一种光学镜头光轴对准装置的制作方法

本实用新型涉及精密机械装调领域，更具体地说，是涉及基于图像处理的一种光学镜头光轴对准装置。

背景技术：

当代社会，手持设备诸如手机和平板电脑愈发普及，拍照功能也成为这些手持设备的核心功能，因此，手持设备的拍摄组件的需求量非常巨大，且由于拍摄组件的使用精度高，对成品拍摄质量要求严格，因此拍摄组件的组装也有很高的精度要求。拍摄组件包括镜头和传感器，在镜头的组装过程中，目前仍然会需要大量的人工作业，工人需要长时间观察正在组装的镜头采集到的图像，并且根据这些图像的模糊或者偏移程度调整组装的位置和角度。这种工作方式一则装配效率低，需要大量的人力，二则人工装配存在较大的误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光学镜头光轴对准装置，旨在解决现有技术中存在的采用人工组装摄像头时，装配速度慢、装配误差大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种光学镜头光轴对准装置，包括用于将图像投影至镜头的投影组件、带动镜头在所述投影组件下方摆动以使所述镜头与所述投影组件正对的摆动平台、用于带动一图像传感器在所述镜头下方沿X、Y、Z轴移动以使所述图像传感器与所述镜头正对的移动平台，以及与所述摆动平台及所述移动平台电连接并控制二者协调运动的主控制器。

所述投影组件包括光源以及设于所述光源下方且接收所述光源的光线并将图像投影至所述镜头的菲林。

所述投影组件还包括中继镜，所述中继镜设置于所述菲林和所述镜头之间。

还包括测试治具及弹性连接器，所述测试治具设置于所述移动平台上，所述图像传感器固定于所述测试治具上，所述弹性连接器电连接所述测试治具与所述主控制器。

所述摆动平台包括摆动平台底座、第一摆动件、第二摆动件以及第三摆动件，所述第一摆动件置于所述摆动平台底座顶部，所述第一摆动件与所述摆动平台底座之间通过弧面接触，所述第一摆动件通过第一驱动电机于弧面上摆动，

所述第二摆动件置于所述第一摆动件的正面，所述第二摆动件与所述第一摆动件之间通过弧面接触，所述第二摆动件通过第二驱动电机于弧面上摆动，

所述第三摆动件置于所述第二摆动件的正面，所述第三摆动件与所述第二摆动件之间通过弧面接触，所述第三摆动件通过第三驱动电机于弧面上摆动，所述第三摆动件的正面设置有用于夹持镜头的夹持件。

所述摆动平台底座的顶部设有第一弧形导轨，所述第一摆动件的底部设有可置于所述第一弧形导轨内的第一弧形齿条，所述第一驱动电机置于所述摆动平台底座上，所述第一驱动电机的输出端设有第一齿轮，所述第一齿轮与所述第一弧形齿条啮合；

所述第一摆动件的正面设有第二弧形导轨，所述第二摆动件的背面设有可置于所述第二弧形导轨内的第二弧形齿条，所述第二驱动电机设于所述第一摆动件上，所述第二驱动电机的输出端设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第二弧形齿条啮合；

所述第二摆动件的正面设有第三弧形导轨，所述第三摆动件的背面设有可置于所述第三弧形导轨内的第三弧形齿条，所述第三驱动电机设于所述第二摆动件上，所述第三驱动电机的输出端设有第三齿轮，所述第三齿轮与所述第三弧形齿条啮合。

所述摆动平台底座的顶部还设有与所述第一弧形导轨平行的第一弧形导向槽，所述第一摆动件的底部设有可于所述第一弧形导向槽内滑移的第一导向条；

所述第一摆动件的正面还设有与所述第二弧形导轨平行的第二弧形导向槽，所述第二摆动件的背面设有可于所述第二弧形导向槽内滑移的第二导向条；

所述第二摆动件的正面还设有与所述第三弧形导轨平行的第三弧形导向槽，所述第三摆动件的背面设有可于所述第三弧形导向槽内滑移的第三导向条。

所述夹持件包括相对设置的两夹持臂，两所述夹持臂的端部分别向内弯折形成用于夹持镜头的卡爪。

所述移动平台包括移动平台底座、设于所述移动平台底座上且可沿Y轴方向移动的Y移动组件、设于所述Y移动组件上且可沿Z轴方向移动的Z移动组件以及设于所述Z移动组件上且可沿X轴方向移动的X移动组件，所述图像传感器置于所述X移动组件上。

