CN210322247U - 一种光学模组装调测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光学模组装调测试装置，该装置通过在光学模组的成像光路上设置相机，用来模拟人眼的视觉效果，采集显示器件显示的测试图例在相机中的成像，通过采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标来判断显示器件是否达到预定位置，通过在线调整显示器件的位置，直到满足测试图例图像的质量指标的设计要求。该装置能够根据相机拍摄的测试图例图像质量指标，及时调整显示器件的位置，一定程度上补偿光学模组的结构公差、装配公差和像差对光学模组成像品质造成的不良影响，有助于提高产品良率和组装效率。

Description

一种光学模组装调测试装置

技术领域

本实用新型涉及光学模组的装调测试技术，具体涉及一种光学模组装调测试装置。

背景技术

现代计算机技术、显示技术、传感器技术等多种科学技术促进了AR(AugmentedRealiy，简称增强现实)和VR(Virtual Reality，简称虚拟现实)体验的系统的开发，VR场景在多维信息空间上创建了一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力；AR场景将虚拟信息应用于真实世界，真实的环境和虚拟环境实时地叠加到同一个画面或空间同时存在。

AR和VR显示器件的原理是将显示器产生的近处影像通过光学系统(光学模组) 拉到远处放大，近乎充满人的视野范围，从而产生沉浸感。对于AR、VR眼镜等这类产品来说，其光学模组主要包括光学显示器件、光学镜片组件和支架，为保证产品良好的显示效果，光学模组的各部件之间需满足严格的对位精度要求。现有的光学模组产品一般通过控制上述光学组件的加工精度来保证产品的结构精度，通过组装治具或手工工艺来保证组装对位精度，最后通过对成品的成像质量的检测来剔除不合格产品，最终实现产品质量的管控。

通常导致光学模组装调偏差的主要因素是零部件的结构公差和组装过程的装配公差，且这两种误差都是不易消除的；此外，对于镜片一类的光学组件而言，还不可避免的存在像差，现有的以机械对位为标准的组装和测试无法克服像差因素对最终成像效果的影响。因此，现有的光学组件装调测试流程和工艺往往导致产品良率偏低，效率低下，产品稳定性、一致性差，成本飙升，目前的方法并不适用于大规模量产。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光学模组装调测试装置，用于将光学模组的显示器件固定于光学模组主体上，包括：固定座(3)和相机(2)，所述固定座具有至少一用于限定光学模组主体的入瞳光轴位置的基准。

可选的，上述装置中，所述基准包括柱体或锥体，光学模组主体上设有与该基准匹配的柱状通孔或锥状通孔。

可选的，上述装置中，所述基准为平面，光学模组主体上具有的与该基准平面匹配的部分与该基准平面贴合；

所述固定座(3)还设有用于限定光学模组主体的位置的限位件，限位件与光学模组主体具有的与该限位件匹配的组件配合，使得光学模组主体位置被限定为不能转动或仅能绕光学模组的光轴转动或沿所述光学模组的光轴平移。

可选的，上述装置中，所述基准包括作为限位件的第一基准(31)、第二基准(32)以及设置在固定座(3)表面的第三基准(33)，第一基准(31)和第二基准(32)为呈角度设置的基准面，且两个基准面均垂直于第三基准(33)。

上述装置中，所述角度为50°-120°，优选为86°、88°或90°。

进一步的，上述装置中，所述固定座(3)还设有基准孔(34)，所述基准孔(34) 的轴线与所述光学模组主体的入瞳光轴平行且二者的距离不大于5mm；优选的，所述基准孔(34)的轴线与所述光学模组主体的入瞳光轴重合。

进一步的，上述装置还包括用于调节显示器件位置的第一调节机构(1)，所述第一调节机构(1)设有夹持机构，该夹持机构的一端设置有拾取部。

可选的，上述装置中，所述拾取部为夹爪、吸盘、磁铁中的任一种。

进一步的，上述装置包括用于调节相机(2)位置的第二调节机构(6)，所述第二调节机构(6)与相机(2)连接。

进一步的，上述装置还包括一处理器(5)，相机(2)和第一调节机构(1)的数据接口分别连接至处理器(5)。

本实用新型还提供一种光学模组装调测试装置，用于将光学模组的显示器件固定于光学模组主体上，包括：

控制模块(10)，与第一调节机构(1)进行数据交互，用于控制第一调节机构(1) 调节显示器件的位置；

图像获取模块(20)，与相机(2)进行数据交互，用于获取相机(2)采集的显示器件显示的测试图例的图像；

计算模块(30)，与图像获取模块(20)信号连接，用于计算表征测试图例图像质量的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标；

判断模块(40)，与计算模块(30)信号连接，用于判断测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标是否满足设计要求；

预定位置确定模块50，与判断模块(40)信号连接，用于在判断模块(40)所判定清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标满足设计要求的图像中选定具有最优指标的图像，将该图像所对应的显示器件位置作为预定位置；

控制模块(10)与判断模块(40)信号连接，根据获取的判断结果生成控制指令并传输至第一调节机构(1)，以调节显示器件的位置。

进一步的，上述光学模组装调测试装置中，所述计算模块(30)包括：

清晰度指标计算模块(301)，用于根据图像清晰度算法计算表征测试图例图像清晰度的梯度算法值或灰度统计值；

光轴偏移量指标计算模块(302)，用于根据式1)计算测试图例图像的中心特征点与原测试图例的中心特征点之间的偏移量，以表征光轴偏移量指标；

式1)为：

畸变指标计算模块(303)，用于根据式2)计算测试图例图像的畸变量或放大率以表征该光学模组的畸变指标；

式2)为：

其中，选取的四边形特征中，ab和cd为竖直方向的两条边的矢量长度，ac和bd为水平方向上的两条边的矢量长度。

进一步的，上述光学模组装调测试装置中，所述畸变指标计算模块(303)具体用于：

选取测试图例的四个角部最外侧的四个特征点，针对每个角部四个特征点所形成的方块，根据式2)分别计算显示器件水平方向的畸变量和竖直方向的畸变量；

选取显示器件显示的测试图例的图像中任意两点的距离与测试图例图像对应位置两点距离的比例关系，处理得到放大率。

进一步的，上述光学模组装调测试装置中，所述控制模块(10)具体用于，控制第一调节机构(1)从显示器件对应的安装区域的一端以设定步长沿设定方向运动，或者以显示器件的中心为轴心在设定的旋转区域的一侧以设定角度步长沿顺时针或逆时针旋转。

