CN211085635U - 测试激光器模组光斑的光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测试激光器模组光斑的光学系统，包括激光器、准直器件、感光器件以及相机；所述激光器，用于发射激光所述准直器件，设置在所述激光器的出光口处，用于引导所述激光入射所述感光器件；所述感光器件，设置在所述准直器件的出光口处，用于对所述激光的光斑形成的光斑图案进行显示；所述相机，具有一镜头，所述镜头朝向所述感光器件，用于采集所述光斑图案。本实用新型在激光器射出的光经过准直器件后被棱镜的反射进入感光器件，从而能够相机对光斑图案进行采集，从而能够对查看光斑的效果，确定光斑的尺寸，以便于对激光器的设计与分析。

Description

测试激光器模组光斑的光学系统

技术领域

本实用新型涉及3D深度视觉，具体地，涉及一种测试激光器模组光斑的光学系统。

背景技术

3D深度视觉作为一个崭新的技术，已经出现在手机、体感游戏、支付等消费级产品中并且逐步渗透到安防、自动驾驶等新的领域。随着硬件端技术的不断进步，算法与软件层面的不断优化，3D深度视觉的精度和实用性得到大幅提升。

3D深度视觉目前主要使用的方案有双目立体视觉，3D结构光和TOF方案。双目立体视觉系统一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。3D结构光的原理是发射光斑到物体上，传感器接收到发生形变的光斑，从而根据光斑形变的量来判断深度信息。3D结构光具有较高的精度，适合近距离的信息采集，如人脸识别、人脸支付等功能。TOF的原理是通过给被测目标连续发送光信号，然后在传感器端接收返回的光信号，再通过计算一系列光信号的飞行时间来得到被测目标的距离。

现有的结构光发射模组，只能看到激光器通过DOE衍射后的最终光斑效果，最终光斑效果由多种因素共同影响，因而难以分析激光器本身的问题。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种测试激光器通过准直元件后光斑效果的系统。

根据本实用新型提供的测试激光器模组光斑的光学系统，包括激光器、准直器件、感光器件以及相机；

所述激光器，用于发射激光；

所述准直器件，设置在所述激光器的出光口处，用于引导所述激光入射所述感光器件；

所述感光器件，设置在所述准直器件的出光口处，用于对所述激光的光斑形成的光斑图案进行显示；

所述相机，具有一镜头，所述镜头朝向所述感光器件，用于采集所述光斑图案。

优选地，所述激光器设置在第一支架上；

所述第一支架能够驱动所述激光器沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动。

优选地，所述第一支架包括三轴移动平台、激光器夹持治具以及T型转接台；

所述三轴移动平台设置有Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴，能够沿Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴移动；

所述T型转接台的第一侧面与所述三轴移动平台的一侧面贴合连接；所述T型转接台的第二侧面上设置有所述激光器夹持治具；

所述激光器夹持治具与所述激光器可拆卸连接。

优选地，所述激光器夹持治具与所述T型转接台的第二侧面相对的一侧面设置有一安装缺口；所述激光器设置在所述安装缺口中；

所述激光器夹持治具的另一侧面设置有一安装槽；所述安装槽的槽底一区域具有与所述缺口连通的通道；

所述激光器的柔性电路板端通过所述通道伸入所述安装槽中。

优选地，所述感光器件包括玻璃片和菲林片；

所述菲林片的内侧面设置有油墨层，且设置有刻度线；所述菲林片的内侧面与所述玻璃片的激光出射面贴合。

所述玻璃片，用于将所述准直器件出射的激光引导照射到所述菲林片上。

优选地，还包括导光棱镜和发散角测试治具；

所述导光棱镜设置在所述准直器件的出光口处且设置在所述发散角测试治具的内侧面上，用于将所述激光引导入射至所述玻璃片中；

所述发散角测试治具设置有镂空孔，所述镂空孔的外端开口逐渐变大；所述玻璃片和所述菲林片镶嵌在所述镂空孔中。

优选地，所述准直器件设置在准直器件固定治具上；

所述准直器件固定治具设置在第二支架上。

优选地，所述准直器件固定治具上设置有多个第一螺孔，所述发散角测试治具上设置有多个与所述第一螺孔相对应的第二螺孔，以能够通过螺栓将所述发散角测试治具连接至所述准直器件固定治具上。