所述移动平台底座上设有第一电机及第一滑轨，所述第一滑轨沿Y轴延伸，所述第一电机的输出端连接一第一丝杆，所述第一丝杆与所述第一滑轨平行，所述Y移动组件包括第一滑块以及设于所述第一滑块下方的第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母套设于所述第一丝杆上，所述第一滑块的底部设有与所述第一滑轨配合的第一滑槽；

所述第一滑块上设有第二电机及第二滑轨，所述第二滑轨沿Z轴延伸，所述第二电机的输出端连接一第二丝杆，所述第二丝杆与所述第二滑轨平行，所述Z移动组件包括第二滑块以及设于所述第二滑块侧面的第二丝杆螺母，所述第二丝杆螺母套设于所述第二丝杆上，所述第二滑块的侧面设有与所述第二滑轨配合的第二滑槽；

所述第二滑块上设有第三电机及第三滑轨，所述第三滑轨沿Y轴延伸，所述第三电机的输出端连接一第三丝杆，所述第三丝杆与所述第三滑轨平行，所述X移动组件包括第三滑块以及设于所述第三滑块下方的第三丝杆螺母，所述第三丝杆螺母套设于所述第三丝杆上，所述第三滑块的底部设有与所述第三滑轨配合的第三滑槽。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型设置用于驱动镜头旋转的摆动平台，以及用于驱动图像传感器的XYZ三轴移动的移动平台，通过两个平台实现镜头与图像传感器的相对位置的任意变化，通过机械自动化控制实现拍摄组件的快速精准的装配。

附图说明

图1是本实用新型提供的镜头光轴对准装置；

图2是图1中区域I的局部放大图；

图3是本实用新型提供的移动平台的结构示意图；

图4是本实用新型提供的移动平台的分解图；

图5是本实用新型提供的摆动平台的结构示意图；

图6是本实用新型提供的摆动平台的分解图；

图7是本实用新型提供的主控制器的结构框图；

图8是本实用新型提供的主控制器的结构框图。

附图标示说明

1、拍摄组件，11、镜头，12、图像传感器，

2、移动平台，21a、第一电机，22a、第一丝杆，23a、第一螺母，24a、第一滑轨，25a、第一滑槽，26a、第一滑块，27a、移动平台底座，

21b、第二电机，22b、第二丝杆，23b、第二螺母，24b、第二滑轨，25b、第二滑槽，26b、第二滑块，27b、第二安装板，

21c、第三电机，22c、第三丝杆，23c、第三螺母，24c、第三滑轨，25c、第三滑槽，26c、第三滑块，27c、第三安装板，28、第一固定板，29、第二固定板，

3、摆动平台，31a、第一摆动件，32a、第一弧形导轨，33a、第一弧形导向槽，34a、第一导向条，35a、第一弧形齿条，36a、第一驱动电机，37a、第一齿轮，

31b、第二摆动件，32b、第二弧形导轨，33b、第二弧形导向槽，34b、第二导向条，35b、第二弧形齿条，36b、第二驱动电机，37b、第二齿轮，

31c、第三摆动件，32c、第三弧形导轨，33c、第三弧形导向槽，34c、第三导向条，35c、第三弧形齿条，36c、第三驱动电机，37c、第三齿轮，38、摆动平台底座，

4、投影组件，41、菲林，42、中继镜，43、光源,

5、测试治具，

6、弹性连接器，

7、夹持件，71、夹持臂，72、卡爪。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实现进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型为一种用于装配拍摄组件1的装置，拍摄组件1包括镜头11和图像传感器12，本实施例中镜头1也包括光学镜头，本实用新型主要是用于镜头11的光轴对准，包括用于将图像投影至镜头11的投影组件4、带动镜头11在所述投影组件4下方摆动以使所述镜头11与所述投影组件4正对的摆动平台3、用于带动一图像传感器12在所述镜头11下方沿X、Y、Z轴移动以使所述图像传感器12与所述镜头11正对的移动平台2，以及与所述摆动平台3及所述移动平台2电连接并控制二者协调运动的主控制器。

