CN206741109U - 一种光学显示模组图像生成单元旋转调整系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种光学显示模组图像生成单元旋转调整系统，包括控制单元、执行机构、图像检测装置及标准光栅成像系统，所述标准光栅成像系统所成虚像与图像生成单元所成虚像位于同一成像位置并形成莫尔条纹，所述执行机构可吸附图像生成单元，所述图像检测装置对光学显示模组虚像进行成像，所述控制单元分别与执行机构和图像检测装置相连，控制单元用于接收图像检测装置发送的成像参数，并控制执行机构带动图像生成单元进行旋转调整。本实用新型提出的旋转调整方法，运用图像检测装置代替人眼，完成自动化检测，装配精度高。

Description

一种光学显示模组图像生成单元旋转调整系统

技术领域

本实用新型属于光学显示技术领域，涉及光学显示模组装配问题，具体涉及一种光学显示模组图像旋转调整系统。

背景技术

目前增强现实、虚拟现实、混合现实等光学显示模组显示的图像需要与实际外界图像融合，因此光学显示模组所显示图像的旋转误差需要精确控制，以达到光学显示模组所显示的图像水平线与实际图像水平线重合。

目前，该类光学显示模组装配过程中，图像生成单元与光学镜头之间的相对位置误差，人工依靠光学元件、结构件加工精度保证，因此图像旋转容易存在较大误差。尤其随着图像生成单元的尺寸越来越小，图像旋转误差越来越大，很多情况下需要人工拆装反复调试，结构件损坏严重，加工效率低。

一般情况下，光学显示模组显示特定图案，如水平条纹，通过相机对光学显示模组所成虚像直接成像。与实际水平线进行比对，计算出图像旋转误差。一方面：这种方法图像处理的最小单元为光学显示模组的一个像素，因此精度为atan(1/水平方向像素总数)，精度低。另一方面，这种方法对相机的精度要求较高，需要像素数目不少于光学显示模组像素数目。因此，急需要一种光学显示模组图像旋转调整方法。

发明内容

针对上述现有的依靠光学显示模组加工件精度保证装配精度，从而导致结构件损坏严重，加工效率低的技术问题，本实用新型提供了一种光学显示模组图像旋转调整系统，具体通过如下技术方案予以实现：

一种光学显示模组图像生成单元旋转调整方法，图像生成单元的旋转调整量

其中，图像生成单元所成虚像与标准光栅成像系统所成虚像条纹周期均为d，图像生成单元所成虚像位于理想位置时形成莫尔条纹Ⅰ，图像生成单元所成虚像偏离理想位置时，形成莫尔条纹Ⅱ，m_Ⅰ和m_Ⅱ分别为莫尔条纹Ⅰ和莫尔条纹Ⅱ的莫尔条纹宽度，理想位置时形成的理想虚像与水平方向存在已知的预设夹角为

本实用新型还提供一种图像生成单元旋转调整系统，包括控制单元、执行机构、图像检测装置及标准光栅成像系统，所述标准光栅成像系统所成虚像与图像生成单元所成虚像位于同一成像位置并形成莫尔条纹，所述执行机构可吸附图像生成单元，所述图像检测装置对光学显示模组进行成像，所述控制单元分别与执行机构和图像检测装置相连，控制单元用于接收图像检测装置发送的成像参数，并控制执行机构带动图像生成单元进行旋转调整，旋转调整量为η。

所述标准光栅成像系统包括检测光栅、照明单元、缩放镜头及合光镜，检测光栅由照明单元照明，经缩放镜头和合光镜反射，成虚像与图像生成单元所成虚像位于同一成像位置。

所述合光镜包括镀有半反半透膜的平面镜或合光棱镜。

所述旋转调整系统还包括固化装置，所述固化装置对图像生成单元的位置进行固定。例如UV固化器。

进一步，所述执行机构包括机器臂。

进一步，所述图像检测装置包括数码相机或工业相机，图像检测装置图像分辨率、像素数目可低于光学显示模组。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：

1、本实用新型提出一种光学显示模组图像旋转调整系统，运用图像检测装置代替人眼，完成自动化检测，同时，运用执行机构代替人工操作，调整过程几乎不需人工干预，直接通过执行机构控制图像生成单元进行旋转量调整，自动化程度高，提高装配效率，降低了人力成本。

2、本实用新型的装配系统，实现了光学显示模组装配、检测一体化，避免不合格品人工反复拆装、检测。

3、本方法对图像检测装置的精度要求不高，图像检测装置图像分辨率、像素数目可低于光学显示模组像素数目，有利于降低成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型方案作进一步详细解释和说明。

