，控制单元分别与光源、第一传感器和第二传感器电连接；其中，光源设置在待测元件的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束；分光器设置在光束的传播路径上，传播路径至少包括第一路径、第二路径和第三路径；第一传感器，用于接收经过第一路径和第二路径传播的光束，并确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；第二传感器，用于接收经过第三路径传播的光束，并确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；控制单元，用于根据第一距离和第二距离，确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件的位置。通过设计测量装置，令测量装置包括控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器；光源设置在待测元件的一侧，用于在控制单元的控制下发出光束；分光器设置在光束的传播路径上；第一传感器接收经过第一路径和第二路径传播的光束，并确定第一距离，第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；第二传感器接收经过第三路径传播的光束，并确定第二距离，第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；以使得控制单元根据第一距离和第二距离，确定待测元件在目标位置处的厚度，目标位置为光束斜射入待测元件的位置。如此，测量单元能够采用非接触的方式准确测量待测元件的厚度，为计算待测元件的楔形角提供基础，并且该测量装置结构简单、易于实现，具有良好的实用性和可推广意义。

实施例二

图6为本发明实施例二提供的一种测量系统的结构示意图，如图6所示，测量系统包括机械结构1和上述任一实施例中的测量装置2，测量装置2固定在机械结构1上，机械结构1用于带动测量装置2移动，以测量待测元件50在任意位置处的厚度。

测量装置2在机械结构1的带动下测量任意两个位置的厚度，并记录两点之间的距离x，根据这两个位置的厚度和两点之间的距离计算两点之间的楔形角。具体的，待测元件在任意两个目标位置间的楔形角

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种测量装置，其特征在于，包括：控制单元、光源、分光器、第一传感器和第二传感器，所述控制单元分别与所述光源、所述第一传感器和所述第二传感器电连接；其中，

所述光源设置在待测元件的一侧，用于在所述控制单元的控制下发出光束；

所述分光器设置在所述光束的传播路径上，所述传播路径至少包括第一路径、第二路径和第三路径；

所述第一传感器，用于接收经过所述第一路径和所述第二路径传播的所述光束，并确定第一距离，所述第一距离为两个光束接收位置间的相对距离；

所述第二传感器，用于接收经过所述第三路径传播的所述光束，并确定第二距离，所述第二距离为光束接收位置与预设位置间的相对距离；

所述控制单元，用于根据所述第一距离和第二距离，确定所述待测元件在目标位置处的厚度，所述目标位置为所述光束斜射入所述待测元件的位置。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述分光器为部分透过部分反射的光学镜片。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述光学镜片的面型为平面镜或者抛物面镜。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，

所述第一路径为所述光束依次经过所述待测元件的第一表面反射、所述分光器透射后，射入所述第一传感器的路径；

所述第二路径为所述光束依次经过所述待测元件的第一表面折射、所述待测元件的第二表面反射、所述待测元件的第一表面折射、所述分光器透射后，射入所述第一传感器的路径；

所述第三路径为所述光束依次经过所述待测元件的第一表面反射和所述分光器反射后，射入所述第二传感器的路径。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述待测元件在目标位置处的厚度

其中，d1为所述第一距离，α3为所述光束射入所述第一传感器的入射角，α1为所述光束斜射入所述第一表面的入射角，α2为所述光束斜射入所述待测元件的折射角，α1基于所述第二距离确定，α2基于α1和所述待测元件的折射率确定，k为补偿系数，所述补偿系数基于所述待测元件的曲率半径确定。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，当所述光束垂直射入所述第二传感器时，

其中，α为预设角度，所述预设角度与所述预设位置相对应，d2为所述第二距离，L为所述第二传感器基于所述分光器所形成的虚像位置距所述第一传感器的距离。

7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置的测量精度与α3的大小成正比。

8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，α的取值范围为30°至85°。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述控制单元，还用于根据任意两个所述目标位置处的厚度，计算所述待测元件在任意两个所述目标位置间的楔形角。

10.一种测量系统，其特征在于，包括机械结构和如权利要求1-9中任一所述的测量装置；其中，

所述测量装置固定在所述机械结构上，所述机械结构用于带动所述测量装置移动。