本实用新型设置用于驱动镜头11绕镜头11的光学中心旋转的摆动平台3，以及用于驱动所述图像传感器12的沿XYZ三轴移动的移动平台2，通过两个平台实现镜头11相对于图像传感器12的位置的任意变化，通过机械自动化控制实现拍摄组件1的快速精准的装配。

进一步地,所述投影组件4包括光源43以及设于所述光源43下方且接收所述光源43的光线并将图像投影至所述镜头11的菲林41，通过投影组件4完成菲林41内的图像投影至镜头11。

进一步地，所述投影组件4还包括中继镜42，所述中继镜42设置于所述菲林41和所述镜头11之间，所述中继镜42设置于所述菲林41和所述镜头11之间，光源43照射到菲林41之后，经过中继镜42增距，再投影到镜头11，以此形成更大的图像，便于MTF的测量计算。

本实施例还包括测试治具5及弹性连接器6，所述测试治具5设置于所述移动平台2上，所述图像传感器12固定于所述测试治具5上，所述弹性连接器6电连接所述测试治具5与所述主控制器，本实施例中，弹性连接器6通过弹性弯曲或者弹性伸展确保移动平台2移动时图像传感器12能够与主控制器有效连接。

本实施例中，如图5所示，所述摆动平台3包括摆动平台底座38、第一摆动件31a、第二摆动件31b以及第三摆动件31c，所述第一摆动件31a置于所述摆动平台底座38顶部，所述第一摆动件31a与所述摆动平台底座38之间通过弧面接触，所述第一摆动件31a通过第一驱动电机36a于弧面上摆动；

所述第二摆动件31b置于所述第一摆动件31a的正面，所述第二摆动件31b与所述第一摆动件31a之间通过弧面接触，所述第二摆动件31b通过第二驱动电机36b于弧面上摆动；

所述第三摆动件31c置于所述第二摆动件31b的正面，所述第三摆动件31c与所述第二摆动件31b之间通过弧面接触，所述第三摆动件31c通过第三驱动电机36c于弧面上摆动，所述第三摆动件31c的正面设置有用于夹持镜头11的夹持件7。

进一步地，

如图6所示，所述摆动平台底座38的顶部设有第一弧形导轨32a，所述第一摆动件31a的底部设有可置于所述第一弧形导轨32a内的第一弧形齿条35a，所述第一驱动电机36a设置于所述摆动平台底座38上，所述第一驱动电机36a的输出端设有第一齿轮37a，所述第一齿轮37a与所述第一弧形齿条35a啮合；

所述第一摆动件31a的正面设有第二弧形导轨32b，所述第二摆动件31b的背面设有可置于所述第二弧形导轨32b内的第二弧形齿条35b，所述第二驱动电机36b设于所述第一摆动件31a上，所述第二驱动电机36b的输出端设有第二齿轮37b，所述第二齿轮37b与所述第二弧形齿条35b啮合；

所述第二摆动件31b的正面设有第三弧形导轨32c，所述第三摆动件31c的背面设有可置于所述第三弧形导轨32c内的第三弧形齿条35c，所述第三驱动电机36c设于所述第二摆动件31b上，所述第三驱动电机36c的输出端设有第三齿轮37c，所述第三齿轮37c与所述第三弧形齿条35c啮合。

更具体地，

所述摆动平台底座38的顶部还设有与所述第一弧形导轨32a平行的第一弧形导向槽33a，所述第一摆动件31a的底部设有可于所述第一弧形导向槽33a内滑移的第一导向条34a；

所述第一摆动件31a的正面还设有与所述第二弧形导轨32b平行的第二弧形导向槽33b，所述第二摆动件31b的背面设有可于所述第二弧形导向槽33b内滑移的第二导向条34b；

所述第二摆动件31b的正面还设有与所述第三弧形导轨32c平行的第三弧形导向槽33c，所述第三摆动件31c的背面设有可于所述第三弧形导向槽33c内滑移的第三导向条34c，所述镜头11通过所述夹持件7与所述第三摆动件31c固定连接。

