本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种扩散角度测量装置及测量方法。
背景技术：
抬头显示器(head-updisplay，简称hud)是一种车载视觉辅助系统，平视显示器将车速、油量等车辆状态信息以及导航、危险警示等辅助指示信息投影显示于驾驶员前方适宜的位置上，从而保证驾驶员视线不偏离前方路面，消除了低头查看仪表盘而产生的视觉盲区，增加了行车安全。
视窗(eyebox)是hud一个重要参数，eyebox的典型尺寸是水平140毫米、垂直60毫米，以保证驾驶员头部在一定范围内移动时仍然可以看到全部hud显示信息。为了保证显示单元出射光束充满整个eyebox，需要进行出瞳扩展，例如采用扩散模块做为epe(exitpupilexpander)。对于采用dlp、激光mems扫描或者激光相位全息等显示技术为显示单元的hud系统，由扩散模块出射的光扩散角度非常关键，若扩散角度大，则会导致光能利用率低、功耗高、发热高，若扩散角度小，则eyebox尺寸小，无法满足实际需求。因此，由扩散模块出射的光扩散角度是hud系统的一项关键参数。
技术实现要素：
本发明提供一种扩散角度测量装置及测量方法，以获得扩散模块的扩散角度。
为了解决上述问题，本发明公开了一种扩散角度测量装置，用于测量扩散模块的扩散角度，包括：光源模块、投影模块、采集模块以及测算模块；
所述光源模块，输出准直光束至所述扩散模块，以使所述扩散模块对所述准直光束进行扩散；
所述投影模块，利用经过所述扩散模块的扩散光束生成投影图像；
所述采集模块，采集所述投影图像；
所述测算模块，根据所述投影图像以及所述投影模块和所述扩散模块之间的距离，确定所述扩散光束的扩散角度。
优选地，所述光源模块包括激光器和准直模块，
所述激光器，输出激光光束至所述准直模块；
所述准直模块，对所述激光光束进行准直，并输出准直光束至所述扩散模块。
优选地，所述扩散模块包括扩散屏，所述扩散屏的法线方向与所述准直光束的入射方向成第一预设角度。
优选地，所述第一预设角度为0度。
优选地，所述投影模块包括投影屏，所述投影屏的法线方向与所述准直光束的入射方向一致。
优选地，所述扩散模块包括：相位空间光调制器、傅里叶透镜以及扩散屏，
所述相位空间光调制器的法线方向与所述准直光束的入射方向成第二预设角度，所述相位空间光调制器位于所述傅里叶透镜的前焦面上；
所述扩散屏与所述傅里叶透镜的后焦面的间距满足预设条件，所述扩散屏与所述傅里叶透镜平行设置。
优选地，所述第二预设角度大于或等于2度，且小于或等于20度。
优选地，所述投影模块包括投影屏，所述投影屏与所述扩散屏平行设置。
优选地，所述测算模块包括：
灰度获取子模块，被配置为获取所述投影图像的灰度分布信息；
角度计算子模块，被配置为根据所述灰度分布信息以及所述投影模块和所述扩散模块之间的距离，确定所述扩散光束的扩散角度；
所述扩散角度测量装置还包括：位置调节模块，被配置为对所述扩散模块的位置进行调节。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种扩散角度测量方法，应用于上述任一项所述的扩散角度测量装置，包括：
输出准直光束至所述扩散模块，以使所述扩散模块对所述准直光束进行扩散；
利用经过所述扩散模块的扩散光束在投影模块上生成投影图像；
采集所述投影图像；
根据所述投影图像以及所述投影模块和所述扩散模块之间的距离，确定所述扩散光束的扩散角度。
优选地，所述输出准直光束至所述扩散模块，以使所述扩散模块对所述准直光束进行扩散的步骤，包括：
输出激光光束；
对所述激光光束进行准直，输出准直光束至所述扩散模块，以使所述扩散模块对所述准直光束进行扩散。
优选地，所述根据所述投影图像以及所述投影模块和所述扩散模块之间的距离，确定所述扩散光束的扩散角度的步骤，包括：
获取所述投影图像的灰度分布信息；
