结构光投射模组组测设备的标定方法及投射模组组测方法与流程

本发明涉及光学技术领域，具体地说，本发明涉及结构光投射模组组测设备的标定方法及投射模组的组测方法。

背景技术：

在结构光投射模组中，投射模组用于投射特定图案的光线，主要由投射芯片组件(vcsel)、准直元件和光学衍射元件(doe)组成，其中准直元件和光学衍射元件合称为透镜组件。投射模组工作时，投射芯片组件发射光线，经准直元件整束后形成均匀、平行的光束，再由光学衍射元件调制复制后形成特定的光学图案并投射于投影场中。各部件安装位置的相对偏移和倾斜都会影响投射的图案，因此，在结构光投射模组各部件的组装过程中，需保证投射芯片组件投射的光线中心垂直于准直元件以及光学衍射元件，以保证投射出来的特定图案清晰，可由接收器接收获取。

由于结构光投射模组的组装精度要求极高，所以在组装过程中需要对结构光投射模组的组测设备中用于接收特定图案的幕布与用于拍摄投射在幕布上的图像的相机进行标定，对幕布和相机进行位置校准。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种能够克服现有技术的至少一个缺陷的解决方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种结构光投射模组组测设备的标定方法，包括：

在所述标准平面上方布置第一激光器并将其与所述定位结构对齐，其中所述标准平面具有用于定位待测所述投射模组的定位结构；

在所述第一激光器下方布置与所述标准平面平行的第一接收幕布，所述第一接收幕布适于接收和显示激光光标，所述激光光标由所述第一激光器发出并由所述反射片反射至所述第一接收幕布，所述反射片布置于所述标准平面的上表面；

在所述标准平面与所述第一接收幕布之间布置第二接收幕布载具；以及

根据所述第一接收幕布所显示的激光光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整所述第二接收幕布载具的位置使其与所述标准平面平行。

其中，在所述标准平面上方布置第一激光器并将其与所述定位结构对齐的步骤中，根据所述第一激光器朝向所述标准平面发射的所述激光光标与所述定位结构的位置关系来将所述第一激光器与所述定位结构对齐。

其中，在所述第一激光器下方布置与所述标准平面平行的第一接收幕布的步骤中，所述第一接收幕布与所述第一激光器紧密接触。

其中，第一接收幕布具有刚性承靠面，所述第一激光器的出射端的端面承靠于所述刚性承靠面。

其中，所述第一激光器下方布置与所述标准平面平行的第一接收幕布的步骤包括：

在所述第一激光器下方布置所述第一接收幕布，并使所述第一激光器的出射端的端面承靠于所述第一接收幕布的刚性承靠面；

所述第一激光器发出激光光标，所述激光光标被所述反射片反射至所述第一接收幕布，从而在所述第一接收幕布显示出第一十字光标；以及

根据所述第一十字光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整所述第一接收幕布的位置使其与所述标准平面平行。

其中，根据所述第一十字光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整所述第一接收幕布的位置使其与所述标准平面平行的步骤包括：

通过调整所述第一接收幕布和所述第一激光器的倾角使所述第一十字光标的中心与所述第一接收幕布上显示的所述第一激光器的轮廓的中心重合。

其中，所述定位结构是开孔。

其中，所述第一激光器是十字激光器。

其中，所述反射片是ir反射片。

其中，所述标准平面是大理石标准平面。

其中，所述第二接收幕布载具是透明的钢化玻璃。

其中，所述第二接收幕布载具透明；

根据所述第一接收幕布所显示的激光光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整第二接收幕布载具的位置使其与所述标准平面平行的步骤包括：

所述第一激光器发出激光光标，所述激光光标被所述第二接收幕布载具反射后，被所述第一接收幕布所接收，从而在所述第一接收幕布显示出第二激光光标；以及

根据所述第二激光光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整所述第二接收幕布载具的位置使其与所述标准平面平行。