如图2、图5、图6所示，所述夹持件7包括相对设置的两夹持臂71，两所述夹持臂71的端部分别向内弯折形成用于夹持镜头11的卡爪72。

定义过镜头11光学中心的三根转轴，分别为第一转轴、第二转轴、第三转轴，三根转轴共同相交于镜头11的光学中心。其中第一转轴垂直第一导向条34a的运动轨迹所在的平面，第二转轴垂直第二导向条34b的运动轨迹所在的平面，第三转轴垂直第三导向条34c运动轨迹所在的平面，其中，第二转轴和第三转轴随第一摆动件31a的旋转而绕第一转轴旋转，第三转轴还随第二摆动件31b的旋转而绕第二转轴旋转。

本实施例中，所述移动平台2包括移动平台底座27a、设于所述移动平台底座27a上且可沿Y轴方向移动的Y移动组件、设于所述Y移动组件上且可沿Z轴方向移动的Z移动组件以及设于所述Z移动组件上且可沿X轴方向移动的X移动组件，所述图像传感器12置于所述X移动组件上。

具体地，

如图3、图4所示，所述移动平台底座27a上设有第一电机21a及第一滑轨24a，所述第一滑轨24a沿Y轴延伸，所述第一电机21a的输出端连接一第一丝杆22a，所述第一丝杆22a与所述第一滑轨24a平行，所述Y移动组件包括第一滑块26a以及设于所述第一滑块26a下方的第一螺母23a，所述第一螺母23a套设于所述第一丝杆22a上，所述第一滑块26a的底部设有与所述第一滑轨24a配合的第一滑槽25a；

所述第一滑块26a上设有第二电机21b及第二滑轨24b，所述第二滑轨24b沿Z轴延伸,所述第二电机21b的输出端连接一第二丝杆22b，所述第二丝杆22b与所述第二滑轨24b平行，所述Z移动组件包括第二滑块26b以及设于所述第二滑块26b侧面的第二螺母23b，所述第二螺母23b套设于所述第二丝杆22b上，所述第二滑块26b的侧面还设有与所述第二滑轨24b配合的第二滑槽25b；

所述第二滑块26b上设有第三电机21c及第三滑轨24c，所述第三滑轨24c沿X轴延伸，所述第三电机21c的输出端连接一第三丝杆22c，所述第三丝杆22c与所述第三滑轨24c平行，所述X移动组件包括第三滑块26c以及设于所述第三滑块26c下方的第三螺母23c，所述第三螺母23c套设于所述第三丝杆22c上，所述第三滑块26c的底部设有与所述第三滑轨24c配合的第三滑槽25c，且所述图像传感器12设置于所述第三滑块26c的顶部。

进一步地，本实施例中还设第一固定板28、第二固定板29，第一固定板28同时与第二安装板27b、第一滑块26a固定连接，第一固定板28为在原有连接结构的基础上增加辅助固定结构，用于增强第二安装板27b与第一滑块26a连接强度，第二固定板29同时与第三安装板27c、第二滑块26b固定连接，第一固定板28为在原有连接结构的基础上增加辅助固定结构，用于增强第三安装板27c与第二滑块26b连接强度。

本实施例中，所述主控制器分别与所述第一驱动电机36a、所述第二驱动电机36b、所述第三驱动电机36c电连接，以及分别与所述第一电机21a、所述第二电机21b、所述第三电机21c电连接，所述主控制器控制上述六个电机的启动和停止。

所述主控制器控制所述第一驱动电机36a驱动所述第一摆动件31a绕第一转轴转动，同时第二摆动件31b和第三摆动件31c跟随第一摆动件31a绕第一转轴转动；所述主控制器控制所述第二驱动电机36b驱动所述第二摆动件31b绕第二转轴转动，同时第三摆动件31c跟随第二摆动件31b绕第二转轴转动；所述主控制器控制所述第三驱动电机36c驱动所述第三摆动件31c绕第三转轴转动，同时镜头11跟随第三摆动件31c绕第三转轴转动。

所述主控制器控制所述第一电机21a驱动所述第一滑块26a沿第一滑轨24a移动，同时第二滑块26b和第三滑块26c跟随第一滑块26a移动；所述主控制器控制所述第二电机21b驱动所述第二滑块26b沿所述第二滑轨24b移动，同时第三滑块26c跟随第二滑块26b移动；所述主控制器控制所述第三电机21c驱动所述第三滑块26c沿第三滑轨24c移动，同时图像传感器12跟随第三滑块26c移动。

