CN219265287U - 一种入射空间角度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种入射空间角度测量系统，包括光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备，光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备放置在暗室内；光学图像投影设备靠近光学传导设备设置，用于向光学图像传导设备投射第一图像；光学图像传导设备，用于接收所述第一图像，并输出第二图像；第一光学图像采集设备靠近光学图像传导设备设置，用于采集所述第二图像；第一光学图像采集设备与光学图像处理设备连接。相较于现有方式，本实用新型可提高测量结果准确性，提高测量效率，且测量方法在作业现场即可测量，操作便捷。

Description

一种入射空间角度测量系统

技术领域

本实用新型涉及光学显示领域，具体涉及一种入射空间角度测量系统。

背景技术

目前，AR眼镜微型显示系统入射空间角度的测量方式基本都是依靠工装定位方式，工装定位方式对工装加工精度有极高的要求，现有工装加工精度的测量是通过三坐标测量机等机械手段完成。

三坐标测量机的工作原理是：对工装进行坐标测量，获取工装位置角度数据，把工装位置角度数据输入到三坐标测量机，三坐标测量机通过计算来确定工装位置角度是否存在偏差。

用三坐标测量机对现有工装加工精度测量具有如下弊端：

1.测量方式主要依靠数据，数据不充分或者分布不恰当都会影响到测试结果，进而影响工装加工精度测量结果准确性。

2.需要大量分布测量点数，大量的分布测量点数会消耗大量的工作时间。

3.测量设备结构复杂、体积较大，不便于现场测量。

基于上述内容，现有依靠工装定位方式对AR眼镜微型显示系统入射空间角度进行测量，具有如下问题：

1.测量结果不准确。

2.测量效率低下。

3.测量不方便。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型的主要目的为提供一种入射空间角度测量系统。

本实用新型通过如下技术方案实现：

本实用新型提供一种入射空间角度测量系统，其特征在于，包括光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备；

所述光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备放置在暗室内；

所述光学图像投影设备靠近所述光学图像传导设备设置，用于向光学图像传导设备投射第一图像；

所述光学图像传导设备，用于接收所述第一图像，并输出第二图像；

所述第一光学图像采集设备靠近所述光学图像传导设备设置，用于采集所述第二图像；

所述第一光学图像采集设备与所述光学图像处理设备连接。

进一步的，所述第一图像由光学图像投影设备向光学图像传导设备投射的入射光束构成。

进一步的，还包括光学图像导入设备，所述光学图像导入设备与所述光学图像投影设备连接；

所述光学图像导入设备，用于导入设定图片，并将所述设定图片发送给光学图像投影设备。

进一步的，还包括驱动设备；

所述驱动设备的输入端与所述光学图像导入设备连接，所述驱动设备的输出端与所述光学图像投影设备连接；

所述光学图像导入设备，还用于将导入的设定图片记录在所述驱动设备内；

所述驱动设备，用于对记录的设定图片调整光通量，并将调整光通量的设定图片发送给光学图像投影设备。

进一步的，还包括第一位置调节装置；

所述第一位置调节装置与所述第一光学图像采集设备或者光学图像传导设备连接；

所述第一位置调节装置，用于调整所述第一光学图像采集设备与所述光学图像传导设备的相对位置。

进一步的，还包括第二光学图像采集设备和第二位置调节装置；

所述第二光学图像采集设备与所述光学图像投影设备连接，所述第二位置调节装置与所述光学图像投影设备连接；

所述第二光学图像采集设备，用于识别光学图像投影设备与光学图像传导设备之间的相对位置；

所述第二位置调节装置，用于调整光学图像投影设备的入射空间角度以及入射距离。

进一步的，所述第一光学图像采集设备采用CCD相机。

进一步的，所述第二光学图像采集设备采用CCD相机。

进一步的，所述光学图像传导设备采用光栅波导。

进一步的，所述光栅波导包括光束耦入区域、光束传播区域以及光束耦出区域。

和现有技术比，本实用新型的技术方案具有如下有益效果：

本实用新型提供一种入射空间角度测量系统，包括光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备，光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备放置在暗室内；光学图像投影设备靠近光学传导设备设置，用于向光学图像传导设备投射第一图像；光学图像传导设备，用于接收所述第一图像，并输出第二图像；第一光学图像采集设备靠近光学图像传导设备设置，用于采集所述第二图像；第一光学图像采集设备与光学图像处理设备连接。相较于现有方式，本实用新型提供的入射空间角度测量系统，提高测量结果准确性，提高测量效率，且测量方法在作业现场即可测量，操作便捷。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为鬼像入射光源在水平方向的偏移角度与光学图像投影设备在水平方向的入射角度的关系示意图。