其中，所述第二激光光标为第二十字光标；

根据所述第二激光光标与所述第一激光器的轮廓的位置关系，调整所述第二接收幕布载具的位置使其与所述标准平面平行的步骤包括：

通过调整所述第二接收幕布载具的倾角使所述第二十字光标的中心与所述第一接收幕布上显示的所述第一激光器的轮廓的中心重合。

其中，还包括：

在所述第二接收幕布载具上表面布置第二激光器并将其与所述定位结构对齐；

在所述第二接收幕布载具上方布置相机；以及

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、第二激光器的轮廓以及所述相机的镜头中心的位置关系，调整相机的位置使其与所述标准平面垂直，并且使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的轮廓的中心重合。

其中，在所述在第二接收幕布载具上表面布置第二激光器并将其与所述定位结构对齐的步骤后，还包括：

将所述第一激光器和所述第一接收幕布移除。

其中，在所述第二接收幕布载具上表面布置第二激光器并将其与所述定位结构对齐的步骤中，通过所述第一激光器朝向所述第二激光器发射激光调整所述第二激光器与所述第一激光器对齐，进而与所述定位结构对齐。

其中，根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、第二激光器的轮廓以及所述相机的镜头中心的位置关系，调整相机的位置使其与所述标准平面垂直，并且使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的轮廓的中心重合的步骤，具体包括：

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、第二激光器的轮廓的位置关系，调整相机的位置使其与所述标准平面垂直；

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑与所述相机的镜头中心的位置关系，调整所述相机的位置使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的光斑重合。

其中，根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、第二激光器的轮廓以及所述相机的镜头中心的位置关系，调整相机的位置使其与所述标准平面垂直，并且使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的轮廓的中心重合的步骤，具体包括：

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、所述相机的镜头中心的位置关系，调整所述相机的位置使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的光斑重合；

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑与所述第二激光器的轮廓的位置关系，调整所述相机的位置使所述第二激光器的轮廓中心与所述相机的镜头中心重合。

其中，根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、第二激光器的轮廓以及所述相机的镜头中心的位置关系，调整相机的位置使其与所述标准平面垂直，并且使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的轮廓的中心重合的步骤，具体包括：

根据所述相机拍摄的所述相机的镜头中心与第二激光器的轮廓中心的位置关系，调整所述相机的位置使所述相机的镜头中心与所述第二激光器的轮廓的中心重合；

根据所述相机拍摄的所述第二激光器投射的光斑、所述相机的镜头中心的位置关系，调整所述相机的位置使所述第二激光器投射的光斑、所述相机的镜头中心重合。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用所述的标定方法标定组测设备组装结构光投射模组的方法，包括：

