自动校准装置及执行自动校准的方法与流程

本发明涉及制造特定电子产品中的关键元件，尤其涉及可应用于一光输出模块，如一红外线光输出装置的元件组装之一自动校准装置以及一相关方法。

背景技术：

在相关技术中，可利用一激光二极管、一单一透镜以及一简易电路来实现一激光指向器(例如，一激光笔)，其中简易电路可包含一电池、一电阻等等元件，该激光指向器可在所指向的物体上产生宽度大约为几毫米的一激光光点。而在制造一特定电子产品(诸如有关根据红外线图像进行统计的一产品)中的一光输出模块时，预期的光输出与上述激光指向器的光输出有显著的差异，亦即，一单一透镜诸如激光指向器中的单一透镜并无法应用于此种特定电子产品之中。有鉴于是光输出模块的光学设计相较于激光指向器的设计更加复杂许多，在组装光输出模块时需花更多的时间进行校准，就造成整体制造成本的增加，因此需要一种新颖的结构以及相关方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提出一种自动校准装置以及一相关方法以解决上述问题。

本发明的另一目的在于提出一种可应用于组装一光输出模块的一种自动校准装置，并提出一相关方法，以确保设置有该光输出模块的一电子产品的整体效能。

本发明的至少一实施例提供一种应用于组装一光输出模块的自动校准装置，举例来说，该自动校准装置可包含:一校准工具、一分束器(beamsplitter)、一第一摄像机、多个第二摄像机以及一处理电路。该校准工具可用以支撑(hold)该光输出模块的不同零件，其中这些零件包含一放射源模块以及一光学元件模块。该分束器可放置于以该放射源模块为起点的一光径上，且该分束器可用以将该光径分为一第一子路径以及一第二子路径，其中该第一子路径容许多个第一图像内容被该光输出模块投射在一屏幕上，该第二子路径容许多个第二图像内容被该光输出模块投射往不同于该屏幕的方向。除此之外，该第一摄像机可用以采集(capture)至少一第一图像以产生带有(carry)该第一图像的一第一图像信号，其中该第一图像对应由该光输出模块所投射在该屏幕上的这些第一图像内容。该多个第二摄像机可用以采集多个第二图像以产生分别带有该多个第二图像的多个第二图像信号，其中该多个第二图像分别对应由该光输出模块所投射的这些第二图像内容。此外，该处理电路可根据在该第一图像信号以及该多个第二图像信号当中的至少一图像信号来产生至少一运动(movement)控制信号以控制这些零件中的至少一零件的运动。另外，该校准工具可另根据该至少一运动控制信号来使这些零件彼此自动地校准。

根据本发明至少一实施例提供一种用以执行自动校准的方法，其中该方法可应用于组装一光输出模块，举例来说，该方法可包含:支撑该光学模块的不同零件，其中这些零件包含一放射源模块以及一光学元件模块；利用放置于以该放射源模块为起点的一光径上的一分束器，将该光径分为一第一子路径以及一第二子路径，其中该第一子路径容许多个第一图像内容被该光输出模块投射在一屏幕上，该第二子路径容许多个第二图像内容被投射往不同于该屏幕的方向；采集至少一第一图像以产生带有该第一图像的一第一图像信号，其中该第一图像对应由该光输出模块所投射在该屏幕上的这些第一图像内容；采集多个第二图像以产生分别带有该多个第二图像的多个第二图像信号，其中该多个第二图像分别对应由该光输出模块所投射的这些第二图像内容；根据在该第一图像信号以及该多个第二图像信号当中的至少一图像信号来产生至少一运动控制信号以控制这些零件中的至少一零件的运动；以及根据该至少一运动控制信号来使这些零件彼此自动地校准。

本发明的优点之一在于该自动校准装置以及该相关方法可确保设置有该光输出模块的一电子产品的整体效能，此外，该自动校准装置以及该相关方法可增加组装该光输出模块的速度，据此，上述问题可有效地解决。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的一自动校准装置的示意图。