图2为本实用新型的入射空间角度测量方法的整体方案流程图。

图3为设定图片的示意图。

图4为第二图像中鬼像与实像的相对位置关系图。

图5为本实用新型的入射空间角度测量系统的结构连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型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作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。

在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。

在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“优选实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，所述替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本实用新型的保护范围。

在本文的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

入射空间角度测量方法，总体构思原理如下：

在光学显示系统中，光学图像投影设备投射到光学图像传导设备的光束会被光学图像传导设备反射，反射光线会返回到光学图像投影设备，形成鬼像入射光源(这里的鬼像入射光源指的是光学图像传导设备的反射光线返回光学图像投影设备形成的反射光束)，鬼像入射光源被光学图像投影设备反射后进入光学图像传导设备，在光学图像传导设备的图像输出位置形成一个与实像大小一致但亮度较暗的图像，称为鬼像。

光学图像投影设备以一定的入射空间角(包括水平方向的入射角度和竖直方向的入射角度)向光学图像传导设备入射光束，不同的入射空间角会造成光学图像传导设备的图像输出位置形成的鬼像发生移动，能够计算鬼像入射光源的偏移角(包括水平方向的偏移角和竖直方向的偏移)。

根据平面镜的旋转特性，如果平面镜偏转了角度θ，则反射光需要偏转角度2θ，因为入射角及反射角都偏转角度θ角，基于这个原理，示例性的，如图1所示，当光学图像传导设备处于垂直于光轴的M0位置时，光学图像投影设备的显示芯片内的实像H发出的光束经过光学图像投影设备的透镜后与光轴平行，平行光束投射到光学图像传导设备，然后经过光学图像传导设备反射后返回光学图像投影设备的显示芯片内，理想状态下会重新在实像H处聚焦(图中未示出)。当光学图像传导设备围绕光轴转动θ角时，其处于M1状态，光学图像投影设备的显示芯片内的实像H发出的光束经过光学图像投影设备的透镜后与光轴平行，平行光束投射到光学图像传导设备，然后经过光学图像传导设备反射后返回光学图像投影设备的显示芯片内，并被透镜聚焦于位置H1，位置H1即鬼像入射光源位置。由于鬼像入射光源是光学图像传导设备围绕光轴转动θ角时的反射光线形成的，所以鬼像入射光源在水平方向的偏移角度为2θ。而将光学图像传导设备围绕光轴转动θ角即相当于光学图像投影设备在水平方向的入射角度为θ角。