优选地，所述第二支架的上侧面上设置有限位槽，所述准直器件固定治具设置在所述限位槽内。

优选地，所述准直器件包括一反射棱镜；所述反射棱镜位于所述准直器件的出光端；

所述反射棱镜，用于将所述准直器件反射后的光反射至所述感光器件。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型在激光器射出的光经过准直器件后被棱镜的反射进入感光器件，从而能够相机对光斑图案进行采集，从而能够对查看光斑的效果，确定光斑的尺寸，以便于对激光器的设计与分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的原理示意图；

图2为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的结构示意图；

图3为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的一方向的截面示意图；

图4为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的局部放大示意图；

图5为本实用新型中感光器件的安装示意图；

图6为本实用新型中感光器件的结构示意图；

图7为本实用新型中激光器夹持治具一方向的结构示意图；

图8为本实用新型中激光器夹持治具另一方向的结构示意图；

图9为本实用新型中准直器件固定治具的结构示意图；以及

图10为本实用新型中光斑图案的测试的示意图。

图中：

1为激光器；2为准直器件；3为感光器件；4为相机；5为三轴移动平台；6为T型转接台；7为激光器夹持治具；701为激光器安装槽；702为通道；703为安装缺口；8为准直器件固定治具；801为器件安装槽；802为第一螺孔；9为第二支架；10为发散角测试治具；11为导光棱镜；12为玻璃片；13为菲林片；14为光斑图案。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

目前的3D结构光方案中，只能观测到光斑的最终效果，无法观测激光器通过准直系统后的光斑效果，不利用项目过程中的问题分析。

基于此，本实用新型提供的测试激光器模组光斑的光学系统，以克服现有技术存在的上述问题，包括激光器、准直器件、感光器件3以及相机；

所述激光器，用于发射激光；

所述准直器件，设置在所述激光器的出光口处，用于引导所述激光入射所述感光器件3；

所述感光器件3，设置在所述准直器件的出光口处，用于对所述激光的光斑形成的光斑图案进行显示；

所述相机，具有一镜头，所述镜头朝向所述感光器件3，用于采集所述光斑图案。

本实用新型在激光器射出的光经过准直器件后被棱镜的反射进入感光器件3，从而能够相机对光斑图案进行采集，从而能够对查看光斑的效果，确定光斑的尺寸，以便于对激光器的设计与分析。

以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的原理示意图，图2为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的结构示意图，如图1、图2所示，本实用新型提供的测试激光器模组光斑的光学系统，包括激光器1、准直器件2、感光器件3以及相机4；

所述激光器1，用于发射激光；

所述激光器1设置在第一支架上；所述第一支架能够驱动所述激光器1沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动。所述第一支架包括三轴移动平台5、激光器夹持治具7以及T型转接台6；所述三轴移动平台5设置有Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴，能够沿Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴移动；所述T型转接台6的第一侧面与所述三轴移动平台5的一侧面贴合连接；所述T型转接台6的第二侧面上设置有所述激光器夹持治具7；所述激光器夹持治具7与所述激光器1可拆卸连接。所述三轴移动平台5能够调节激光器1的X、Y、Z平移量，即可以根据相机4接收的光斑成像，调整三轴位移量，从而得到清晰准确的光斑成像。

所述准直器件2，设置在所述激光器1的出光口处，用于引导所述激光入射所述感光器件3；

所述感光器件3，设置在所述准直器件2的出光口处，用于对所述激光的光斑形成的光斑图案14进行显示；

所述相机4，具有一镜头，所述镜头朝向所述感光器件3，用于采集所述光斑图案14。

在本实用新型实施例中，所述相机4采用工业相机。所述准直器件2包括一反射棱镜；所述反射棱镜位于所述准直器件2的出光端；所述反射棱镜，用于将所述准直器件2反射后的光反射至所述感光器件3。