进一步的，上述光学模组装调测试装置中，所述预定位置确定模块(50)具体包括：

选取标记位置的模块，所述标记位置为在特定范围内具有清晰度值最大值的测试图例图像所对应的位置；或

所述标记位置为在边缘行、列清晰度值和中心行、列清晰度值满足预设范围的图像中，中心行、列清晰度值最大的图像所对应的位置；

选取第一预定位置的模块，所述第一预定位置为在测试图例图像的对称位置的清晰度差值满足预设范围的图像中，选取清晰度差值最小的图像所对应的显示器件的位置；

选取第二预定位置的模块，所述第二预定位置为在光轴偏移量指标满足设计要求的测试图例图像中，选取测试图例图像的光轴偏移量最小的图像所对应的显示器件的位置；

选取第三预定位置的模块，所述第三预定位置为第一位置和第二位置处获取的测试图例图像的畸变，畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的位置，其中，显示器件长度方向上获取的测试图例图像的畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第一位置，选取显示器件宽度方向上获取的测试图例图像的畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第二位置。

进一步的，上述光学模组装调测试装置还包括预定位置校验模块(60)，所述预定位置校验模块(60)与预定位置确定模块(50)、控制模块(10)信号连接，具体包括：确定显示器件最终的预定位置的模块，即校验显示器件位于预定位置确定模块 (50)所获取的预定位置处，相机(2)采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标是否满足设计要求；若均满足设计要求，则该位置即为显示器件最终的预定位置；重新调整显示器件的位置的模块，即校验显示器件位于预定位置确定模块(50)所获取的预定位置处，相机(2)采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标不满足设计要求，在该预定位置处的前后和/或左右重新确定运动范围，并将重新确定的范围发送至控制模块(10)，重新调整显示器件的位置。

采用以上方案，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型使用相机模拟人眼的成像效果，相机光学参数接近人眼光学参数，保证成像效果与人眼成像一致，使成像满足人眼舒适度；通过相机实时采集测试图例图像的清晰度、光轴偏移量和畸变指标等图像质量指标，并根据获取的测试图例的图像质量指标，通过第一调节机构实时调整显示器件的位置，来补偿光学模组其他光学组件的结构公差和组装公差对成像质量造成的不良影响，保证较好的成像质量，组装的同时完成该光学模组的测试，提高产品良率和成品组装测试效率，保证了光学模组产品的一致性。本实用新型装调测试装置操作简单，稳定可靠，适应量产需求。

附图说明

图1A是应用于AR眼镜中光学模组的成像结构示意图；

图1B是本实用新型光学模组装调测试装置的应用场景示例；

图2是本实用新型光学模组装调测试装置的一个实施例的框图；

图3A至图3E是用于测试本实用新型光学模组成像质量的测试图例；

图4A-1、图4B和图4C是识别出的测试图例的特征示例；

图4A-2是其中一个测试图例中圆心与相机采集的图像识别的圆心的叠加示意图；

图5A是测试图例图像的竖直方向的清晰度曲线；

图5B是测试图例图像的水平方向的图像清晰度曲线；

图6是测试图例图像识别的方块特征的梯形畸变示意图；

图7是本实用新型装调测试装置的实施例的整体示意图；

图8是本实用新型装调测试装置的局部结构示例。

图中附图标记表示为：

01-光学弧片，02-光学平片，03-显示器件,04-基准面，05-法线面，06-支架；

1-第一调节机构；2-相机；

3-固定座，31-第一基准；32-第二基准；33-第三基准，34-基准孔；

4-底座；5-处理器；6-第二调节机构；

10-控制模块，20-图像获取模块，30-计算模块，40-判断模块，50-预定位置确定模块，60-预定位置校验模块。

具体实施方式

针对现有的以机械对位为标准的组装和测试无法克服像差因素对最终成像效果的影响的问题，本实用新型提供一种光学模组装调测试装置，该装置将光学模组中的显示器件安装在相对于光学模组主体的预定位置，显示器件接收并显示测试图例的信号，该测试图例通过该光学模组的光路传输在人眼中成像，该显示器件的安装精度影响人眼成像质量，该装置通过在光学模组的成像光路上设置相机，用来模拟人眼的视觉效果，采集显示器件显示的测试图例在相机中的成像，通过采集的测试图例图像质量指标来判断显示器件安装位置是否是预定位置，并通过获取的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标，及时调整显示器件的位置，直到满足预定的指标设计要求。该装置能够通过相机拍摄的图像质量指标，及时调整显示器件的位置，一定程度上补偿光学模组的结构公差、装配公差和像差对光学模组成像品质造成的不良影响，有助于提高产品良率和组装效率。

需要说明的是，在本实用新型下述实施例中，初始位置并非是指使光学模组达到最佳性能或使该光学模组成像质量最佳的位置，预定位置是指在所有涉及的位置中能够使光学模组的性能或成像质量达到相对最佳的位置，其中，第一预定位置至第三预定位置只是方便对操作步骤中的位置的进行描述而定义的，“第一”至“第三”并不代表顺序，也不具有其他限定类型等含义。另外，本实用新型中所提到的设计要求是指光学模组中显示器件调整至预定位置后，拍摄到的显示器件所显示的测试图例的图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标要求，因不同的应用场合所要求的精度不同，清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标要求也有所不同，本申请对此具体数值范围并不做限制，本领域技术人员应能够理解设计要求的含义。