图2绘示根据本发明一实施例的某些检测区域以及相关检测。

图3为根据本发明一实施例的执行自动校准的方法的流程图。

图4绘示根据本发明一实施例的关于图3所示方法的工作流程。

【符号说明】

10屏幕

110校准工具

114-119致动器

111、112支架

1121、1122部分结构

50放射源模块

60光学元件模块

51、ld放射源

52、cs外壳

cl准直透镜

doe衍射光学元件

fr框架

atn衰减器

140处理电路

121第一摄像机

122、122_1、122_2、122_3第二摄像机

cam摄像机

ls透镜组

130分束器

211、215、219、233、237、251、检测区域

255、259、273、277、291、295以及

299

d1至d9检测

200整体区域

300方法

310、320、330、340、350步骤

400工作流程

410、420、430、440步骤

具体实施方式

根据本发明的实施例，公开一种自动校准装置以及用以执行自动校准的方法，其中该自动校准装置以及该方法可应用于组装一光输出模块(opticaloutputmodule)，而该光输出模块可做为一特定电子装置的一主要元件，例如，一种根据红外线成像(infraredimage)的产品。举例来说，该放射源模块可包含一红外线激光二极管，而该光学元件模块可包含对应一复杂光学设计模型的多个光学元件。藉助于多组检测操作，该自动校准装置以及该方法可使该光输出模块的不同零件彼此正确地校准，因此可确保包含该光输出模块的一电子产品的整体效能，其中该多组检测操作分别对应从一光径分割出来的多个子路径，而该光径以该红外线激光二极管为起点。除此之外，该自动校准装置以及该方法可使该光输出模块的不同零件彼此自动校准，因此可增加组装该光输出模块的速度，使得现有技术中的问题可有效地解决。

图1为根据本发明一实施例的一自动校准装置的示意图，其中图1所示的该自动校准装置可视为上述的自动校准装置的一范例，举例来说，该光输出模块的这些零件可包含一放射源模块50以及一光学元件模块60，在此实施例中，放射源模块50可包含一放射源51以及一外壳52(图中以cs标记)，为了便于更清楚理解本实施例，本实施例中的放射源51在图中以“ld”标记，以指出一激光二极管(laserdiode，ld)(诸如该红外线激光二极管)可作为放射源51的一例。此外，该光学元件模块60可包含某些光学元件，诸如：准直透镜(collimatorlens)，其在图中以“cl”标记；以及衍射光学元件(diffractiveopticalelement)，其在图中以“doe”标记。光学元件模块60可还包含一框架，其在图中以“fr”标记，用以根据所设计的光学模型来固定该光学元件的相对位置。为了便于更清楚理解本实施例，该光学元件模块60以剖面图绘示，以清楚指出其内的光学元件。

如图1所示，该自动校准装置包含一校准工具110、一第一摄像机121、多个第二摄像机122、一分束器130以及一处理电路140。校准工具110可包含多个支架(holder)以及多个致动器(actuator)，举例来说，该多个支架可包含支架111以及112，而该多个致动器可包含致动器114、115、116、117、118以及119。为了简明起见，支架111以及112被绘示为其某些部分结构(partialstructure)，诸如支架111的一个部分结构、以及支架112的这些部分结构1121与1122。另外，第一摄像机121可备有一镜头模块(lensmodule)，以采集(capture)屏幕10上的图像。为了简明起见，此实施例中的第一摄像机121被绘示为放置于图中两虚线交叉的一特定位置上。然而基于镜头模块的不同设计，第一摄像机121的位置可有所变化。举例来说，第一摄像机121可放置于沿着屏幕10的轴线上的某处，且分束器130放置于第一摄像机121以及屏幕10之间，并且镜头模块的光轴可随着屏幕10的轴线做校准以对准该轴线。此外，多个第二摄像机122可包含n个摄像机122_1-122_n，其中“n”可代表大于1的任意正整数。举例来说，n＝3，且该n个第二摄像机包含第二摄像机122_1、122_2以及122_3(在图中皆以“cam”标记来代表摄像机)。在此实施例中，多个第二摄像机122中的每一第二摄像机可搭配一衰减器(attenuator，在图中以“atn”标记)以及一透镜组(lensset，在图中以“ls”标记)以接收直接投射至第二摄像机的图像内容，该衰减器可用以衰减放射源51的强光照，而该透镜组可用以将图像内容成像于该第二摄像机的图像传感器上。如图1所示，分束器130可放置于支架112(其可支撑(hold)光学元件模块60)以及多个第二摄像机122之间，且可放置于屏幕10以及第一摄像机121之间。举例来说，分束器可为一板型(plate-type)分束器，或称板(plate)分束器；以另一例子而言，分束器可为一立方型(cube-type)分束器，或称立方(cube)分束器。另外，处理电路140可根据该方法来控制该自动校准装置的操作。举例来说，处理电路140可包含至少一处理器，而用以执行一自动校准算法(其对应于该方法)的一个或多个程设模块可在该处理器上运行；以另一例子而言，处理电路140可以一定制电路诸如一特殊应用集成电路(application-specificintegratedcircuit，asic)来实现，并且其包含的一个或多个子电路可根据该自动校准算法执行操作。