将投射芯片组件设置在所述标准平面的所述定位结构处，将镜头组件设置在第二接收幕布与所述投射芯片组件之间；

开启所述投射芯片组件，用所述第二接收幕布接收结构光投射图案，用所述相机拍摄所述第二接收幕布所接收的所述结构光投射图案；

根据所述相机所拍摄的所述结构光投射图案的质量，对所述投射芯片组件与所述镜头组件的相对位置进行主动校准；以及

固定所述投射芯片组件与所述镜头组件，使得二者保持在主动校准所确定的相对位置。

其中，在所述固定步骤中，通过粘结或焊接工艺连接所述投射芯片组件与所述镜头组件。

根据本发明的又一个方面，提供了一种使用所述的标定方法标定组测设备检测结构光投射模组的方法，包括：

将投所述结构光投射模组设置在所述标准平面的所述定位结构处；

开启投射芯片组件，用第二接收幕布接收结构光投射图案，用所述相机拍摄所述第二接收幕布所接收的所述结构光投射图案；以及

根据所述相机所拍摄的所述结构光投射图案的质量，判断所述结构光投射模组投射的图案是否符合标准。

与现有技术相比，本发明具有下列至少一个技术效果：

1、本发明利用激光反射的原理，调整第一接收幕布和第二接收幕布载具，方法简单高效。

2、本发明利用激光器的打开和关闭状态，调整相机的镜头中心、第二激光器的轮廓的中心和第二激光器的光斑的位置关系，实现相机的调整，操作简单。

3、本发明使用标定方法标定的组测设备来组装结构光投射模组，可提高效率。

4、本发明使用标定方法标定的组测设备来检测结构光投射模组，操作简单高效。

附图说明

在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。

图1为第一接收幕布调平的初始状态示意图；

图2为第一接收幕布调整后的示意图；

图3为第二接收幕布载具调平的初始状态示意图；

图4为第二接收幕布载具调平后的状态示意图；

图5a为放置第二激光器后的状态示意图；

图5b为相机垂直调整的初始状态示意图；

图6为相机完成垂直调整的状态示意图；

图7为相机完成水平调整的状态示意图；

图8为在经过调整后相机的镜头中心与第二激光器的发射中心重合的状态示意图；

图9为在经过调整后相机的镜头中心与第二激光器的外轮廓的中心重合的状态示意图；

图10所示为完成相机和第二接收幕布载具的校准之后的结构光投射模组校准平台示意图；

图11示出了本发明一个实施例的结构光投射模组的组测设备的标定方法的流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一主体也可被称作第二主体。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图11示出了本发明一个实施例的结构光投射模组的组测设备的标定方法的流程图，其中，组测可以是投射模组或结构光模组的组装，也可以是投射模组或结构光模组的测试(检测)，还可以是投射模组或结构光模组的组装和测试。

参考图11，所述标定方法包括以下步骤s10～s80：

s10：准备第一激光器10、第一接收幕布20、ir反射片30、第二接收幕布载具401和标准平面50，其中标准平面具有定位结构，定位结构可为开孔501。

s20：将第一激光器10安装至标准平面50上方，将第一接收幕布20安装至第一激光器10下方并与第一激光器10紧密接触，其中，第一激光器10可为十字激光器，第一接收幕布20具有刚性承靠面，所述第一激光器10的出射端的端面承靠于第一接收幕布的所述刚性承靠面。将ir反射片30安装至标准平面50上，其中，第一激光器10与开孔501通过第一激光器10发射激光的方式在竖直方向上对齐，第一激光器10可通过第一接收幕布20投射激光光标，ir反射片30可反射第一激光器10发出的激光在第一接收幕布上形成第一十字光标201。其中，在本步骤中将第一激光器10安装至标准平面50上方，将第一接收幕布20安装至第一激光器10下方，以及将ir反射片30安装至标准平面50上，三者的安装顺序并不固定，可以调整三者的安装顺序。

图1为第一接收幕布调平的初始状态示意图。如图1所示，将准备的第一激光器10、第一接收幕布20、ir反射片30和标准平面50按照图1所示方位安装，其中标准平面50具有开孔501，标准平面50可以是大理石标准平面。将第一激光器10安装至标准平面50上方，通过第一激光器10投射的激光将第一激光器10与开孔501对齐，使第一激光器10的中心与开孔501的中心的连线保持垂直，其中，此处的垂直是指第一激光器10的中心与开孔501的中心的连线垂直于标准平面50，将第一接收幕布20安装至第一激光器10下方并与第一激光器10紧密接触，第一激光器10可通过第一接收幕布20投射十字光标；将ir反射片30安装至标准平面50，ir反射片30可反射第一激光器10发出的激光在第一接收幕布形成第一十字光标201。图1中的第一十字光标201的第一显示区20’是第一接收幕布20的仰视图，其中，第一实线圆101是第一激光器10的外轮廓。还参考图1，在第一接收幕布调平的初始状态中，因为第一接收幕布20存在水平夹角，所以反射形成的第一十字光标201的中心位置偏离第一实线圆101的中心位置。

s30：调整第一接收幕布20的位置，使第一十字光标201的中心与第一实线圆101的中心重合。

图2所示为第一接收幕布调整后的示意图。如图2所示，通过调整第一接收幕布20的水平位置，使第一十字光标201的中心位置与第一实线圆101的中心位置重合，从而可使得第一接收幕布20处于水平位置。经过图1和图2的步骤可以完成第一接收幕布的水平调平，从而为第二接收幕布载具的调平做好准备。