图1为本实用新型光学显示模组图像旋转调整系统示意图；

图2(a)为本实用新型实施例2标准光栅成像系统所成水平条纹虚像，(b)为本实用新型实施例2图像生成单元所成理想虚像(理想虚像与水平方向夹角为 )。

图中各标号的含义为：

1-控制单元，2-执行机构，3-图像检测装置，4-检测光栅，5-照明单元，6-缩放镜头，7-合光镜，8-固化装置，9-图像生成单元，10-光学镜头，11-安装支架，12-成像位置。

具体实施方式

光学显示模组包括图像生成单元9和光学镜头10，实际中图像生成单元9和光学镜头10需要以一定的装配精度进行装配，装配精度直接影响图像成像质量，图像生成单元9一般包括显示器件及背光单元，显示器件包括OLED、LCD、LCOS等显示器件，光学镜头10包括透射光学系统，反射光学系统、光波导光学系统等，其功能为将图像生成单元9图像进行投影显示，供人眼观看。图像生成单元9和光学镜头10的相对位置关系确定，需要精确装配，图像生成单元9和光学镜头10可以有共同的安装支架11，以一定的装配精度通过安装支架11装配在一起，或者图像生成单元9和光学镜头10以一定的装配精度直接固连，本实用新型不做限定。

本实用新型是在假定图像生成单元9相对于光学镜头10的水平位置距离已经精确控制的基础上，再对图像生成单元9一个面内的旋转量进行调整，因此，图像生成单元9所成理想虚像与图像生成单元9所成实际虚像处在同一位置，只是所成的虚像不完全重合存在旋转夹角，以下的实施例均假定图像生成单元9相对于光学镜头10的水平位置距离已经调整好。

本实用新型基于莫尔条纹原理，因此需先使图像生成单元9显示图案(即所成虚像)为水平条纹或者竖直条纹，并且所成虚像与水平面存在一定夹角，这样才会与标准光栅成像系统所成的标准水平条纹或标准竖直条纹形成莫尔条纹。显示的两个虚像图像均为精细图案，形成的莫尔条纹有放大作用，可以利用较低精度的相机精确检测。同时，光学显示模组图像微小旋转角度，会引起莫尔条纹宽度发生较大改变，存在放大作用。利用这种放大作用，检测莫尔条纹宽度变化，来反推图像旋转角度误差，精度可以达到0.01mrad。基于莫尔条纹原理实现光学显示模组装调，是一种光学原理在工程领域的新的应用。

实施例1

本实施例提供一种光学显示模组图像生成单元旋转调整方法，图像生成单元的旋转调整量

其中，图像生成单元所成虚像与标准光栅成像系统所成虚像条纹周期均为d，图像生成单元所成虚像位于理想位置时形成莫尔条纹Ⅰ，图像生成单元所成虚像偏离理想位置时，形成莫尔条纹Ⅱ，m_Ⅰ和m_Ⅱ分别为莫尔条纹Ⅰ和莫尔条纹Ⅱ的莫尔条纹宽度，理想位置时所成的理想虚像与水平方向存在已知的预设夹角为

本实施例中，图像生成单元所成理想虚像与图像生成单元所成实际虚像以及标准光栅成像系统所成虚像，都处在同一个位置，见图1中12位置。事先假定理想虚像与水平面存在不为零的夹角(图2)，为3mrad预先给定，理想虚像与标准光栅成像系统所成虚像都是确定的，因此两者形成的莫尔条纹Ⅰ也是确定的，莫尔条纹Ⅰ的条纹宽度m_Ⅰ可直接得出。预安装图像生成单元9后经图像检测装置3成像，实际虚像会与标准光栅成像系统所成虚像形成莫尔条纹Ⅱ，莫尔条纹Ⅰ与莫尔条纹Ⅱ的条纹周期保持相同，此时莫尔条纹Ⅱ的条纹宽度m_Ⅱ可从图像检测装置3中得到，控制装置经过计算，得出η值，进而控制执行机构按照η调整量进行图像生成单元9旋转，完成图像生成单元9的第一次旋转调整，再次检测Δm(Δm＝|m_Ⅰ-m_Ⅱ|)，经过循环多次调整，直到满足装配精度要求，则调整完毕。其中，图像检测装置图像分辨率、像素数目可低于光学显示模组，例如，光学显示模组分辨率为1280×720像素相机，显示图案为水平条纹，条纹的线条宽度为1像素，线条长度1280像素，条纹周期d＝2像素。图像检测装置选用高分辨率相机，像素数目不低于光学显示模组像素数目，则Δm≥1像素，此时η≥0.009mrad。若图像检测装置选用低分辨率相机，像素数目为光学显示模组的1/10，则Δm≥10像素，则η≥0.09mrad。两种情况下，图像旋转误差均小于相机直接成像得到的检测结果，可以实现更高精度的检测。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种光学显示模组图像生成单元旋转调整系统，包括控制单元1、执行机构2、图像检测装置3及标准光栅成像系统，标准光栅成像系统所成虚像与图像生成单元9所成虚像位于同一成像位置并形成莫尔条纹，执行机构2可吸附图像生成单元9，图像检测装置3对光学显示模组进行成像，控制单元1分别与执行机构2和图像检测3装置相连，控制单元1用于接收图像检测装置3发送的成像参数，并控制执行机构2带动图像生成单元9进行旋转调整，旋转调整量为η，控制单元1的功能实现可通过计算机编程语言，不属于本实用新型重点，本实用新型不做详细介绍。