根据所述灰度分布信息以及所述投影模块和所述扩散模块之间的距离，确定所述扩散光束的扩散角度。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本申请提供了一种扩散角度测量装置及测量方法，用于测量扩散模块的扩散角度，包括：光源模块、投影模块、采集模块以及测算模块；光源模块输出准直光束至扩散模块，以使扩散模块对准直光束进行扩散；投影模块对经过扩散模块的扩散光束进行投影；采集模块采集投影模块上的投影图像；测算模块根据投影图像以及投影模块和扩散模块之间的距离，确定扩散光束的扩散角度；根据本申请公开的扩散角度测量装置或测量方法，可以预先对扩散模块的扩散角度进行测量，以使扩散角度既满足eyebox视窗参数需求，又降低光能损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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发明的一些实施例，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示出了本发明一实施例提供的一种扩散角度测量装置的结构框图；
图2示出了本发明一实施例提供的第一种扩散模块的扩散角度测量装置的结构示意图；
图3示出了本发明一实施例提供的一种投影图像的平面结构示意图；
图4示出了本发明一实施例提供的第二种扩散模块的扩散角度测量装置的结构示意图；
图5示出了本发明一实施例提供的第三种扩散模块的扩散角度测量装置的结构示意图；
图6示出了本发明一实施例提供的一种扩散角度测量方法的步骤流程图；
图7示出了本发明一实施例提供的输出准直光束的步骤流程图；
图8示出了本发明一实施例提供的确定扩散角度的步骤流程图；
附图标记说明：
10-扩散模块；11-光源模块；12-投影模块；13-采集模块；14-测算模块；111-激光器；112-准直模块；141-灰度获取子模块；142-角度计算子模块；20-扩散屏；21-投影屏；22-扩散屏的法线方向；23-投影屏的法线方向；α-第一预设角度；l-投影模块和扩散模块之间距离；30-最高灰度值对应的像素点；51-相位空间光调制器；52-傅里叶透镜；β-第二预设角度；53-滤波器；54-相位空间调制器的法线方向。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本申请一实施例提供的一种扩散角度测量装置的结构框图，该扩散角度测量装置用于测量扩散模块10的扩散角度，可以包括：光源模块11、投影模块12、采集模块13以及测算模块14；光源模块11输出准直光束至扩散模块10，以使扩散模块10对准直光束进行扩散；投影模块12利用经过扩散模块10的扩散光束生成投影图像；采集模块13采集投影模块12上的投影图像；测算模块14根据投影图像以及投影模块12和扩散模块10之间的距离，确定扩散光束的扩散角度。
在实际应用中，光源模块11可以包括激光器111和准直模块112，其中激光器111输出激光光束至准直模块12；准直模块112对激光光束进行准直，并输出准直光束至扩散模块10。
准直光束到达扩散模块10后，经过扩散模块10对准直光束进行扩散，输出扩散光束至投影模块12上；扩散光束到达投影模块12后会照亮投影模块12，即在投影模块12上形成投影图像；然后再采用采集模块13，如工业相机或者ccd等采集投影模块12上的投影图像；然后再通过测算模块14根据投影图像，如投影图像的灰度分布信息或者亮度分布信息等，以及投影模块12和扩散模块10之间的距离l，确定经过扩散模块10后输出扩散光束的扩散角度，也就是扩散模块10的扩散角度。
通过本实施例提供的扩散角度测量装置，可以预先对扩散模块的扩散角度进行测量，以使扩散角度既能满足eyebox视窗参数需求，又能降低光能损耗。