s40：将第二接收幕布载具401放置在第一激光器10与ir反射片30之间，其中第一激光器10可通过第二接收幕布载具401反射形成第二十字光标202。

图3为第二接收幕布载具调平的初始状态示意图。如图3所示，在图2的基础上增加了第二接收幕布载具401，其中第二接收幕布载具401处于初始位置，第二接收幕布载具401可为透明的钢化玻璃。图3中的第二十字光标202的第二显示区20”是第一接收幕布20的仰视图，其中，第一实线圆101是第一激光器10的外轮廓。如图3所示，在第二接收幕布载具401调平的初始状态中，因为第二接收幕布载具401存在水平夹角，所以反射形成的第二十字光标202的中心位置偏离第一实线圆101的中心位置。

s50：调整第二接收幕布载具401的位置，使第二十字光标202的中心与第一实线圆101的中心重合。

图4为第二接收幕布载具401调平后的状态示意图。如图4所示，通过调整第二接收幕布载具401的水平位置，使第二十字光标202的中心位置与第一实线圆101的中心位置重合，从而使得第二接收幕布载具401处于水平位置。经过图3和图4的调整步骤可以完成第二接收幕布载具401的水平调平。

通过上述图1至图4的调整可以完成第二接收幕布载具401的水平调平，从而为后续相机的调节做好准备。

s60：准备第二激光器60和相机70，将第二激光器60安装至第二接收幕布载具401，其中第二激光器60可向相机70方向发射激光。

图5a为放置第二激光器60后的状态示意图。如图5a所示，通过第一激光器10发射的激光调整第二激光器60的位置，使得第二激光器60的中心与开孔501的中心的连线保持垂直。

s70：将第一激光器10和第一接收幕布20移除，将相机70安装至第二接收幕布载具401上方，其中相机70可拍摄第二接收幕布载具401方向上的图案。

图5b为相机垂直调整的初始状态示意图。如图5b所示，在图5a的基础上将第一激光器10、第一接收幕布20和ir反射片30移除，增加了相机70，其中相机70处于初始位置。

s80：调整相机70的位置，使得相机70的垂直轴线与第二激光器60的垂直轴线的重合，从而实现相机70的垂直调整。s80的具体调节步骤分为：

s801：相机70在垂直方向的调整；

仍然参考图5b，在图5b中第三显示区域40’和第三显示区域40”分别为相机70拍摄的第二接收幕布载具401的俯视图图片，其中，第三显示区域40’为第二激光器60打开状态拍摄的图片，第三显示区域40”为第二激光器60关闭状态拍摄的图片。第三显示区域40’中的光斑601为第二激光器60打开时其在相机70拍摄的图片上所形成的光斑。第三显示区域40”中的第二实线圆602为第二激光器60关闭时其在相机70拍摄的图片上所形成第二激光器60的外轮廓。参考图5b，第二激光器60打开时在相机70拍摄的图片上所形成的光斑601与在第二激光器60关闭时在相机70拍摄的图片上所形成的第二激光器60的外轮廓602的中心不重合。因为第二接收幕布载具401经过图1-图4步骤的调整已经完成水平调平，所以光斑601与外轮廓602的中心不重合说明相机70与垂直方向存在夹角。图6为相机70完成垂直调整的状态示意图，图6中省略显示标准平面50。参考图6，通过相机70在垂直方向的调整，第二激光器60打开时在相机70拍摄的图片上所形成的光斑601与在第二激光器60关闭时在相机70拍摄的图片上所形成的第二激光器60的外轮廓602的中心重合，说明相机70已经完全垂直，或者相机70的垂直轴线与垂直方向的夹角已经在阈值以内。

s802：相机70在水平方向的调整；

还参考图6，第三显示区域40’和第三显示区域40”中的相机70垂直轴线延伸虚线的交点为相机的在显示区域的中心，通过图6可知第二激光器60打开时在相机70拍摄的图片上所形成的光斑601与在第二激光器60关闭时在相机70拍摄的图片上所形成的第二激光器60的外轮廓602的中心重合，但是光斑601还没有与相机70的中心重合，还需要进一步的调整。

