成像光斑检测装置的制作方法

本实用新型涉及装配技术领域，尤其涉及一种成像光斑检测装置。

背景技术：

现如今，市场上存在越来越多的具备独立功能的光学模组，以满足多样化的市场需求。这些光学模组可以嵌入到其他设备中发挥其功能，例如摄像头模组、微型投影模组、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光学模组以及VR (Virtual Reality，虚拟现实)/AR(Augmented Reality，增强现实)光学模组等。

通常，光学模组由多个光学元件以及其他零件组装得到。例如，摄像头模组可由图像传感器、镜座、多个镜片、线路板等零配件组装得到。其中，镜片的组装精度对光学模组的光学性能起到决定性的作用。

现有技术中，存在一种根据成像光斑分析镜片组装精度的设备。但是，这种设备在实际应用中检测成像光斑时，通常具有较低的检测效率。

技术实现要素：

本实用新型的多个方面提供一种成像光斑检测装置，用以在光学模组的对准组装过程中，能够同时对多个待对准的光学模组的成像光斑进行高效地检测，提升根据成像光斑分析镜片组装精度的效率。

本实用新型提供一种成像光斑检测装置，适用于光学模组的对准组装，其包括：用于形成多色成像光斑的成像组件；设于所述成像组件的理论出光方向上，且用于将所述成像组件出射的光分光至不同方向的分光镜；用于采集所述成像光斑的图像采集组件；其中，所述图像采集组件包括：位于所述分光镜的出光方向上，且用于将来自所述分光镜的光分光成不同波长的光的分色镜；以及位于所述分色镜的出光方向上，且用于对所述不同波长的光对应的成像光斑进行采集的感光元件；其中，所述分色镜的数量以及所述感光元件的数量匹配于所述多色光斑的数量。

进一步可选地，所述图像采集组件包括：分别用于检测所述不同波长的光对应的成像光斑的光斑位置以及光斑大小的第一图像采集组件和第二图像采集组件；其中，所述第一图像采集组件与所述分光镜之间设有正透镜，所述正透镜与所述第一图像采集组件共轴所述正透镜的与所述分光镜共轴。

进一步可选地，所述第二图像采集组件与所述分光镜之间设有与所述分光镜的出光方向垂直的成像屏。

进一步可选地，所述成像组件包括：用于固定待组装光学件的固定件；

位于所述待组装光学件的物方的多色光源；与所述图像采集组件电连接，且用于根据所述图像采集组件采集到的成像光斑生成对准指令的控制器；与所述控制器电连接，且用于根据所述对准指令进行运动，以将待组装镜片放置到所述待组装光学件的指定位置处的对准机构。

进一步可选地，所述对准机构包括：与所述控制器电连接的第一机械臂，设于所述第一机械臂上的集成机构,所述集成机构上集成有多个用于夹持所述待组装镜片的对准头。

进一步可选地，所述成像组件还包括：用于根据所述控制器的点胶指令在指定位置执行点胶操作的点胶机构；所述点胶机构包括与所述控制器电连接的第二机械臂以及固定在所述第二机械臂上的点胶针筒。

进一步可选地，所述点胶机构还包括：固定在所述第二机械臂上，且用于采集点胶位置的图像采集器。

进一步可选地，所述点胶针筒为UV点胶针筒；所述点胶机构还包括：固定在所述第二机械臂上，且与所述控制器电连接的UV灯。

进一步可选地，所述分光镜包括斜棱面胶合的两个直角棱镜，且胶合面上镀有透射率和反射率为1:1的半透半反介质膜。

进一步可选地，所述分色镜包括：镀有分色膜的直角棱镜、五角棱镜、半五角棱镜、普罗棱镜以及屋脊棱镜中的一种或多种的组合。

在本实用新型中，图像采集组件中设有分色镜，可按照波长对成像组件形成的多色光斑对应的光束进行分光，进而图像采集组件中的感光元件可同时采集到不同颜色的成像光斑。基于此，在光学模组的对准组装过程中，实现了同时对多个待对准的光学模组的成像光斑进行高效地检测，提升了根据成像光斑分析镜片组装精度的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例提供的成像光斑检测装置的结构示意图；

图2a为本实用新型一实施例提供的分色镜的结构示意图；

图2b为本实用新型另一实施例提供的分色镜的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的成像光斑检测装置的结构示意图；