测试图例是为了便于观察、计算该光学模组成像的图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标而专门设计的图形模式(pattern)，本实用新型的测试图例可以是由数行、数列实心圆或线对形成的方格或横竖线或者实心圆与线对方格的组合形成的图形模式(参见图3A至图3E)，或者或棋盘格或二维码所形成的图形模式；优选为技术航、奇数列实心圆或线对形成的方格或横竖线或者实心圆与线对方格的组合形成的图形模式，当然，本实用新型装置并不限于该测试图例，也可以是其他合适的测试图例。

下面结合附图及实例对本实用新型光学模组装调测试装置进行详细说明。

本实用新型提供一种光学模组装调测试装置，下面以图1中所示的AR眼镜为例，描述本实用新型装置及具体装调测试过程，当然本实用新型装置应用并不限于此种结构的光学模组，很容易通过局部结构改变并应用于其他结构的光学模组。

如图1A所示，该光学模组包括：

光学弧片01，为具有反射和透射功能的非球面凹面镜，沿其凹面顶面处形成一法线面(光轴所在的面)05，人眼位于该法线面05上；

光学平片02，为具有反射和透射功能的分光镜，其位于人眼前侧，光学平片02 与光学模组的基准面04之间的夹角(即光学平片02的固定角度)由光学系统设计确定；

显示器件03，其与光学模组的基准面04平行设置，光学平片02的反射面朝向光学弧片01和显示器件03，光学弧片01的反射面位于朝向人眼的凹面侧。

该光学模组将显示器件03发出的光线投射至作为分光镜的光学平片02上，光学平片02将一部分光线进行反射，反射的光线投射至光学弧片01的凹面内侧，然后反射并穿过光学平片02成像于人眼中，同时，外界的光线穿过光学弧片01和光学平片 02进入人眼，使AR眼镜用户可同时看到现实世界的物理对象和由显示器件03生成的数字影像，实现增强现实的功能。

显示器件03的装调过程是AR眼镜中光学模组装调流程中的重要一步，显然，光学弧片01、光学平片02和显示器件03需要满足一定的空间位置关系以实现上述功能。在一个实施例中，该空间位置关系由支架06保证，在这种情况下，在这种情况下，支架06被预先设计成具有基准或者具有与基准配合的组件，以使得光学弧片01、光学平片02和显示器件03能够相对于基准以预定的位置关系附接至支架06。以这样的方式，光学弧片01、光学平片02和显示器件03之间的空间位置关系被确定。如图1 所示的实施例中，支架06为横截面为三角形的柱形框架结构，基准面04设置在支架06的一侧架体上，首先将光学弧片01相对于基准面04精确固定在支架06一侧架体上，再将光学平片02精确固定在相对于基准面04呈预设角度的支架06的另一侧架体上，最后再将显示器件03安装在支架06的基准面04所在的一侧。

根据上述成像原理，在光学弧片01和光学平片02固定在支架06以后，系统的光轴就确定了，在虚像距设定好的情况下显示器件03的最佳位置也随之固定。若显示器件03装调位置偏离预定位置，可能会和其他组件(光学弧片01和光学平片02) 的装调误差复合在一起造成成像畸变(如梯形畸变)，同时会影响成像清晰度，降低成像质量；如果装调一致性无法保证，也会降低AR眼镜后续双目调节的对准良率。

图1B为本实用新型光学模组装调测试装置的应用场景示例。如图1B所示，该实施例中，该光学模组装调测试装置包括第一调节机构1、相机2和处理器5，其中：

设定显示器件03的显示区域的长度方向为X轴方向，显示区域的宽度方向为Y 轴方向。

在图1B所示的实施例中，第一调节机构1包括调节平台和设置在调节平台上的操作臂，调节平台具有前后、左右、垂直方向的移动驱动机构以及绕X轴、Y轴和垂向Z轴旋转的旋转驱动机构，能够实现显示器件03前后移动、左右移动、高低调整以及绕X轴、Y轴和Z轴的旋转六个维度的调整。操作臂设置在调节平台上，操作臂可为具有伸缩功能的杆件，其端部设有用于固定显示器件的结构，例如，粘接、夹持或吸附显示器件03的粘接台、夹持端或吸附扣，调节平台能够驱动操作臂做平移、旋转运动。

另一实施例中，操作臂设置有夹持机构，该夹持机构的一端设置有拾取部。进一步地，所述拾取部可为磁铁。

相机2置于图1A所示的人眼处，通过模拟人眼的视觉效果，拍摄显示器件03所显示的图像在相机2的镜头中所成的虚像的图像，并通过对该图像质量的分析来判断显示器件03是否调整到预定位置(即光学模组光学性能相对最佳的位置或光学模组成像质量相对最佳的位置)。

相机2设置在一相机支架上，调整相机支架位置至相机预定位置，使得相机2位于光学模组的理论光轴上(即图1A中的光学弧片01的法线面05上)，并将相机2的光圈值调整至与人眼瞳孔大小一致(约3mm-5mm)，调整相机2使其入瞳位置与光学模组的出瞳位置匹配，以满足相机2成像的光路与人眼感知的视场一致；然后调整相机 2的对焦环，使其对焦距离与光学模组的理论虚像距一致，或调整相机的光轴与光学模组的光轴平行且二光轴之间的距离在5mm之内；优选地，相机的光轴与光学模组的光轴重合。

在一个实施例中，相机2、显示器件03和第一调节机构1的数据接口均连接至处理器5，处理器5将测试图例(预设图例)发送至显示器件03进行显示，在显示器件 03显示的测试图例发出的光经光学模组的光路进入相机2成像，相机2拍摄的图像信号传送至处理器5进行分析处理，提取、计算表征图像质量的指标，根据获取的指标控制第一调节机构1调整显示器件的位置使图像清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标满足设计要求；或者处理器5根据获取的图像质量指标生成控制指令，发送至调节平台的驱动机构，驱动操作臂调节显示器件03至预定位置(即光学模组光学性能相对最佳的位置或光学模组成像质量相对最佳的位置)。