基于上述原理，可以计算得到光学图像投影设备在水平方向的入射角度，同理，可以计算得到光学图像投影设备在竖直方向的入射角度。

具体的，入射空间角度测量方法，如图2所示，整体包括如下步骤：

S1光学图像投影设备向光学图像传导设备投射第一图像。

S2光学图像传导设备接收所述第一图像，并输出第二图像。

S3第一光学图像采集设备采集所述第二图像，并将所述第二图像发送给光学图像处理设备。

S4光学图像处理设备对所述第二图像进行处理，得到光学图像投影设备的入射空间角度。

其中，S1光学图像投影设备向光学图像传导设备投射第一图像，具体包括：

光学图像投影设备接收设定图片；如图3所示，为示例性的一个设定图片。

光学图像投影设备基于设定图片向光学图像传导设备投射入射光束，入射光束的集合构成第一图像。

作为优选实施方式，在光学图像投影设备接收设定图片之前，还包括如下操作：

将设定图片导入光学图像导入设备。

光学图像导入设备将设定图片发送给光学图像投影设备。

更优选的，光学图像导入设备将设定图片发送给光学图像投影设备之前，还包括：

光学图像导入设备将设定图片记录在驱动设备内。

驱动设备对记录的设定图片调整光通量，示例性的，驱动设备对记录的设定图片通过调整电流值的大小改变光通量。

驱动设备将调整光通量的设定图片发送给光学图像投影设备。这样可以调整设定图片的亮度。

作为优选实施方式，在光学图像投影设备向光学图像传导设备投射第一图像之前，还包括：

采用第二光学图像采集设备识别光学图像投影设备与光学图像传导设备之间的相对位置。

基于识别的光学图像投影设备与光学图像传导设备之间的相对位置，通过第二位置调节装置调整光学图像投影设备与光学图像传导设备的相对位置，使得光学图像投影设备的光轴与光学图像传导设备的光束耦入区域中心对准，然后围绕光学图像传导设备的光束耦入区域中心位置调整光学图像投影设备的入射空间角度以及入射距离达到设定要求，然后将光学图像投影设备与光学图像传导设备的相对位置锁定。

通过上述操作，可以保持光学图像投影设备与光学图像传导设备的相对位置与设定的两者之间相对位置一致，并且能够使得光学图像传导设备输出图像的光效更好，整体亮度达到最高。

其中，S2光学图像传导设备接收所述第一图像，并输出第二图像，包括：

光学图像传导设备的光束耦入区域耦入入射光束。

光学图像传导设备的光束传播区域对入射光束进行传播，得到传播光束。

光学图像传导设备的光束耦出区域将传播光束耦出，耦出的传播光束集合构成所述第二图像。

其中，S3第一光学图像采集设备采集所述第二图像，并将所述第二图像发送给光学图像处理设备，包括：

打开第一光学图像采集设备显示实时画面，将第一光学图像采集设备移动到图像采集区域；这里的图像采集区域为光学图像传导设备的光束耦出区域附近。

第一光学图像采集设备在图像采集区域采集第二图像。

第一光学图像采集设备将采集的第二图像发送给光学图像处理设备。

作为优选实施方式，在第一光学图像采集设备在图像采集区域采集第二图像之前，结合第一位置调节装置调整第一光学图像采集设备与所述光学图像传导设备的相对位置，从而提高第一图像采集设备在光学图像传导设备上面采集点位的精准度。

具体的，

根据第一光学图像采集设备显示的实时画面，调节第一位置调节装置，使得第一图像采集设备与光学图像传导设备的相对姿态调正。

以光束耦出区域的顶角为原点建立坐标系，基于建立的坐标系，将第一光学图像采集设备移动到图像采集区域的中心点，并按设定要求调整好第一光学图像采集设备与图像采集区域的中心点的相对位置。

作为优选实施方式，第一光学图像采集设备在图像采集区域采集第二图像的过程中，根据第一光学图像采集设备显示的实时画面，对第一图像采集设备的设备参数进行调节。

具体的，包括如下内容：

1)点击左右对焦按钮进行镜头焦距调节，直到被采集图像显示清晰。

2)设置合适的曝光时间和积分时间，让被采集图像不过曝的情况下达到最亮。

3)框选测量区域。

4)被采集图像保存路径选择。

通过上述操作，提高被采集图像的清晰度、提高被采集图像的图像亮度以及提高第一图像采集设备在光学图像传导设备上面采集点位的精准度。

其中，S4光学图像处理设备对所述第二图像进行处理，得到光学图像投影设备的入射空间角度，包括：

光学图像处理设备从第二图像中获取图像参数，第二图像包含实像与鬼像。

光学图像处理设备根据图像参数计算鬼像入射光源的偏移角度。

光学图像处理设备基于鬼像入射光源的偏移角度，计算得到光学图像投影设备的入射空间角度。

具体的，光学图像投影设备的入射空间角度包括光学图像投影设备在水平方向的入射角度和光学图像投影设备在竖直方向的入射角度。

其中，光学图像处理设备对第二图像进行处理，得到光学图像投影设备在水平方向的入射角度，包括：

光学图像处理设备获取第二图像中鬼像相对实像的横向偏移距离、第二图像的图像长度以及第二图像在长度方向的视场角。具体的，光学图像处理设备对第二图像中的实像建立坐标系，计算得到鬼像相对实像的横向偏移距离(如图4所示)，光学图像处理设备从第二图像中采集第二图像的图像长度以及第二图像在长度方向的视场角。