图3为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的一方向的截面示意图，图4为本实用新型中测试激光器模组光斑的光学系统的局部放大示意图，图7为本实用新型中激光器夹持治具一方向的结构示意图，图8为本实用新型中激光器夹持治具另一方向的结构示意图，如图3、图4、图7、图8所示，所述激光器夹持治具7与所述T型转接台6的第二侧面相对的一侧面设置有一安装缺口703；所述激光器1设置在所述安装缺口703中并通过螺钉固定在所述激光器夹持治具7的一侧面上；所述激光器夹持治具7的另一侧面设置有一激光器安装槽701；所述激光器安装槽701的槽底一区域具有与所述缺口连通的通道702；所述激光器1的柔性电路板端通过所述通道702伸入所述激光器安装槽701中。

图6为本实用新型中感光器件的结构示意图，图6所示，所述感光器件3包括玻璃片12和菲林片13；

所述菲林片13的内侧面设置有油墨层，且设置有刻度线；所述菲林片13的内侧面与所述玻璃片12的激光出射面贴合。

所述玻璃片12，用于将所述准直器件2出射的激光引导照射到所述菲林片13上。

在本实用新型实施例中，所述玻璃片12采用石英玻璃片。所述石英玻璃片下表面低于发散角测试治具10的底侧面，压合后仅石英玻璃与所述反射棱镜上表面接触。

所述菲林片13与石英玻璃片预先贴合，所述菲林片13的下表面印刷满白色油墨层，镂空部分为刻度。所述石英玻璃片厚度0.8mm，使得照射到油墨上的光斑与照射到传感器第一周期的光斑光程相同，即能够呈现传感器上第一周期上的光斑效果。

图5为本实用新型中感光器件的安装示意图，如图5所示，本实用新型提供的测试激光器模组光斑的光学系统，还包括导光棱镜11和发散角测试治具10；

所述导光棱镜11设置在所述准直器件2的出光口处且设置在所述发散角测试治具10的内侧面上，用于将所述激光引导入射至所述玻璃片12中；

所述发散角测试治具10设置有镂空孔，所述镂空孔的外端开口逐渐变大；所述玻璃片12和所述菲林片13镶嵌在所述镂空孔中。

在本实用新型实施例中，所述导光棱镜11具有一楔角，所述楔角使得通过导光棱镜11导出的主光线夹角为45°

图9为本实用新型中准直器件固定治具的结构示意图，如图9所示，所述准直器件固定治具8的前端具有一器件安装槽801，所述准直器件2设置在所述器件安装槽801中；所述准直器件2固定治具设置在第二支架9上。所述准直器件固定治具8上设置有多个第一螺孔802，所述发散角测试治具10上设置有多个与所述第一螺孔802相对应的第二螺孔，以能够通过螺栓将所述发散角测试治具10连接至所述准直器件固定治具8上。所述第二支架9的上侧面上设置有限位槽，所述准直器件固定治具8设置在所述限位槽内。

在本实用新型实施例在，所述三轴移动平台5与第二支架9共同固定在面包板基座上，可根据实际情况所需的位移量、精度与分辨率选择三轴移动平台5，有必要的话，亦可选用六轴移动平台。所述三轴移动平台5与T型转接台6通过M6螺丝固定，T型转接台6与激光器固定治具通过M6螺丝固定，第二支架9与准直模组固定治具通过M6螺丝固定，准直模组固定治具与发散角测试治具10通过导柱、定位孔、重力的配合进行限位，也可以通过螺栓螺孔限位。当各构件组装固定好后，激光器1的FPC连接器通过外接延长线与电路板电连接，驱动点亮激光器1，光斑通过准直器件2，经过菲林片13后的光斑被工业相机所捕捉。

当需要进行光斑调节时，可以通过调节Y轴移动轴调节，使光斑落在Y轴中心，通过调节X轴移动轴和Z轴移动轴的调节光斑的亮度与锐化程度。

图10为本实用新型中光斑图案的测试的示意图，如图10所示，所述感光器件3上清楚的显示出光斑图案14，从而可以根据述菲林片13上的刻度线确定光斑的尺寸和/或形状。

当使用本实用新型提供的测试激光器模组光斑的光学系统时，从激光器1出来的红外光进入准直器件2，通过反射棱镜反射后照射到一片贴有带刻度菲林片13的石英玻璃片，在菲林下表面的白色油墨层上发生散射，然后使用工业相机拍摄菲林片13上的光斑用于检验激光器1通过准直模组后产生的光斑尺寸与均匀性，从而可观测到激光器1本身光斑效果。