图像质量的指标主要包括清晰度、光轴偏移量、畸变指标，其中：

图像的清晰度指标是衡量图像质量优劣的重要指标，其能够较好的与人的主观感受相对应，清晰度指标较低表现为图像的模糊。

针对图3C和图3E所示的测试图例图像，分别按照实心圆所在行和列分别计算测试图像的清晰度，该实施例中，共五行五列，分别绘制在列序-清晰度值和清晰度值- 行序的坐标系中，如图5A和图5B所示。通过第一调节机构1调节显示器件03的位置，使图像清晰度呈中心高周围低的趋势，满足AR或VR光学模组成像的清晰度要求。

本实用新型中，在光学模组主体和相机2位置已经调整到位的情况下，图像清晰度与显示器件03在光学模组中的安装位置有关。根据物像关系，显示器件03在支架 06上的安装位置(物的位置)，决定了其投影出来的虚像位置和像面倾斜角度(像的位置)，显示器件03离其安装面(相对于光学模组主体的安装位置)的远近，改变了光学系统中物的位置，其像也跟着相应改变，此时相机2拍摄的图像会呈现失焦-合焦-再失焦的变化过程，反应到图像清晰度值就是先增大，后降低，中间会有一个峰值，该峰值对应的显示器件03的位置为显示器件安装面的法线方向上的预定位置。调节显示器件03的前后和左右倾斜，使图像清晰度分布左右对称(判断标准是左右清晰度差满足设计要求，即对称位置的清晰度差值小于预设值)。

图像的中心偏移量可以反映所拍摄图像的光轴偏移量，通过显示器件03显示的测试图例的特征点位置(例如，图3A和图3B的测试图例选取线对方格的交点为特征点，图3C和图3E的测试图例选取实心圆的圆心位置为特征点，图3D的测试图例选取横线和竖线的交叉点为特征点)与相机2拍摄的图像的对应特征点分别映射至同一个坐标系中(参见图4A-2)，计算测试图例的图像中心处的特征点偏移量即为中心偏移量指标。当然，测试图例并不限于上述描述的测试图例，其他能够描述图像中心平移量的测试图例均适用该测量流程。

如图4A-2所示，X轴方向对应显示器件03的显示区域的长度方向(水平方向)，Y轴方向对应显示器件03的显示区域的宽度方向(垂直方向)，选取显示器件03的显示区域中的预设点(例如显示区域的中心点)为原点建立坐标系，所述预设点一般为显示区域的中心点，或者选取或预先设置的某一特征点，将测试图例的中心特征点与获取的测试图例图像的中心特征点映射至同一坐标系中，光轴偏移量计算：

根据x偏移量和y偏移量，将显示器件调整至满足光轴偏移量设计要求的位置；优选地，所述设计要求是指x偏移量和y偏移量均在±30个像素之内；更优选地，所述设计要求是指x偏移量和y偏移量均在±10个像素之内。

一旦显示器件03位置偏移，相机2拍摄的图像与测试图例相比会出现畸变(例如图6所示的梯形畸变)，畸变是评价光学模组成像质量的重要指标之一，梯形畸变是经常出现的一种畸变形式。

畸变指标包括畸变量和放大率两个指标。

导致模拟人眼的相机2所拍摄图像产生畸变的原因主要是显示器件03的投影光轴与支架06上其他光学部件的光轴不一致，具体来讲，显示器件03的光轴偏斜，造成投影图像的左、右或上、下两侧的图像不对称，呈现梯形畸变现象。

畸变指标可采用相对指标来表征，如图6所示，选取测试图例中的任一四边形特征，获取测试图例图像对应四边形的图像，则梯形畸变量的计算方法如下：

其中，选取的四边形特征中，ab和cd为竖直方向的两条边的矢量长度，ac和bd为水平方向上的两条边的矢量长度。放大率是指光学模组所呈的图像与测试图例图像的比例关系。可选取显示器件03显示的测试图例中任意两点的距离与测试图例图像对应位置两点的距离的比例关系，处理得到放大率。放大率要求的范围通常为50-200 倍。优选的，本实用新型处理器5将预设图例作为测试图例(参见图3A至图3E)发送至显示器件03显示，测试图例发出的光经光学模组的光路在相机2中成像，相机2 将拍摄的像的图像发送至处理器5，通过处理器5对图像进行分析处理，获取该图像清晰度数据(参见图5A和图5B)、光轴偏移量指标和畸变指标，并通过第一调节机构 1调节显示器件03的位置，使图像清晰度、光轴偏移量、畸变量和放大率满足设计要求。

所述预设图例是由数行、数列实心圆，或线对形成的方格，或横竖线，或实心圆与线对方格的组合形成的图形模式、或棋盘格或二维码(二维码包括直角坐标二维码、极坐标二维码)所形成的图像模式。优选的，选择奇数行、奇数列实心圆作为测试图例，实心圆图像拟合的圆心位置受成像误差影响比较小。

本实用新型光学模组装调测试装置通过实时检测模拟人眼的相机2拍摄的图像的清晰度、光轴偏移量、畸变量和放大率等成像指标，并由处理器5控制第一调节机构 1根据获取的成像质量指标实时调整显示器件的位置，来补偿光学模组其他光学组件的结构公差和组装公差对成像质量造成的不良影响，保证较好的成像质量，组装的同时完成该光学模组的测试，提高产品良率和成品组装测试效率，保证了光学模组产品的一致性。

在光学模组装调测试之前还设有相机校准步骤：在预定的基准位安装相机支架，相机2安装在相机支架上，调整相机2的位置和参数，即调整相机2的对焦距离至目标对焦距离，调整相机2的光圈值与人眼的瞳孔大小一致，并使相机2的出瞳面和光学模组的入瞳面匹配；相机2将拍摄的在显示器件上显示的测试图例的图像发送至处理器5，处理器5提取、计算该光学模组的成像质量指标(包括清晰度、光轴偏移量、畸变量和放大率)，并根据获取的成像质量指标调整显示器件的位置。