具体的，上述的测算模块14可以进一步包括灰度获取子模块141和角度计算子模块142，其中，灰度获取子模块141被配置为获取投影图像的灰度分布信息；角度计算子模块142被配置为根据灰度分布信息以及投影模块和扩散模块之间的距离l，确定扩散光束的扩散角度。下面将结合具体结构的扩散模块10对扩散角度的计算进行详细说明。
参照图2，示出了第一种扩散模块的扩散角度测量装置的结构示意图。该扩散模块10包括扩散屏20，扩散屏20的法线方向与准直光束的入射方向成第一预设角度α。其中，扩散屏20的法线方向指的是垂直于扩散屏20并指向扩散屏20的方向，如图2中虚线箭头22所示的方向。
由于在hud系统中多采用离轴反射光学结构，图像源出光主光线与扩散屏20的法线存在一定夹角，所以，为了更准确地评估扩散屏20在实际hud系统中出射光束的扩散角度，在扩散角度测量装置中设定扩散屏20的法线方向与准直光束的入射方向成第一预设角度α，即准直光束的入射方向相对于垂直入射偏转第一预设角度α。该第一预设角度α与hud光学系统离轴量、虚像与底面倾斜角等都有关系，可以为0度、十几度甚至更大的角度。
本实施例中，投影模块12可以包括投影屏21，该投影屏21的法线方向与准直光束的入射方向一致。其中，投影屏21的法线方向指的是垂直于投影屏21，并指向投影屏21的方向，如图2中虚线箭头23所示的方向。为了量化表征投影屏21上光能分布，投影屏21可以采用类似分划板设计，即在表面刻画或印刷长度刻度线，以方便后续对投影图像进行计算处理。
准直光束经扩散屏20扩散后入射至投影屏21上，采集模块13获取投影屏21上的投影图像。再由灰度获取子模块141获取该投影图像上的灰度分布信息，具体的，灰度分布信息可以包括投影图像上每个像素点的灰度值及对应像素点的位置坐标，最高灰度值以及最高灰度值对应的像素点30的位置坐标，还包括首先将每个像素点上的灰度值以最高灰度值为基准进行归一化，再以最高灰度值对应的像素点30为起点，灰度值降至阈值如40％时的像素点为终点的水平尺寸和竖直尺寸，如dv_high、dv_down、dh_left、dh_right，参照图3示出了一种投影图像的平面示意图。在图3中，dv_high和dv_down分别是最高灰度值对应的像素点30之上的竖直尺寸和最高灰度值对应的像素点30之下的竖直尺寸，dh_left和dh_right分别是最高灰度值对应的像素点30之左的水平尺寸和最高灰度值对应的像素点30之右的水平尺寸。其中，上述阈值并不仅限于40％，还可以根据实际需求设定其它数值。
角度计算子模块142根据上述的灰度分布信息以及投影模块12和扩散模块10之间的距离l，也就是根据下列公式，分别计算得到竖直方向的扩散角度θv和水平方向上的扩散角度θh：
θv＝2×arctan(min(dv_high,dv_down)/l)；
θh＝2×arctan(min(dh_left,dh_right)/l)。
在本实施例中，由于准直光束的入射方向相对于垂直入射偏转第一预设角度α，导致扩散光束在投影屏21上的投影不对称，在图2所示的扩散角度测量装置中，扩散屏21上的投影亮度在竖直方向上分布不对称，但水平方向分布对称，也就是dh_left＝dh_right，因此水平方向上的扩散角度θh还可以表示为：
θh＝2×arctan(dh_left/l)＝2×arctan(dh_right/l)。
参照图4，当本实施例中扩散屏20的法线方向与准直光束的入射方向成0度，也就是准直光束垂直入射至扩散屏20时，经过扩散屏20扩散后的扩散光束在投影屏21上的投影是对称的，因此，扩散屏20出射的扩散光束的竖直扩散角度θv和水平扩散角度θh可以分别由以下公式计算得到：
θv＝2×arctan(dv_high/l)＝2×arctan(dv_down/l)；
θh＝2×arctan(dh_left/l)＝2×arctan(dh_right/l)。
本实施例提供的扩散角度测量装置适用于激光mems扫描显示hud中扩散模块的测量。