图7为相机完成水平调整的状态示意图。参考图7，第三显示区域40’和第三显示区域40”中的相机70中心延伸虚线的交点为相机的镜头中心，通过相机70水平方向的调整，相机的镜头中心与第二激光器60打开时在相机70拍摄的图片上所形成的光斑601以及在第二激光器60关闭时在相机70拍摄的图片上所形成的第二激光器60的外轮廓602的中心重合，从而完成相机70的调整。

进一步地，在一个实施例中，步骤s80还可以采用以下步骤：

s801’：将相机70安装至第二激光器60上方，打开第二激光器60，水平移动相机70使得的镜头中心701与第二激光器60的发射中心603重合。

图8为在经过步骤s801’调整后相机70的镜头中心701与第二激光器60的发射中心603重合的状态示意图。参考图8，第三显示区域40’和第三显示区域40”中的虚线的交点为相机的镜头中心，相机的镜头中心与第二激光器60打开时在相机70拍摄的图片上所形成的光斑601重合，但是相机的镜头中心与在第二激光器60关闭时在相机70拍摄的图片上所形成的第二激光器60的外轮廓602的中心不重合。

s802’：以相机70的镜头中心701为参考点，在垂直方向调整相机70，使得相机的镜头中心与第二激光器60的外轮廓602的中心重合。通过该步骤的调整可以获得图7所示示意图的状态。

进一步地，在一个实施例中，步骤s80还可以采用以下步骤：

s801”：将相机70安装至第二激光器60上方，关闭第二激光器60，在垂直方向调整相机70，使得相机70的镜头中心与第二激光器60的外轮廓602的中心重合。图9为在经过步骤s801”调整后相机70的镜头中心与第二激光器60的外轮廓602的中心重合的状态示意图。

s802”：以发射中心603为参考点，在垂直方向调整相机70，使得相机的镜头中心与第二激光器60的光斑601重合。通过该步骤的调整可以获得图7所示的状态。

通过上述步骤的调整，可以实现对相机70和第二接收幕布载具401的校准。

图10所示为完成相机70和第二接收幕布载具401的校准之后的结构光投射模组校准平台示意图。如图10所示，将投射模组80放置在标准平面50的开孔501上方，将第二接收幕布40安装在第二接收幕布载具401上，其中，将第二接收幕布40安装在第二接收幕布载具401上仅为示例性的，第二接收幕布40还可安装在第二接收幕布载具401下方或其它合适的位置，或者第二接收幕布40可贴附在第二接收幕布40的上方或下方等合适位置。

使用图10所示的结构光投射模组的组测设备对投射模组80的校准可以采用以下步骤：

s1000：投射芯片组件801设置在所述标准平面50的定位结构(开孔501)处，镜头组件802设置在第二接收幕布40与投射芯片组件801之间，其中，图10中镜头组件802具有5个光学元件在其他实施例中，镜头组件802还可以具有其它数量，比如1、2、3、4或更多数量的光学元件；

s2000：开启投射芯片组件801，用第二接收幕布40接收结构光投射图案，相机70拍摄第二接收幕布40所接收的结构光投射图案；

s3000：根据相机70所拍摄的结构光投射图案的质量，对投射芯片组件801与镜头组件802的相对位置进行主动校准；

s4000：固定(例如通过胶材粘合的方式固定)投射芯片组件801与镜头组件802，使得二者保持在主动校准所确定的相对位置。

进一步地，在一个实施例中，在固定步骤s4000中，可通过粘结或焊接工艺连接投射芯片组件801与镜头组件802，其中，焊接工艺包括激光焊或超声焊。

进一步地，在一个实施例中，使用图10所示的结构光投射模组的组测设备对投射模组80检测的方法，包括：

将投结构光投射模组80设置在标准平面50的开孔501处；

开启投射芯片组件801，用第二接收幕布40接收结构光投射图案，用相机70第二接收幕布40收的结构光投射图案；以及

根据相机70摄的结构光投射图案的质量，判断结构光投射模组80的图案是否符合标准。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。