优选的，在光学模组装调测试过程中，参照图7和图8，光学模组主体安装在一固定座3上，固定座3至少具有一基准和一基准孔34，光学模组主体能够相对该基准安装在固定座3上，使得该光学模组主体的入瞳光轴与该基准孔34的轴线平行且二者距离不大于5mm(优选为重合)，例如，该基准包括柱体或锥体，光学模组主体上设置有与该基准匹配的部分，例如，柱状通孔或锥状通孔，只要光学模组主体与该基准匹配安装，光学模组主体的位置便唯一确定，有利于光学模组主体的安装，保证其位置的一致性；若该基准为平面，固定座3还设有限位件，光学模组主体上设有与该限位件匹配的组件，例如相互垂直的第一基准31和第二基准32(相互垂直的基准面确定的安装空间，只要光学模组主体紧贴第一基准31和第二基准32放置即可)，限位件与该基准配合将光学模组主体的位置确定。该实施例中，设置基准孔34的目的是为了便于校准相机2的位置-，只需要保证相机2的光轴与基准孔34的轴线平行且二者距离不大于5mm(优选为重合)，相机2即调整至相机预定位置。通过基准孔34校准相机2的位置的方法是：相机2对基准孔进行拍照，相机2获取的基准孔34的图像为同心圆，表明相机2的光轴与基准孔34的轴线重合。

更进一步，相机2的镜头光圈模拟人眼的瞳孔，相机2的感光片相当于人眼的视网膜，调整相机2的位置使相机2的光轴与光学模组的光轴重合，此时，相机2的虚像距一定，调整相机2的调焦环，调节相机对焦距离至目标对焦距离，调节相机的光圈值，使之与人眼瞳孔大小一致，例如镜头焦距8mm，F数2.0，此时光圈大小为8/2＝4mm，与人眼接近。

根据以上分析，光学模组装调测试流程包括以下步骤：

将光学模组主体置于预定位置，并将显示器件置于初始位置。

将光学模组主体(例如，安装至支架06上的光学弧片01和光学平片02)置于预定位置，并将显示器件安装至操作臂的端部并移动至初始位置。初始位置并非使光学模组的光学性能达到最佳的位置，预定位置为在所涉及的位置中使光学模组的光学性能达到相对最佳的位置。显示器件置于初始位置后，还需要第一调节机构1驱动显示器件03在初始位置附近不断运动以调整显示器件至预定位置，使得该光学模组的光学性能达到相对最佳。

控制第一调节机构1调整显示器件的位置，相机2采集显示器件显示的测试图例的图像，计算待组装光学模组的成像清晰度指标，在清晰度指标满足设计要求的测试图例图像中，选取清晰度值最优的图像所对应的显示器件位置为第一预定位置。

进一步的，预设的测试图例可以是图3A至图3E所示的图形模式，相机2将拍摄的该测试图例的图像发送至处理器5中进行分析处理，根据现有的图像清晰度算法计算该图像清晰度值。

针对图1A和图1B所示的光学模组来说，显示器件03成像清晰度指标的具体调整步骤如下：

1、第一调节机构1驱动显示器件03以设定步长沿显示器件03的显示区域的法线方向运动；

2、相机2依次采集所经过的每一位置处的显示器件显示的测试图例经所述光学模组成像的图像，同时记录该图像所对应的位置；

3、计算采集的每一测试图例的图像的清晰度指标，并确定最优清晰度指标所对应的运动位置作为标记位置；

4、将显示器件移至所述标记位置，设定显示器件的显示区域的长度方向为X轴，显示区域的宽度方向为Y轴；第一调节机构1驱动显示器件分别沿X轴和Y轴以设定角度步长在预设范围内旋转，然后重复步骤2和3，并确定最优清晰度指标所对应的运动位置作为第一预定位置。

在上述步骤1中，第一调节机构1驱动显示器件03运动时，设定步长对应每一次运动对应的运动距离，例如显示器件的显示平面的法线方向运动步长0.1mm；运动方向是前进或后退等。优选的，可采用可变步长，例如，将显示器件03离光学模组的安装面较远的位置的运动步长变大，显示器件03离安装面较近的地方运动步长变小。

在上述步骤2中，第一调节机构1每次运动时，其所携带的显示器件03的位置也会发生变化，因而待组装光学模组的成像也会发生变化。在该实施例中，对于显示器件03运动的每一个位置，均记录此时待组装光学模组成像的图像，并记录该图像所对应的运动位置。这里，记录工具可以是处理器5，可以通过第一调节机构1对应的刻度记录。

在上述步骤3中，每一图像的清晰度指标可根据图像清晰度算法计算该图像对应的清晰度值，获取的显示器件03所显示的测试图例的图像中，在满足预设范围内的测试图例的图像中选取清晰度值最大的图像所对应的位置作为标记位置。可选的，采用图像清晰度算法分别按照采集的测试图例图像特征点所在行和列分别计算测试图像的清晰度值，更能体现清晰度的分布，即在边缘行、列清晰度值和中心行、列清晰度值满足预设范围的图像中，选取中心行、列清晰度值最大的图像所对应的位置为标记位置。

在上述步骤4中，第一调节机构1驱动显示器件03旋转运动时，设定角度步长对应每一次运动对应的旋转角度，例如角度步长0.1°，运动方向是顺时针或逆时针。在确定最优清晰度指标时，还要满足图像的上下、左右清晰度值具有一定的对称性，即选取测试图例中对称的行、列区域分别计算其清晰度值，要求对称位置的清晰度差值小于预设值；然后在测试图例图像的对称位置的清晰度差值小于预设值的图像中，选取对称位置清晰度差值最小的图像所对应的显示器件的位置为第一预定位置。