光学图像处理设备根据第二图像中鬼像相对实像的横向偏移距离、第二图像的图像长度以及第二图像在长度方向的视场角计算鬼像入射光源在水平方向的偏移角度，具体通过如下公式实现：

y/a＝α/γ

其中，y表示第二图像中鬼像相对实像的横向偏移距离，以像素为单位进行表示，a表示第二图像的图像长度，以像素为单位进行表示，α表示鬼像入射光源在水平方向的偏移角度，γ表示第二图像在长度方向的视场角。

光学图像处理设备根据鬼像入射光源在水平方向的偏移角度与光学图像投影设备在水平方向的入射角度之间的角度对应关系，计算得到光学图像投影设备在水平方向的入射角度。具体的，光学图像处理设备根据鬼像入射光源在水平方向的偏移角度为光学图像投影设备在水平方向的入射角度的2倍的对应关系，计算得到光学图像投影设备在水平方向的入射角度。

其中，光学图像处理设备对所述第二图像进行处理，得到光学图像投影设备在竖直方向的入射角度，包括：

光学图像处理设备获取第二图像中鬼像相对实像的纵向偏移距离、第二图像的图像宽度以及第二图像在宽度方向的视场角。具体的，光学图像处理设备对第二图像中的实像建立坐标系，计算得到鬼像相对实像的纵向偏移距离(如图4所示)，光学图像处理设备从第二图像中采集第二图像的图像宽度以及第二图像在宽度方向的视场角。

光学图像处理设备根据所述第二图像中鬼像相对实像的纵向偏移距离、第二图像的图像宽度以及第二图像在宽度方向的视场角计算鬼像入射光源在竖直方向的偏移角度，具体通过如下公式实现：

x/b＝β/λ

其中，x表示第二图像中鬼像相对实像的纵向偏移距离，以像素为单位进行表示，b表示第二图像的图像宽度，以像素为单位进行表示，β表示鬼像入射光源在竖直方向的偏移角度，λ表示第二图像在宽度方向的视场角。

光学图像处理设备根据鬼像入射光源在竖直方向的偏移角度与光学图像投影设备在竖直方向的入射角度之间的角度对应关系，计算得到光学图像投影设备在竖直方向的入射角度。具体的，所述光学图像处理设备根据鬼像入射光源在竖直方向的偏移角度为光学图像投影设备在竖直方向的入射角度的2倍的对应关系，计算得到光学图像投影设备在竖直方向的入射角度。

对应于上述入射空间角度测量方法，如图5所示，本实用新型提供一种入射空间角度测量系统，用于实现上述入射空间角度测量方法。

具体的，入射空间角度测量系统包括光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备。

光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备放置在暗室内。

光学图像投影设备靠近光学图像传导设备设置，用于向光学图像传导设备投射第一图像。具体的，光学图像投影设备接收设定图片，光学图像投影设备基于设定图片向光学图像传导设备投射入射光束，入射光束的集合构成所述第一图像。

光学图像传导设备，用于接收所述第一图像，并输出第二图像。具体的，光学图像传导设备包括光束耦入区域、光束传播区域以及光束耦出区域。光束耦入区域用于耦入入射光束；光束传播区域用于对入射光束进行传播，得到传播光束；光束耦出区域用于将传播光束耦出，耦出的传播光束集合构成所述第二图像。

第一光学图像采集设备靠近光学图像传导设备设置，用于采集所述第二图像。具体的，将第一光学图像采集设备移动到图像采集区域；第一光学图像采集设备在图像采集区域采集第二图像；第一光学图像采集设备将采集的第二图像发送给光学图像处理设备。

第一光学图像采集设备与光学图像处理设备连接。

上述光学图像处理设备，用于对所述第二图像进行处理，得到光学图像投影设备的入射空间角度。具体的，光学图像处理设备从第二图像中获取图像参数；光学图像处理设备根据图像参数计算鬼像入射光源的偏移角度；光学图像处理设备基于鬼像入射光源的偏移角度，计算得到光学图像投影设备的入射空间角度。