光斑的标准位置及尺寸可以参考菲林片13中的刻度。理想情况下，光斑应当照度均匀，位于菲林十字划线中心，可通过菲林上的刻度测得光斑尺寸。如光斑的位置有偏差，可以通过调节激光器1所在的三轴移动平台5的Z或Y轴来调节。如光斑尺寸有偏差，可以通过激光器1所在三轴移动平台5的X轴来调节。如光斑能够通过调整到中心位置，尺寸与参考标尺接近，照度均匀，则判定激光器1与准直器件2没有问题。如光斑无法通过激光器1的调至与图10中的参考光斑相近，则需要进一步检查准直器件2中的透镜、支架以及装配等问题。

本实用新型能够在无尘环境如千级无尘车间中操作，通过操作三轴移动平台5，调整激光器1与准直器件2的相对位置，以排除其它干扰，从而观测到需的光斑效果，本实用新型能够应用测试EEL激光器和LED作为光源的光斑。本实用新型能够根据不同的激光器1或准直器件2，设计相应的定位夹具与支架，能够适用于各种型号的激光器1和准直器件2。

在本实用新型实施例中，本实用新型在激光器射出的光经过准直器件后被棱镜的反射进入感光器件，从而能够相机对光斑图案进行采集，从而能够对查看光斑的效果，确定光斑的尺寸，以便于对激光器的设计与分析。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，包括激光器、准直器件、感光器件以及相机；

所述激光器，用于发射激光；

所述准直器件，设置在所述激光器的出光口处，用于引导所述激光入射所述感光器件；

所述感光器件，设置在所述准直器件的出光口处，用于对所述激光的光斑形成的光斑图案进行显示；

所述相机，具有一镜头，所述镜头朝向所述感光器件，用于采集所述光斑图案。

2.根据权利要求1所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述激光器设置在第一支架上；

所述第一支架能够驱动所述激光器沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述第一支架包括三轴移动平台、激光器夹持治具以及T型转接台；

所述三轴移动平台设置有Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴，能够沿Y轴移动轴、X轴移动轴以及Z轴移动轴移动；

所述T型转接台的第一侧面与所述三轴移动平台的一侧面贴合连接；所述T型转接台的第二侧面上设置有所述激光器夹持治具；

所述激光器夹持治具与所述激光器可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述激光器夹持治具与所述T型转接台的第二侧面相对的一侧面设置有一安装缺口；所述激光器设置在所述安装缺口中；

所述激光器夹持治具的另一侧面设置有一激光器安装槽；所述激光器安装槽的槽底一区域具有与所述缺口连通的通道；

所述激光器的柔性电路板端通过所述通道伸入所述激光器安装槽中。

5.根据权利要求1所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述感光器件包括玻璃片和菲林片；

所述菲林片的内侧面设置有油墨层，且设置有刻度线；所述菲林片的内侧面与所述玻璃片的激光出射面贴合；

所述玻璃片，用于将所述准直器件出射的激光引导照射到所述菲林片上。

6.根据权利要求5所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，还包括导光棱镜和发散角测试治具；

所述导光棱镜设置在所述准直器件的出光口处且设置在所述发散角测试治具的内侧面上，用于将所述激光引导入射至所述玻璃片中；

所述发散角测试治具设置有镂空孔，所述镂空孔的外端开口逐渐变大；所述玻璃片和所述菲林片镶嵌在所述镂空孔中。

7.根据权利要求6所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述准直器件设置在准直器件固定治具上；

所述准直器件固定治具设置在第二支架上。

8.根据权利要求7所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述准直器件固定治具上设置有多个第一螺孔，所述发散角测试治具上设置有多个与所述第一螺孔相对应的第二螺孔，以能够通过螺栓将所述发散角测试治具连接至所述准直器件固定治具上。

9.根据权利要求7所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述第二支架的上侧面上设置有限位槽，所述准直器件固定治具设置在所述限位槽内。

10.根据权利要求1所述的测试激光器模组光斑的光学系统，其特征在于，所述准直器件包括一反射棱镜；所述反射棱镜位于所述准直器件的出光端；

所述反射棱镜，用于将所述准直器件反射后的光反射至所述感光器件。

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