计算显示器件位于第一预定位置时该光学模组的成像的光轴偏移量指标，若获取的光轴偏移量指标满足设计要求，则进行畸变量调节；也可以先进行畸变量调节，再调节光轴偏移量。

根据获取的x偏移量和y偏移量，将显示器件调整至满足光轴偏移量指标设计要求的第二预设位置；优选地，所述设计要求为x偏移量和y偏移量均在±30个像素之内；更优选地，所述设计要求为x偏移量和y偏移量均在±10个像素之内。

选取测试图例的图像的中心特征点与测试图例的中心特征点映射在同一坐标轴中，根据式1)，分别计算该中心特征点在X轴和Y轴的偏移量，即得出光轴偏移量。

显示器件03成像光轴偏移量的具体调整步骤如下：

根据获取的光轴偏移量，处理器5生成控制指令发送至第一调节机构1的驱动机构，驱动第一调节机构1调整显示器件03在X轴和Y轴方向的位置，即：

若x和y为正值，则表明显示器件03在X轴正向偏移量为x，在Y轴正向偏移量为y，则第一调节机构1将显示器件03在X轴反向移动x，在Y轴反向移动y；

若x和y为负值，则表明显示器件03在X轴反向偏移量为|x|，在Y轴反向偏移量为|y|，则第一调节机构1将显示器件03在X轴正向移动|x|，在Y轴正向移动|y|；

若x为正值，y为负值，则表明显示器件03在X轴正向偏移量为x，在Y轴反向偏移量为|y|，则第一调节机构1将显示器件03在X轴反向移动x，在Y轴正向移动|y|；

若x为负值，y为正值，则表明显示器件03在X轴反向偏移量为|x|，在Y轴正向偏移量为y，则第一调节机构1将显示器件03在X轴正向移动|x|，在Y轴反向移动y。

计算该光学模组在第一预定位置处或第二预定位置处成像的畸变指标，若该畸变指标不满足设计要求，控制第一调节机构1调整显示器件的位置，相机2依次采集显示器件显示的测试图例的图像，在畸变指标满足设计要求的测试图例的图像中，选取畸变量最小和放大率满足设计要求的图像对应的位置为显示器件的第三预定位置。

选取识别的测试图例中四个角部最外侧的四个特征点构成的四边形特征(即图4A-1、图4B和图4C中四个角部特征点所形成的四边形)，针对每一四边形，根据式 2)分别计算显示器件03水平方向的畸变量和竖直方向的畸变量，针对每一四边形计算水平方向畸变量和竖直方向畸变量均小于预设值，即满足畸变量设计要求。

选取显示器件显示的测试图例的图像中任意两点的距离与测试图例图像对应位置两点距离的比例关系，处理得到放大率，放大率在预设的放大范围内即满足畸变指标的设计要求。

显示器件03成像畸变指标的具体调整步骤如下：

第一调节机构1驱动显示器件03以设定步长沿显示器件03的长度方向或宽度方向运动，相机2采集该显示器件03所显示的测试图例通过该组装中的光学模组成像的图像；根据式2)计算采集的每一测试图例图像的畸变指标，在满足畸变指标设计要求的测试图例图像中，选取畸变量最小和放大率满足设计要求的测试图例图像所对应的运动位置作为显示器件的第三预定位置。

上述调整光轴偏移量的步骤和调整畸变指标步骤的执行顺序并不限定，显示器件的目标位置即为第一预定位置、第二预定位置和第三预定位置中的其中一个。

该流程还包括一预定位置的确认步骤：

测试显示器件位于第一预定位置、第二预定位置或第三预定位置处，相机2采集的测试图例图像清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标是否满足设计要求，若均满足设计要求，则该位置即为显示器件最终的预定位置；否则在第一预定位置、第二预定位置或第三预定位置处的前后和/或左右重新确定显示器件的运动范围(通常该运动范围比之前确定的运动范围要小，例如将显示器件的运动范围确定为原范围的一半)，重复上述步骤，直到光学模组的成像清晰度、光轴偏移量和畸变指标均满足设计要求。

参考图7和8，本实用新型提供一种光学模组装调测试装置，用于执行光学模组装调测试流程，至少包括：固定座3和相机2，固定座3至少设置有一基准，光学模组主体相对于该基准安装于固定座3上，该基准可以为柱体、锥体或平面，该基准与光学模组主体的配合方式可以是以下方式：

基准为平面，光学模组主体上具有的与该基准平面匹配的部分与该基准平面贴合，此时，固定座3还设有限位件，光学模组主体具有与该限位件匹配的组件，限位件用于限定光学模组主体的位置，使得光学模组主体位置被限定为不能转动或仅能绕光学模组的光轴转动或沿所述光学模组的光轴平移。

基准为柱体或锥体，光学模组主体上具有的与该基准匹配的柱状通孔或锥状通孔与该基准接合，该光学模组主体的柱状通孔或锥状通孔与基准配合后，光学模组主体仅能绕柱体或锥体的轴线转动或沿所述光学模组的光轴平移而光学模组主体的入瞳光轴方向不变。

在图7和图8所示的实施例中，固定座3具有作为限位件的第一基准31和第二基准32以及设置在固定座3表面的第三基准33，例如，第一基准31和第二基准32 分别设置在固定座3表面上形成的呈间距的两个凸台上，第一基准31和第二基准32 为呈角度设置的基准面，且两个基准面均垂直于固定座3的表面(第三基准33)，该角度为50°-120°，优选为86°、88°或90°；则光学模组主体放置在第一基准31 和第二基准32确定的空间内，且紧贴第一基准31和第二基准32放置，此时光学模组主体的位置唯一确定。

可选的，固定座3还设置有一基准孔34，光学模组主体放置在固定座3的预定位置时，光学模组主体的入瞳光轴与基准孔34的轴线平行且二者的距离不大于5m；优选的，光学模组主体的入瞳光轴与基准孔34的轴线重合。设置基准孔34的目的是为了便于校准相机2的位置，使得相机2的光轴与基准孔34的轴线平行且二者的距离不大于5m。优选的，通过相机2对基准孔34进行拍照，获取的基准孔34的图像为同心圆，则表明相机2的光轴与基准孔34的轴线重合。