图4a为本实用新型一实施例提供的第一图像采集组件采集的到的成像光斑的示意图；

图4b为本实用新型一实施例提供的第二图像采集组件采集到的成像光斑的示意图；

图5是本实用新型又一实施例提供的成像光斑检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

需要说明的是，在本实用新型的下述实施例中，光学模组指的是对准完成后的完整产品；待对准光学模组，指的是组装过程中的光学模组，其可能处于未对准状态，也可能处于已对准状态；待组装光学件，指的是光学模组的半成品，需要将待组装镜片对准组装在其指定的位置后才能够得到光学模组。以下实施例中，提到上述概念时，可参照上述解释进行理解，不再赘述。

在现有的一种光学模组对准组装方式中，可通过组装过程中待对准光学模组的成像光斑的位置和大小来分析待组装镜片是否已对准。在这样的实施方式中，当存在多个待对准光学模组时，可以采用单色光源照明形成单色成像光斑的一一对准的方式，这种方式只能逐个进行对准操作，存在效率低的缺陷。现有技术还存在一种采用多色光源照明形成多色光斑，以实现一次性对准多个光学模组的对准方式。但是，这种方式中，图像采集设备对多色光斑同时进行拍摄时，由于多色成像光斑之间相互影响，导致对光斑的位置和大小进行分析的难度较大，进而对准精度和对准效率降低。

为解决上述缺陷，本实用新型提供一种成像光斑检测装置，如图1所示，该装置包括：

用于形成多色成像光斑的成像组件10；设于成像组件10的理论出光方向上，且用于将成像组件10出射的光分光至不同方向的分光镜11；用于采集成像光斑的图像采集组件12。

其中，成像组件10的理论出光方向上，指的是，理想情况下，成像组件 10包含的光学元件精确对准后，由平行光对其进行照射时对应的出光方向。理论上，该出光方向与成像光斑检测装置的光轴方向一致。

其中，图像采集组件12包括：位于分光镜11的出光方向上，且用于将来自分光镜11的光分光成不同波长的光的分色镜121；以及位于分色镜121 的出光方向上，且用于对不同波长的光对应的成像光斑进行采集的感光元件 122。在上述装置中，成像组件10出射的光，经分光镜11后，分光成不同的方向，例如，一束光能够穿透分光镜11，沿着入射方向继续向后传播，另一束光被分光镜11反射，沿着反射方向继续向后传播。继续向后传播的光，入射在分色镜121上，被分色镜121按照波长分光至不同方向，并最终由感光元件122接收。感光元件122采集到的成像光斑包含有光斑尺寸大小信息以及位置信息，可以用于分析待对准光学模组的对准精度。

其中，成像组件10中包含的元件与待对准光学模组的实际结构相关联，本实用新型实施例不做限制。

在图像采集组件12中，分色镜121的数量以及感光元件122的数量匹配于多色光斑的数量。分色镜121能够对指定波长的光进行反射，对其他波长的光进行透射，以将多种波长混合的光束按照波长分成多束光。进而，当需要对N(N为整数)个不同颜色的成像光斑进行分析时，分色镜121的数量可以为N-1。其中，N-1个分色镜121上可分别镀有与N-1个不同波长对应的分色膜，以满足N-1个分色镜121分别反射N-1个不同颜色的成像光斑对应的光束，始终透射1个指定颜色的成像光斑对应的光束。感光元件122的数量可以为N个，其中，N-1个感光元件122分别位于N-1个分色镜121的光反射方向上，1个感光元件位于最末的分色镜121的透射方向上。这样，N 个感光元件可分别获取N个不同颜色的成像光斑，避免了多个不同颜色的成像光斑相互影响导致光斑分析误差较大的缺陷，间接提升了光学模组的对准精度。

例如，如图1示意的，当成像组件10出射的光束包含三种不同波长的光时，图像采集组件12中可包含两个分色镜121以及三个感光元件122。其中了，两个感光元件122分别设于两个分色镜121的光反射方向上，另一个感光元件122 设于最末分色镜121的光透射方向上。

在本实施例中，图像采集组件12中设有分色镜121，可按照波长对成像组件形成的多色光斑对应的光束进行分光，进而图像采集组件12中的感光元件122 可同时采集到不同颜色的成像光斑。基于此，在光学模组的对准组装过程中，实现了同时对多个待对准的光学模组的成像光斑进行高效地检测，提升了根据成像光斑分析镜片组装精度的效率。

可选的，本实用新型实施例中，分色镜122可包括：镀有分色膜的直角棱镜、五角棱镜、半五角棱镜、普罗棱镜以及屋脊棱镜中的一种或多种的组合。上述不同的棱镜组合时，配合以不同波长对应的分色膜，可以使得入射至其上的光线从不同的出光方向出射。