根据本实施例，校准工具110可用以支撑该光输出模块的不同零件，其中这些零件包含放射源模块50以及光学元件模块60。分束器130可放置于以放射源模块50为起点的该光径上，并用以将该光径分成一第一子路径(例如本实施例中从分束器130为起点的向左子路径)以及一第二子路径(例如本实施例中从分束器130为起点的向上子路径)，其中该第一子路径容许多个第一图像内容被该光输出模块投射在屏幕10上，该第二子路径容许多个第二图像内容被该光输出模块投射往不同于屏幕10的方向，也就是异于屏幕10的方向的另一方向，举例来说，图1左半部以虚线所绘示的两个箭头指出该向左子路径的边界，而图1上半部以虚线所绘示的两个箭头指出该向上子路径的边界。基于图1所示的安排，不管该第一子路径与该第二子路径之间的光功率差别，通过第二子路径投射的整组图像内容等同于通过该第一子路径投射的整组图像内容。由于通过该第一子路径投射的整组图像内容为这些第一图像内容的全体，且由于通过该第二子路径投射的整组图像内容包含这些第二图像内容，故这些第二图像内容可视为相对于这些第一图像内容的局部(local)图像内容。需注意的是，分束器130的反射率不等同其穿透率(例如，在此实施例中反射率大于穿透率)，且该第一子路径上的光功率大于该第二子路径上的光功率。除此之外，第一摄像机121可用以采集(capture)至少一第一图像以产生带有(carry)该第一图像的一第一图像信号，其中该第一图像对应由该光输出模块所投射在该屏幕上的这些第一图像内容。多个第二摄像机122可用以采集多个第二图像以产生分别带有该多个第二图像的多个第二图像信号，其中该多个第二图像分别对应由该光输出模块所投射的这些第二图像内容。此外，处理电路140可根据在该第一图像信号与该多个第二图像信号当中的至少一图像信号(如摄像机121与122的图像信号)来产生至少一运动控制信号(如本实施例中用以控制致动器114至119的多个运动控制信号)以控制这些零件中的至少一零件的运动或动作，另外，校准工具110可根据上述至少一运动控制信号使这些零件彼此自动校准。

在此实施例中，在用来组装该光输出模块的多个阶段的期间，支架111与112可分别支撑放射源模块50以及光学元件模块60，而致动器114至119可接收该多个运动控制信号，并且，在一校准阶段中，根据该多个运动控制信号来控制放射源模块50以及光学元件模块60当中的一特定模块的运动，尤其是控制该特定模块相对于放射源模块50以及光学元件模块60当中的另一模块的运动，其中用来组装该光输出模块的该多个阶段可包含该校准阶段。举例来说，致动器114至119中的至少一第一致动器(例如，对应三轴诸如x轴、y轴、z轴的三个平移致动器)可根据该多个运动控制信号中的至少一第一运动控制信号(例如，三个相关平移控制信号)来平移该特定模块，而致动器114至119中的至少一第二致动器(例如，对应该三轴诸如x轴、y轴、z轴的三个旋转致动器)可根据该多个运动控制信号中的至少一第二运动控制信号(例如，三个相关旋转控制信号)来旋转该特定模块。举例来说，该特定模块以及该另一模块可分别为光学元件模块60以及放射源模块50，并且支架111可保持静止以防止放射源模块50移动，且处理电路140可在自动校准过程中控制致动器114至119来移动(例如平移、和/或转动)光学元件模块60。

图2绘示根据本发明一实施例的某些检测区域211、215、219、233、237、251、255、259、273、277、291、295以及299以及相关检测，其中整体区域200可对应该第一子路径以及该第二子路径中的每一个的投射区域(例如，该光输出模块投射在屏幕10上的图像区域，以及该光输出模块投影在第二摄像机122方向的图像区域)。为了便于更清楚理解本实施例，某些相关检测d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8以及d9分别标记在上述这些检测区域内以指出这些检测区域分别适用这些检测中的一个或多个检测。根据本实施例，检测d1至d9可详列如下:

(d1).锐度(sharpness)；

(d2).亮度(brightness)；

(d3).对比(contrast)；

(d4).中央图像内容的位置；

(d5).中央图像内容的形状；

(d6).中央图像内容的尺寸；

(d7).角落的位置；

(d8).边缘/边界的失真(distortion)；以及

(d9).中央图像内容的角度；

其中检测d4至d6中所指的中央图像内容可代表在整体区域的中心的一预设图像内容，而检测d9所指的中央图像内容可代表在整体区域的中心一带的某些预设图像内容。基于检测d1至d9的某些预定标准，处理电路140可分别根据相关检测结果来判断该光输出模块在一个或多个校准操作中是否通过检测d1至d9。

举例来说，当n＝13，多个第二摄像机122可分别放置在相关区域(例如对应检测区域211、215、219、233、237、251、255、259、273、277、291、295以及299)。以另一例子而言，当n＝3，第二摄像机122_1、122_2以及122_3可分别放置在一角落区域(例如检测区域211、219、291以及299中的其中之一)、一中央区域(如检测区域255)以及另一角落区域(例如检测区域211、219、291以及299中的另一检测区域)。

图3为根据本发明一实施例的执行自动校准的方法300的流程图，其中方法300可作为上述方法的一例。举例来说，图3所示的工作流程可在多个校准操作的其中之一(诸如一粗略(coarse)校准操作或一精细(fine)校准操作)中执行。

步骤310中，摄像机121及122中的至少一部分(如一部分或全部)可采集某一(些)图像以产生带有该(些)图像的某一(些)图像信号，例如带有该第一图像的该第一图像信号和/或带有该多个第二图像的该多个第二图像信号。

步骤320中，处理电路140可根据该(些)图像信号产生某一(些)运动控制信号来控制这些零件中之前述至少一零件(例如，该特定模块诸如光学元件模块60)的运动。

步骤330中，校准工具110根据该(些)运动控制信号使这些零件彼此校准。

步骤340中，摄像机121及122中之前述至少一部分(如一部分或全部)可采集某一(些)图像以产生带有该(些)图像的某一(些)图像信号，例如带有该第一图像的该第一图像信号和/或带有该多个第二图像的该多个第二图像信号。

步骤350中，处理电路140可根据相关检测结果判断该光输出模块是否通过此校准操作中的所有检测(例如一个或多个预定检测，诸如从检测d1至d9中所选取的一个或多个检测)。当该光输出模块通过此校准操作中的所有检测时，结束图3所示的工作流程；否则，进入步骤320。

方法300的某些实施细节已在前面的这些实施例中说明；为了简明起见，方法300的其余相关实施细节在此不重复赘述。

根据本发明的某些实施例，图3所示的方法中，可同时执行其中两个步骤的操作。另外，根据本发明的某些实施例，图3所示的方法中，可增加或修改其中一个或多个步骤。

图4绘示根据本发明一实施例的关于图3所示方法的工作流程400，该自动校准装置可针对一或多轴执行粗略校准(步骤410)，针对一或多轴执行精细校准(步骤420)，针对一或多轴执行粗略校准(步骤430)，针对一或多轴执行精细校准(步骤440)，依此类推。举例来说，在步骤410、430等步骤中的粗略校准操作以及步骤420、440等步骤中的精细校准操作中的每一校准操作中，该自动校准装置可在处理电路140的控制下执行方法300的这些操作，例如执行图3中的各步骤的流程。根据本实施例，处理电路140在步骤410、430等步骤的粗略校准操作中，可根据该第一图像信号改变该多个运动控制信号的至少一部分以控制这些零件中的至少一零件(例如该特定模块诸如光学元件模块60)的运动，并且在步骤420、440等步骤的精细校准操作中，可根据这些第二图像信号改变该多个运动控制信号的至少一部分以控制这些零件中的至少一零件(例如该特定模块诸如光学元件模块60)的运动。在处理电路140的控制下，校准工具110可根据该多个运动控制信号来对这些零件执行粗略校准操作以及精细校准操作。举例来说，当需要时，该自动校准装置可输出通知信息以指出自动校准已完成。