进一步的，固定座3可放置于一底座4上或任一平台上。

另一实施例中，还包括第二调节机构6，所述第二调节机构6与相机2连接，可调节相机2的位置使得相机2的光轴和与基准孔34的轴线重合。

图2是本实用新型光学模组装调测试装置的一个实施例的结构示意图，设有：

控制模块10，用于控制携带显示器件的调节机构1以设定步长沿设定方向移动或以设定角度步长沿设定方向旋转；

图像获取模块20，用于获取相机2采集显示器件显示的测试图例经光学模组成像的测试图例图像；

计算模块30，用于计算表征图像质量的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标；

判断模块40，用于判断测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标是否满足设计要求；

预定位置确定模块50，用于在判断模块40所判定清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标满足设计要求的图像中选定具有最优指标的图像，将该图像所对应的显示器件位置作为预定位置。

其中，调节机构1电连接至处理器5，接收控制模块10发送的控制指令，以便按照控制指令调节显示器件的位置；

相机2位于光学模组的光轴上，电连接至处理器5，用于采集显示器件显示的测试图例的图像并将图像传输至处理器5的图像获取模块20；

图像获取模块20与计算模块30信号连接，将获取的测试图例信号发送至计算模块30，计算模块将获取的清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标结果发送至判断模块40；

判断模块40分别与预定位置确定模块50和控制模块10信号连接，判断模块40 将判断结果发送至预定位置确定模块50或控制模块10；

预定位置确定模块50根据获取的判断结果得到显示器件的预定位置，控制模块10根据判断结果生成控制指令并传输至调节机构1，以调节显示器件的位置。

进一步，调节模块10具体用于，控制调节机构1从显示器件对应的安装区域的一端以设定步长沿设定方向运动，或者以显示器件的中心为中心(轴向)在对应的旋转区域的一侧以设定角度步长沿顺时针或逆时针旋转。

进一步，计算模块30具体包括：

清晰度指标计算模块31，用于根据图像清晰度算法计算表征测试图例图像清晰度的清晰度值；

光轴偏移量指标计算模块32，用于根据式1)计算测试图例图像的中心特征点与原测试图例的中心特征点之间的偏移量，以表征光轴偏移量指标；

畸变指标计算模块33，用于根据式2)计算测试图例图像的梯形畸变量以表征该光学模组的畸变指标。

进一步，畸变指标计算模块33具体用于，选取测试图例的四个角部最外侧的四个特征点构成的四边形特征(参照图4A-1和图4B)，针对每一四边形，根据式2)分别计算显示器件水平方向的畸变量和竖直方向的畸变量。

进一步，判断模块40具体用于，采用图像清晰度算法分别按照采集的测试图例图像所在行和列分别计算测试图像的清晰度值，边缘行、列清晰度值不低于预设值一，中心行、列清晰度值不低于预设值二的图像满足设计要求，通常，预设值一小于预设值二，具体数值根据应用需求设定。

进一步，预定位置确定模块50具体用于：

选取清晰度值1-7的范围内的最大值图像所对应的位置作为标记位置；

在边缘行、列清晰度值不低于预设值一，中心行、列清晰度值不低于预设值二的图像中，选取中心行、列清晰度值最大的图像所对应的位置为标记位置；

在测试图例图像的对称位置的清晰度差值小于预设值的图像中，选取清晰度差值最小的图像所对应的显示器件的位置为第一预定位置；

在光轴偏移量指标满足设计要求的测试图例图像中，选取测试图例图像的光轴偏移量最小的图像所对应的显示器件的位置为第二预定位置。

选取显示器件长度方向上获取的测试图例图像的梯形畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第一位置，选取显示器件宽度方向上获取的测试图例图像的梯形畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第二位置，比较第一位置和第二位置处获取的测试图例图像的梯形畸变量，选取梯形畸变量最小和放大率满足设计要求的图像所对应的位置作为第三预定位置。

进一步，该装置还包括预定位置校验模块60，所述预定位置校验模块60与预定位置确定模块50、控制模块10信号连接，具体用于校验显示器件位于预定位置确定模块50所获取的预定位置处，相机2采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标是否满足设计要求；若均满足设计要求，则该位置即为显示器件最终的预定位置；否则，在该预定位置处的前后和/或左右重新确定运动范围，并将重新确定的范围发送至控制模块10，重新调整显示器件的位置。

基于上述光学模组装调测试装置和装调测试流程，本实用新型实现了将待组装部件精确固定于光学模组主体上，保证该光学模组的成像的清晰度、光轴偏移量和畸变指标满足设计要求。本实用新型具有以下有益效果：

(a)本实用新型光学模组装调测试装置使用相机模拟人眼的成像效果，相机2 光学参数接近人眼光学参数，保证成像效果与人眼成像一致，尽可能保证成像满足人眼舒适度要求；

(b)通过实时检测模相机2采集的测试图例图像的清晰度、光轴偏移量、畸变量和放大率等成像指标，并根据获取的成像指标，由调节机构1实时调整显示器件的位置，来补偿光学模组其他光学组件的结构公差和组装公差对成像质量造成的不良影响，保证较好的成像质量，组装的同时完成该光学模组的测试，提高产品良率和成品组装测试效率，保证了光学模组产品的一致性；

本实用新型装调测试装置操作简单，稳定可靠，一致性好，适应量产需求。

本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。

Claims (18)

1.一种光学模组装调测试装置，用于将光学模组的显示器件固定于光学模组主体上，其特征在于，包括固定座(3)和相机(2)，所述固定座具有至少一用于限定光学模组主体的入瞳光轴位置的基准。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准包括柱体或锥体，光学模组主体上设有与该基准匹配的柱状通孔或锥状通孔。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准为平面，光学模组主体上具有的与该基准平面匹配的部分与该基准平面贴合；