以镀有分色膜的直角棱镜为例，在一可选的实施方式中，如图2a所示：可在两个直角棱镜(图2a所示的第一直角棱镜和第二直角棱镜)的斜棱面镀分色膜，并将这两个镀膜的斜棱面胶合。进而，入射至胶合面上的不同波长的混合光，被反射或者透射后分别通过两个直角棱镜的直角面出射出去。当需要分开三种不同波长的混合光时，需要两个胶合棱镜，且两个胶合棱镜上分别镀不同波长对应的分色膜。如图2a所示，两个胶合棱镜可将不同波长的混合光分别入射至三个感光元件上。

在另一可选的实施方式中，如图2b所示，第一直角棱镜的第一直角面与第二直角棱镜的斜棱面相对，其中，第一直角棱镜的第一直角面以及斜棱面上镀有第一波长对应的分色膜，第二直角棱镜上有入射光穿过的直角面上镀有与第二波长对应的分色膜。进而，入射在第一直角棱镜上的三色混合光束，可如图2b所示，被分光为三束方向不同的光，并由相应出光面之外的感光元件接收。

应当理解，上述实施例中，以三种颜色的混合光束的分光为例对分色镜 121进行举例说明，在实际中，分色镜121的设计与分光需求相对应，此处不再赘述。

可选地，在本实施例中，如图1所示，分光镜11可由两个直角棱镜的斜棱面胶合而成，且胶合面上镀有透射率和反射率为1:1的半透半反介质膜。进而，从分光镜11的入光面Si入射的光线，可经半透半反介质膜分成两束光强接近、方向垂直的光束。其中，经半透半反介质膜反射的光束可从第一出光面So1透出，经半透半反介质膜透射的光束可经第二出光面So2透出。

应当理解，为保证光学模组具有良好的光学性能，在每一组光学模组的对准组装过程中，待组装镜片的对准包括待组装镜片针对待组装光学件在XYZ三个轴向上分别对准。其中，Z轴坐标可表示待组装镜片的中心和待组装镜片的理论中心之间的距离，X、Y轴坐标表示待组装镜片的中心相对于待对准光学模组的光轴的上下左右偏移量。

基于上述分析可知，在一可选的实施方式中，分析待组装光学模组是否对准可从如下的角度出发：其一为，判断待组装镜片的中心相对于待对准光学模组的光轴是否存在上下左右的误差，该误差可以通过分析待对准光学模组的成像光斑的中心点相对于待组装光学件所成的像的中心点的上下左右位置确定；其二为，判断待组装镜片相对于待组装镜片的理论位置是否存在前后误差，该误差可以通过分析待对准光学模组的成像光斑的大小来确定。

在一可选实施方式中，图像采集组件12的数量可以为1个，1个图像采集组件12可以设于分光镜11的任意一个出光方向上，1个图像采集组件12可同时采集待对准光学模组的成像光斑的上下左右位置以及成像光斑的大小。

在另一可选实施方式中，图像采集组件12的数量可以与分光镜11分光后出射的光束的数量一致，也就是说，分光镜11的每一个出光方向上均可设有一个图像采集组件12，多个图像采集组件12可分别采集成像光斑的上下左右位置或成像光斑的大小。例如图1所示，当分光镜11将成像组件10出射的光分别分光成竖直方向上的透射光束和反射光束时，分光镜11的光透射方向上设有一图像采集组件12，光反射方向上也设有一图像采集组件12。

基于上述分析，本实用新型在如图3所示装置中，示意了存在两组图像采集组件12的情况，即分别用于检测不同波长的光对应的成像光斑的光斑位置以及光斑大小的第一图像采集组件12A和第二图像采集组件12B。如图 3所示，第一图像采集组件12A设于分光镜11的第一出光面So1之外，且与第一出光面So1共轴，第二图像采集组件12B设于分光镜11的第二出光面 So2之外，且与So2共轴。

可选的，在确定待组装镜片的中心相对于待对准光学模组的光轴的上下左右偏差时，可引入待组装光学件为参考对象，通过判断成像光斑与待组装光学件所成的像之间的相对位置，来确定误差量。

基于上述分析可知，第一图像采集组件12A需要同时对成像光斑以及待组装光学件进行采集。在一可选实施方式中，为确保第一图像采集组件12A 不仅能够拍摄到待对准光学模组的成像光斑，还能够拍摄到待组装光学件，可在设置第一图像采集组件12A与分光镜12之间的距离时，适当增大该距离以使该距离满足第一图像采集组件12A拍摄待对准光学模组的需求。