进一步地，本实施例中菲林41中的图像划分多个区域。

具体地，菲林41中的图像划分时至少划分一个中心区域以及至少三个环绕中心区域均匀分布的外环区域。优选外环区域中心对称设置，对称中心为中心区域的中心，如设置一个中心区域和四个外环区域，四个外环区域环绕中心区域的中心对称设置。中心对称设置时，对称的两端易形成最大的反差，便于计算获得各区域图像MTF极差的最大值。

本实施例中菲林41中的图像投影成像至图像传感器12，通过主控制器控制逐步移动平台2和摆动平台3，调整镜头11与图像传感器12之间的平行度和距离，主控制器采集每一运动步骤的图像并计算各区域的图像MTF的极差以及各区域之间的MTF极差百分比，当MTF极差百分比小于预设阈值时完成镜头11与图像传感器12的定位，快速的找到成像清晰度均匀的镜头11与图像传感器12的对应位置。

如图7所示，本实施例主控制器包括运动控制模块、图像采集模块和运算模块，所述运动控制模块具体来说为运动控制卡，运动控制卡分别与所述第一驱动电机36a、所述第二驱动电机36b、所述第三驱动电机36c电连接、所述第一电机21a、所述第二电机21b、所述第三电机21c电连接。上述电机选用易于精确控制的伺服电机，运动控制卡发送脉冲至伺服电机，通过伺服电机来精准控制摆动平台3和移动平台2，控制移动平台2使图像传感器12和镜头11对正，尤其是控制摆动平台3按照指定的较小的角度旋转。

所述图像采集模块，连接图像传感器12，用于采集菲林41图像，运算模块用于计算转轴选择、旋转角度计算每一步运动后各区域的图像MTF的极差以及区域之间的MTF极差百分比。

所述运动控制卡控制所述摆动平台3逐步转动，直至区域之间的MTF极差百分比均小于预设MTF极差百分比阈值时止。

进一步地，如图7所示，运算模块包括：

MTF值检测模块，用于分别检测所述镜头11拍摄的菲林41图像中所有区域的MTF值，选取MTF值最小的区域作为待调整区域；

MTF极差计算模块，用于分别计算其他各区域与所述待调整区域之间的MTF极差，根据与所述待调整区域之间MTF极差最大的区域选取转轴；

旋转角度计算模块，用于根据所述待调整区域的MTF值、预设标准MTF值和所述待调整区域的校准系数，计算所述镜头11的待旋转角度；

循环模块，用于返回分别计算所述镜头11拍摄的图像中不同区域的MTF值的步骤，直到所述图像中所有区域之间的MTF极差百分比均小于预设MTF极差百分比阈值时止；

校准系数计算模块，用于预先计算所述镜头11沿其转轴旋转时，所述图像中所有区域所对应的校准系数；

MTF参数设置模块，用于预先设置标准MTF值和MTF极差百分比阈值。

如图8所示，所述校准系数计算模块包括：

初步装配单元，用于对镜头11和图像传感器12进行初步装配，设定此时所述镜头11沿转轴旋转的旋转角度为0；

MTF值变化范围计算单元，用于以预设角度增量，分别控制所述镜头11沿其转轴在预设角度范围内旋转，并分别检测所述图像中所有区域的MTF值变化范围；

校准系数计算单元，用于根据所述预设角度范围和所述MTF值变化范围，计算所述镜头11沿其所有预设转轴旋转时，所述图像中所有区域所对应的校准系数。

本实施例中通过上述镜头11的对准装置和对准方法，通过迭代式逼近方式，迭代的收敛条件为全局MTF高于一定阈值，同时成像不同区域MTF的极差百分比小于一定阈值，自动获取具有成像清晰度分布均匀的镜头11和图像传感器12的对应位置。本实施例中还设置上料机构、下料机构，上料机构自动移动图像传感器12到测试治具5，自动移动镜头11到夹持件7上；下料时则自动拾取由镜头11和图像传感器12构成的装配体到下游装配工位。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。