标准光栅成像系统包括检测光栅4、照明单元5、缩放镜头6及合光镜7，检测光栅4由照明单元5照明，经缩放镜头6和合光镜7反射，成虚像与图像生成单元9所成虚像位于同一成像位置12，二者大小、形状大致相同。合光镜7包括镀有半反半透膜的平面镜或合光棱镜，本实施例中合光镜7成一定夹角位于成像路径上，功能为反射缩放镜头出射光线，透射光学显示模组出射光线。固化装置8对图像生成单元9的位置进行固定。例如UV固化器，将图像生成单元9点胶固定。执行机构2包括机器臂，机器臂可直接从产线自动拾取图像生成单元9，安装至安装支架11的预设位置，或者安装至光学镜头10的镜筒上。执行机构2能够对预设位置进行多自由度旋转微调，以改善投影显示效果，如调整图像生成单元9的旋转，以改善成像，对于将光学模组装配到头盔、智能眼镜等整机产品上时，执行机构2可以调整整个光学模组的位置。图像检测装置3包括数码相机或工业相机，对光学显示模组投影显示图像进行成像，成像后的图像参数包括莫尔条纹宽度等会自动存储在工业相机中。

本系统工作原理为：光学模组调整好之后，光学显示模组虚像存在一个预设夹角θ，一般预设夹角大于3mrad小于30mrad。相机获取莫尔条纹数据通过数据处理，得到莫尔条纹宽度，将此值发送控制单元1。控制单元1根据计算光学显示模组图像旋转误差η进一步控制执行机构2调整图像生成单元9，对计算得到的图像旋转量进行补偿，使得图像旋转误差满足要求。最后，控制固化装置8对光学模组进行固化，完成装配。

具体实现步骤为：

步骤1.固定光学镜头10的位置，执行机构2将图像生成单元9移动至预设位置。

步骤2.图像检测装置3拍摄图像并将莫尔条纹宽度值发至控制单元1。

步骤3.控制单元1根据接收到的莫尔条纹宽度值计算出η，控制执行机构2带动图像生成单元9完成旋转量调整。

步骤4.控制单元1控制固化装置8对图像生成单元9进行点胶固化。

Claims (6)

1.一种光学显示模组图像生成单元旋转调整系统，其特征在于，包括控制单元(1)、执行机构(2)、图像检测装置(3)及标准光栅成像系统，所述标准光栅成像系统所成虚像与图像生成单元所成虚像位于同一成像位置并形成莫尔条纹，所述执行机构(2)可吸附图像生成单元，所述图像检测装置(3)对光学显示模组虚像进行成像，所述控制单元(1)分别与执行机构(2)和图像检测装置(3)相连，控制单元(1)用于接收图像检测装置(3)发送的成像参数，并控制执行机构(2)带动图像生成单元进行旋转调整。

2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述标准光栅成像系统包括检测光栅(4)、照明单元(5)、缩放镜头(6)及合光镜(7)，检测光栅(4)由照明单元(5)照明，经缩放镜头(6)和合光镜(7)反射，成虚像与图像生成单元所成虚像位于同一成像位置，大小、形状与图像生成单元所成虚像一致。

3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括固化装置(8)，所述固化装置(8)对图像生成单元的位置进行固定。

4.如权利要求3所述系统，其特征在于，所述固化装置(8)包括UV固化器。

5.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述执行机构(2)包括机器臂。

6.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述图像检测装置(3)包括数码相机或工业相机。