所述固定座(3)还设有用于限定光学模组主体的位置的限位件，限位件与光学模组主体具有的与该限位件匹配的组件配合，使得光学模组主体位置被限定为不能转动或仅能绕光学模组的光轴转动或沿所述光学模组的光轴平移。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述基准包括作为限位件的第一基准(31)、第二基准(32)以及设置在固定座(3)表面的第三基准(33)，第一基准(31)和第二基准(32)为呈角度设置的基准面，且两个基准面均垂直于第三基准(33)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角度为50°-120°。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述固定座(3)还设有基准孔(34)，所述基准孔(34)的轴线与所述光学模组主体的入瞳光轴平行且二者的距离不大于5mm。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括用于调节显示器件位置的第一调节机构(1)，所述第一调节机构(1)设有夹持机构，该夹持机构的一端设置有拾取部。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述拾取部为夹爪、吸盘、磁铁中的任一种。

9.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，还包括用于调节相机(2)位置的第二调节机构(6)，所述第二调节机构(6)与相机(2)连接。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括一处理器(5)，相机(2)和第一调节机构(1)的数据接口分别连接至处理器(5)。

11.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角度为86°、88°或90°。

12.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述固定座(3)还设有基准孔(34)，所述基准孔(34)的轴线与所述光学模组主体的入瞳光轴重合。

13.一种光学模组装调测试装置，用于将光学模组的显示器件固定于光学模组主体上，其特征在于，包括：

控制模块(10)，与第一调节机构(1)进行数据交互，用于控制第一调节机构(1) 调节显示器件的位置；

图像获取模块(20)，与相机(2)进行数据交互，用于获取相机(2)采集的显示器件显示的测试图例的图像；

计算模块(30)，与图像获取模块(20)信号连接，用于计算表征测试图例图像质量的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标；

判断模块(40)，与计算模块(30)信号连接，用于判断测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标是否满足设计要求；

预定位置确定模块(50)，与判断模块(40)信号连接，用于在判断模块(40)所判定清晰度指标、光轴偏移量指标或畸变指标满足设计要求的图像中选定具有最优指标的图像，将该图像所对应的显示器件位置作为预定位置；

控制模块(10)与判断模块(40)信号连接，根据获取的判断结果生成控制指令并传输至第一调节机构(1)，以调节显示器件的位置。

14.根据权利要求13所述的光学模组装调测试装置，其特征在于，所述计算模块(30)包括：

清晰度指标计算模块(301)，用于根据图像清晰度算法计算表征测试图例图像清晰度的梯度算法值或灰度统计值；

光轴偏移量指标计算模块(302)，用于根据式1)计算测试图例图像的中心特征点与原测试图例的中心特征点之间的偏移量，以表征光轴偏移量指标；

式1)为：

畸变指标计算模块(303)，用于根据式2)计算测试图例图像的畸变量或放大率以表征该光学模组的畸变指标；

式2)为：

其中，选取的四边形特征中，ab和cd为竖直方向的两条边的矢量长度，ac和bd为水平方向上的两条边的矢量长度。

15.根据权利要求14所述的光学模组装调测试装置，其特征在于，所述畸变指标计算模块(303)具体用于：

选取测试图例的四个角部最外侧的四个特征点，针对每个角部四个特征点所形成的方块，根据式2)分别计算显示器件水平方向的畸变量和竖直方向的畸变量；

选取显示器件显示的测试图例的图像中任意两点的距离与测试图例图像对应位置两点距离的比例关系，处理得到放大率。

16.根据权利要求13至15任一项所述的光学模组装调测试装置，其特征在于，所述控制模块(10)具体用于，控制第一调节机构(1)从显示器件对应的安装区域的一端以设定步长沿设定方向运动，或者以显示器件的中心为轴心在设定的旋转区域的一侧以设定角度步长沿顺时针或逆时针旋转。

17.根据权利要求13至15任一项所述的光学模组装调测试装置，其特征在于，所述预定位置确定模块(50)具体包括：

选取标记位置的模块，所述标记位置为在特定范围内具有清晰度值最大值的测试图例图像所对应的位置；或

所述标记位置为在边缘行、列清晰度值和中心行、列清晰度值满足预设范围的图像中，中心行、列清晰度值最大的图像所对应的位置；

选取第一预定位置的模块，所述第一预定位置为在测试图例图像的对称位置的清晰度差值满足预设范围的图像中，选取清晰度差值最小的图像所对应的显示器件的位置；

选取第二预定位置的模块，所述第二预定位置为在光轴偏移量指标满足设计要求的测试图例图像中，选取测试图例图像的光轴偏移量最小的图像所对应的显示器件的位置；

选取第三预定位置的模块，所述第三预定位置为第一位置和第二位置处获取的测试图例图像的畸变，畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的位置，其中，显示器件长度方向上获取的测试图例图像的畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第一位置，选取显示器件宽度方向上获取的测试图例图像的畸变量最小和放大率符合设计要求的图像所对应的显示器件的位置为第二位置。

18.根据权利要求13至15任一项所述的光学模组装调测试装置，其特征在于，还包括预定位置校验模块(60)，所述预定位置校验模块(60)与预定位置确定模块(50)、控制模块(10)信号连接，具体包括：确定显示器件最终的预定位置的模块，即校验显示器件位于预定位置确定模块(50)所获取的预定位置处，相机(2)采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标是否满足设计要求；若均满足设计要求，则该位置即为显示器件最终的预定位置；重新调整显示器件的位置的模块，即校验显示器件位于预定位置确定模块(50)所获取的预定位置处，相机(2)采集的测试图例图像的清晰度指标、光轴偏移量指标和畸变指标不满足设计要求，在该预定位置处的前后和/或左右重新确定运动范围，并将重新确定的范围发送至控制模块(10)，重新调整显示器件的位置。

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