在另一可选实施方式中，为缩小成像光斑检测装置的体积并保证第一图像采集组件12A对待组装光学件的拍摄质量，如图3所示，本实施例可在第一图像采集组件12A与分光镜11之间设正透镜13，正透镜13与第一图像采集组件12A共轴。进而，具有正光焦度的正透镜13可以辅助扩大第一图像采集组件12A的视场角，缩短成像距离。可选的，正透镜13可以是一个单透镜，也可以是透镜组。可选的，正透镜13可以包括一非球面透镜，非球面透镜可以使得第一图像采集组件12A拍摄到的光斑具有更小的球差，进而更精确地分析光斑与待对准光学模组的相对位置。

可选的，如图3所示，第二图像采集组件12B与分光镜11之间可设有与分光镜11的出光方向垂直的成像屏14，成像屏14用于接收成像光斑，以供第二图像采集组件12B进行采集。

在一可选的实施方式中，如图3所示，成像组件10可包括：

用于固定待组装光学件的固定件101；位于待组装光学件的物方的多色光源102；与图像采集组件12电连接，且用于根据图像采集组件12采集到的成像光斑生成对准指令的控制器103；与控制器103电连接，且用于根据所述对准指令进行运动，以将待组装镜片A放置到待组装光学件的指定位置处的对准机构104。

可选的，本实用新型实施例以投影光学模组作为示例，在图3中示意了投影光学模组对应的光路结构。在图3中，待组装光学件包括光学模组中的二向色镜B以及反射镜C，待组装镜片A与二向色镜B以及反射镜C对准组装后，投影光学模组组装完成。

当然，图3所示的光路结构示意仅仅是为了便于说明本实用新型的技术方案，其对本实用新型的本质不构成限制。当光学模组内部结构或功能产生变化时，此部分光路结构应随之变化，不再赘述。除此之外，图3中以三组待对准光学模组为例对本实用新型进行图示，但本实用新型提供的设备并包括但不仅限于三组待对准光学模组的同时组装。

其中，在本实用新型实施例中，固定件101可以是真空吸持件或可尺寸调节的夹具。每个固定件101可分别固定放置于其上的待组装光学件，确保待组装光学组件精确地放置在转盘上的指定的位置处。

其中，多色光源102中包含多个分别与待组装光学件对应的不同波长的光源，例如位于第一待组装光学件物方的光源是波长为532nm的绿色光，位于第二待组装光学件物方的光源是波长为650nm的红色光。多色光源102的作用是，在同时执行多组光学模组的对准组装操作时，采用不同颜色的光源分别使待对准光学模组成像得到不同颜色的光斑，图像采集组件12中的多个感光元件122可分别拍摄到不同颜色的成像光斑。进而，控制器103获取图像采集组件12反馈的成像光斑后，可快速根据成像光斑的颜色确定这些光斑分别是哪一组待对准光学模组成像得到的，再基于光斑的位置或大小准确地判断哪一组待对准光学模组还未对准以及存在多少误差量。

继续以投影光学模组为例，用于分析成像光斑的上下左右位置的参考对应可以是反射镜C，第二图像采集组件12B拍摄到的成像光斑可如图4a所示，第一图像采集组件12A拍摄到的成像光斑可如图4b所示。图4b中，示意了成像光斑和反射镜C所成的像的三种相对位置关系。当第一图像采集组件12A拍摄到的成像光斑的中心与反射镜C所成的像的中心重合时，可认为待组装镜片A与反射镜C共轴，待组装镜片A在XY轴上的位置是准确的。图4a中，示意了三种不同尺寸的成像光斑。当第二图像采集组件12B拍摄到的成像光斑的大小符合预设尺寸，则可认为待组装镜片A在Z轴上的位置是准确的。

可选的，当控制器103基于成像光斑的颜色确定第一组待对准光学模组还未对准时，且基于成像光斑的位置和/或大小获取第一待对准光学模组中的第一待组装镜片在某一方向上存在的误差量时，可生成与第一待组装镜片对应的对准指令，并将对准指令输出至夹持该第一待组装镜片的对准机构104，以调整第一待组装镜片的位置，直至第一待组装镜片对应的光斑符合质量要求。