根据本实施例，用来组装该光输出模块的该多个阶段可还包含一初始阶段以及一粘着阶段。在以校准工具110支撑之前，放射源模块50以及光学元件模块60彼此分离。举例来说，在组装该光输出模块的过程中，该自动校准装置的使用者(如一操作员)可在该初始阶段中简单地将该光输出模块的这些零件分别放置于支架111以及112上，然后该自动校准装置可在校准阶段中自动地使这些零件彼此校准。在该校准阶段中完成自动校准后，则进入粘着阶段。在粘着阶段中，该自动校准装置容许放射源模块50以及光学元件模块60通过至少一粘着材料诸如紫外线固化胶(ultraviolet(uv)curableadhesive)来彼此粘着，其中该粘着材料可通过手动地或自动地施加(apply)于这些零件上。举例来说，使用者(如操作员)可对这些零件施加紫外线固化胶，并以紫外光固化，这些零件就彼此固定下来了，如此一来则可简易的完成光输出模块的组装；在完成该光输出模块的组装后，该光输出模块则可自校准工具110上移除。以另一例子而言，该自动校准装置可自动地执行对这些零件施加紫外光固化胶以及使用紫外光固化的操作。在本发明的某些实施例中，该自动校准装置在该初始阶段可自动地将这些零件放置于支架111与112上，和/或可自动地将该光输出模块自校准工具110上移除。在本发明的某些实施例中，可使用其他种粘着材料取代紫外光固化胶。

根据本发明的某些实施例，处理电路140可在每一粗略校准操作中对该第一图像信号所带有的该第一图像执行至少一第一检测操作(如检测d1或d9的一个或多个检测)以产生至少一第一检测结果。基于至少一第一标准(criterion)，诸如适用检测d1至d9中的一个或多个检测的标准，处理电路140可根据该(些)第一检测结果判断是否完成该粗略校准操作。而关于根据该第一图像信号来改变该多个运动控制信号的至少一部分，在该粗略校准操作中，处理电路140可参考该至少一第一检测结果来选择性地调整该多个运动控制信号。除此之外，处理电路140可分别对这些第二图像信号所带有的这些第二图像执行多个第二检测操作(如检测d1至d9中的至少一部分)来产生多个第二检测结果。基于至少一第二标准，诸如适用检测d1至d9中的至少一部分的标准，处理电路140可根据这些第二检测结果判断是否完成该精细校准操作。而关于根据这些第二图像信号来改变该多个运动控制信号的至少一部分，在该精细校准操作中，处理电路140可参考该多个第二检测结果来选择性地调整该多个运动控制信号。在某些实施例中，当执行该(些)第一检测操作时，处理电路140可检测由该第一图像所指出的这些第一图像内容的锐度及对比中的其中之一或其组合，另外，当执行这些第二检测操作时，处理电路140可分别检测由该多个第二图像所指出的该多个第二图像内容的锐度及对比中的其中之一或其组合。

根据本发明的某些实施例，屏幕10可由一平面物体代替(如墙面、白板等)，并且根据本发明的某些实施例，第二摄像机122的数量n可以变化，例如n＝2，则第二摄像机122_1以及122_2可分别放置于一角落区域(如检测区域211、219、291以及299的其中一检测区域)以及中央区域(如检测区域255)。在其它例子中，只要不妨碍本发明的实施，n可为任意数。根据本发明的某些实施例，该特定模块以及该另一模块可分别代表放射源模块50以及光学元件模块60，而支架112可保持静止以防止光学元件模块60移动，并且处理电路140可在自动校准过程中控制致动器114至119以移动放射源模块50。

根据本发明的某些实施例，第一摄像机121可以一偏斜角度来偏移，而处理电路140可应用一偏斜校正以修正该偏斜角度所导致的偏斜。根据本发明的某些实施例，分束器130的反射率可小于其穿透率，且该第一子路径以及该第二子路径可互相交换，亦即，屏幕10被移动至第二摄像机122原先所在之处(如图1所示的上方)，且第二摄像机122被移动至原先屏幕10所在之处(如图1所示的左方)。除此之外，分束器130用以将该光径分为该第一子路径(在此范例中为以分束器130为起点的向上子路径)以及该第二子路径(在此范例中为以分束器130为起点的向左子路径)，其中该第一子路径容许这些第一图像内容被该光输出模块投射在屏幕10上，而该第二子路径容许这些第二图像内容被该光输出模块投射在不同于屏幕10的方向上。此外，第一摄像机121可以一偏斜角度放置于支架112旁以采集屏幕10上的这些第一图像内容，而处理电路140可应用一偏斜校正以校正该偏斜角度所导致的偏斜。根据本发明的某些实施例，分束器130的反射率以及穿透率之间的差异可足以使该第二子路径上的光功率远小于该第一子路径上的光功率，以至于第二摄像机122中的每一个中的衰减器(attenuator)可被移除并且不会影响第二摄像机122的图像画质。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。