示例性的，上述光学图像投影设备可以采用微型显示系统，微型显示系统可以采用光引擎，比如光机设备，上述光学图像传导设备可以采用光栅波导，上述第一光学图像采集设备可以采用CCD相机，上述光学图像处理设备可以采用图像处理器。

作为优选实施方式，本实用新型的入射空间角度测量系统，还包括驱动设备和光学图像导入设备。

驱动设备的输入端与光学图像导入设备连接，驱动设备的输出端与上述光学图像投影设备连接。

光学图像导入设备，用于导入设定图片，并将导入的设定图片记录在驱动设备内。

驱动设备，用于对记录的设定图片调整光通量，并将调整光通量的设定图片发送给光学图像投影设备。

示例性的，上述的光学图像导入设备可以采用计算机，上述的驱动设备可以采用驱动板。

作为优选实施方式，本实用新型的入射空间角度测量系统还包括第一位置调节装置，第一位置调节装置与上述第一光学图像采集设备或者光学图像传导设备连接，第一位置调节装置，用于调整第一光学图像采集设备与光学图像传导设备的相对位置。

示例性的，第一位置调节装置可以采用角度位移设备，比如六轴角度位移平台。

作为优选实施方式，本实用新型的入射空间角度测量系统还包括第二光学图像采集设备和第二位置调节装置。

第二光学图像采集设备与光学图像投影设备连接，第二位置调节装置与光学图像投影设备连接。

第二光学图像采集设备，用于识别光学图像投影设备与光学图像传导设备之间的相对位置。

第二位置调节装置，用于调整光学图像投影设备的入射空间角度以及入射距离。

示例性的，上述第二光学图像采集设备可以采用CCD相机，上述第二位置调节装置可以采用多轴调节机械臂系统，比如六轴可调节小型机械臂系统。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种入射空间角度测量系统，其特征在于，包括光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备；

所述光学图像投影设备、光学图像传导设备、第一光学图像采集设备以及光学图像处理设备放置在暗室内；

所述光学图像投影设备靠近所述光学图像传导设备设置，用于向光学图像传导设备投射第一图像；

所述光学图像传导设备，用于接收所述第一图像，并输出第二图像；

所述第一光学图像采集设备靠近所述光学图像传导设备设置，用于采集所述第二图像；

所述第一光学图像采集设备与所述光学图像处理设备连接。

2.根据权利要求1所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，

所述第一图像由光学图像投影设备向光学图像传导设备投射的入射光束构成。

3.根据权利要求2所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，还包括光学图像导入设备，所述光学图像导入设备与所述光学图像投影设备连接；

所述光学图像导入设备，用于导入设定图片，并将所述设定图片发送给光学图像投影设备。

4.根据权利要求3所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，还包括驱动设备；

所述驱动设备的输入端与所述光学图像导入设备连接，所述驱动设备的输出端与所述光学图像投影设备连接；

所述光学图像导入设备，还用于将导入的设定图片记录在所述驱动设备内；

所述驱动设备，用于对记录的设定图片调整光通量，并将调整光通量的设定图片发送给光学图像投影设备。

5.根据权利要求1所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，还包括第一位置调节装置；

所述第一位置调节装置与所述第一光学图像采集设备或者光学图像传导设备连接；

所述第一位置调节装置，用于调整所述第一光学图像采集设备与所述光学图像传导设备的相对位置。

6.根据权利要求1所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，还包括第二光学图像采集设备和第二位置调节装置；

所述第二光学图像采集设备与所述光学图像投影设备连接，所述第二位置调节装置与所述光学图像投影设备连接；

所述第二光学图像采集设备，用于识别光学图像投影设备与光学图像传导设备之间的相对位置；

所述第二位置调节装置，用于调整光学图像投影设备的入射空间角度以及入射距离。

7.根据权利要求1所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，所述第一光学图像采集设备采用CCD相机。

8.根据权利要求6所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，所述第二光学图像采集设备采用CCD相机。

9.根据权利要求1所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，所述光学图像传导设备采用光栅波导。

10.根据权利要求9所述的入射空间角度测量系统，其特征在于，所述光栅波导包括光束耦入区域、光束传播区域以及光束耦出区域。

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