以下部分将以一个实际的例子对本实用新型实施例进行进一步阐述。例如，假设，由待组装镜片A1与待组装光学件B1组成第1组待对准光学模组的物方光源为红色光源，由待组装镜片A2与待组装光学件B2组成第2组待对准光学模组的物方光源为绿色光源，由待组装镜片A3与待组装光学件B3 组成第3组待对准光学模组的物方光源为黄色光源。三组待对准光学模组同时成像时，假设第一分色镜能够反射红色光，透过绿色光和黄色光，第二分色镜能够反射绿色光，透过黄色光。则图像采集组件12A中，位于第一分色镜的反射光出光方向上的第一感光元件能够拍摄到红色的光斑以及待组装光学件B1的像，位于第二分色镜的反射光出光方向上的第二感光元件能够拍摄到绿色光斑以及待组装光学件B2的像，位于第二分色镜的透射光出光方向上的第三感光元件能够拍摄到黄色光斑以及待组装光学件B3的像。假设控制器103根据光斑的位置确定图像采集组件12A采集到的绿色的光斑的中心点与待组装光学件B2的中心点的偏移量为(X1,Y1)，则可根据(X1,Y1) 生成对准指令，并将该对准指令输出至夹持待组装镜片A2的对准机构，调整待组装镜片A2的位置，以缩小X1和Y1的值。

其中，对准机构104可以包括与多个独立的对准机构，以满足同时组装多组光学模组的需求。可选的，对准机构104也可包括多个集成的对准头。当包括多个集成的对准头时，对准机构104包括：与控制器103电连接的第一机械臂，设于第一机械臂上的集成机构，集成机构上集成有多个对准头。其中，第一机械臂可根据控制器103的控制指令进行X、Y、Z方向上的三轴运动，集成机构上的多个对准头也可独立进行X、Y、Z方向上的三轴运动、六轴运动(X，Y，Z，θX，θY，及θZ)甚至所需的其他多轴向运动，本实用新型实施例对此不作限制。

可选的，当待组装镜片的中心相对于待组装光学件的中心的上下左右位置不满足预设要求时，控制器103可控制相应的对准机构104在X或Y方向上运动，以不断调整待组装镜片的位置直至满足要求。当待组装镜片的中心点与其理论中心点之间的距离不满足预设要求时，控制器103可控制相应的对准机构104在Z方向上运动，以不断调整待组装镜片的位置直至满足要求。

可选的，在本实用新型中，除上述实施例所记载的结构之外，如图5所示，成像组件10还包括：用于根据控制器103的点胶指令在指定位置执行点胶操作的点胶机构105；点胶机构105可向待组装光学件执行点胶操作。在点胶操作中，点胶机构105可将特定的胶水通过涂抹、灌封或点滴的方式滴到待组装光学件上，使得点胶处具有一定粘性，进而在待组装镜片对准后，固定该待组装镜片，最终得到光学模组成品。点胶机构105可以在待组装镜片对准之前或对准之后执行点胶操作，本实施例对其顺序不做限制。其中，点胶机构105包括与控制器103电连接的第二机械臂以及固定在第二机械臂上的点胶针筒。可选的，点胶针筒为可以为UV点胶针筒。第二机械臂可在控制器103的控制下，带动UV点胶针筒至指定的点胶位置，并由UV点胶针筒执行点胶操作。其中，UV点胶针筒中存放有UV(Ultraviolet Rays)胶，即无影胶，又称光敏胶或紫外光固化胶，其粘结度高，固化迅速，可间接提升光学模组的组装效率。

可选的，点胶机构105还包括：固定在第二机械臂上，且与控制器103 电连接的UV灯，该UV灯与控制器103电连接，并且可接收控制器103的固化指令，在待组装镜片对准后点亮，以加速UV胶的固化，提升光学模组的组装效率。

可选的，点胶机构105还包括：固定在第二机械臂上，且用于采集点胶位置的图像采集器。该图像采集器能够在点胶之前拍摄待组装光学件的实际图像，并将拍摄到的图像发送至控制器103。控制器103根据接收到的图像进行识别，确定点胶处并发送具体的点胶指令至点胶机构105，以确保点胶机构105能够在正确的位置点胶。

本实施例中，同时将多组待对准光学模组加入组装进程，在组装的过程中，采用不同颜色的光源设备分别使多组待对准光学模组成像，并采用彩色的图像采集设备在采集光斑位置及大小的同时，采集光斑的颜色信息。进而控制器可根据光斑的位置和/或大小及颜色，区分出哪些待对准光学模组中的待组装镜片需要进一步对准及如何对准，并生成对准指令控制相应的对准机构进行对准运动，极大提升了光学模组的组装效率。

除此之外，在本实例中，针对每一组待对准光学模组，通过使未组装完成的光学模组成像，并采用分光镜以及两组图像采集组件分别在两个不同方向获取其所成的像以和/或待对准的光学模组的像，进而控制器可以根据两组图像采集组件采集到的成像结果确定待组装镜片在三个轴向上是否均已对准，并在没有对准的情况下不断控制对准机构带动待组装镜片进行位置调整。上述三轴向同时反馈的对准过程，有效地减小整个光学模组的装配公差，提升了光学模组的组装精度，有效确保了光学模组的光学性能。

需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。