在本申请另一实施例中，参照图5示出了另一种扩散模块的扩散角度测量装置的结构示意图，该扩散角度测量装置适用于dlp和激光相位全息hud中的扩散模块，扩散模块可以包括相位空间光调制器51、傅里叶透镜52以及扩散屏20，相位空间光调制器51的法线方向与准直光束的入射方向成第二预设角度β，相位空间光调制器51位于傅里叶透镜52的前焦面上；扩散屏20与傅里叶透镜52的后焦面的间距满足预设条件，扩散屏20与傅里叶透镜52平行设置。其中，相位空间调制器51的法线方向指的是垂直于相位空间调制器51并指向相位空间调制器51的方向，如图5中虚线箭头54所示的方向。
具体的，相位空间光调制器51是一种像素化结构的相位型衍射光学器件(例如可以为相位的lcos(硅基液晶，liquidcrystalonsilicon)器件)，通过加载不同相息图(也称为相位灰度图)可以实现不同的相位延迟分布，从而对入射光进行相位调制。相位空间光调制器51也可以是相位振幅复合空间光调制器，相位振幅复合空间光调制器同时对入射光束的相位和振幅进行调制。
由于相位全息物理本质上存在0级光束不能完全调制，因此，第二预设角度β可以大于或等于2度，且小于或等于20度。
扩散屏20与傅里叶透镜52的后焦面的间距满足预设条件，是指扩散屏20设置在傅里叶透镜52的后焦面附近，具体位置取决于傅里叶透镜52相息图的相位因子。
相位空间光调制器51、扩散屏20以及傅里叶透镜52的设置角度及位置可以与在hud系统中的应用相同。
在本实施例中，投影模块10可以包括投影屏21，投影屏21可以与扩散屏20平行设置。
激光器111发出激光光束，经准直模块112输出准直光束至相位空间光调制器51，经过空间光调制器51调制后出射，经过傅立叶透镜52后投射至扩散屏20，再由扩散屏20出射扩散光束并投影至投影屏21。在实际应用中，为了滤除零级及其他级次干扰，可以在扩散屏20前增加滤波器53。由采集模块13采集投影屏21上的投影图像，再由测算模块14计算得到扩散角度。本实施例中，扩散光束在投影屏21上的投影是对称的，因此，扩散模块10出射的扩散光束的竖直扩散角度θv和水平扩散角度θh分别由以下公式计算得到：
θv＝2×arctan(dv_high/l)＝2×arctan(dv_down/l)，
θh＝2×arctan(dh_left/l)＝2×arctan(dh_right/l)。
具体的，测算模块14中灰度获取子模块141和角度计算子模块142对投影图像进行灰度分布信息获取，以及对扩散角度进行计算的过程可以参照上一实施例的描述，此处不再赘述。
通过上述的任一实施例提供的扩散角度测量装置，可以测量扩散模块10上一个点的出光特性，为了对整个扩散模块10进行测量，可以在扩散模块10上选取多个点进行测量，例如采用3*3或5*5等测量点分布方式。因此，上述的扩散角度测量装置还可以包括位置调节模块，被配置为对扩散模块10的位置进行调节。该位置调节模块既可以是通过手动移动待测扩散模块10实现多点测量，也可以是通过增加xy两轴直线运动单元，通过电动方式更准确地移动待测扩散模块10。
在本申请的另一实施例中，参照图6，还提供了一种扩散角度测量方法，应用于上述任一实施例所述的扩散角度测量装置，可以包括：
步骤601：输出准直光束至扩散模块，以使扩散模块对准直光束进行扩散。
步骤602：利用经过扩散模块的扩散光束在投影模块上生成投影图像。
步骤603：采集投影图像。
步骤604：根据投影图像以及投影模块和扩散模块之间的距离，确定扩散光束的扩散角度。
具体的，参照图7，上述步骤601可以进一步包括：
步骤701：输出激光光束。
步骤702：对激光光束进行准直，输出准直光束至扩散模块，以使扩散模块对准直光束进行扩散。
具体的，参照图8，上述步骤604可以进一步包括：
步骤801：获取投影图像的灰度分布信息。
步骤802：根据灰度分布信息以及投影模块和扩散模块之间的距离，确定扩散光束的扩散角度。
本实施例提供的扩散角度测量方法，在不同扩散模块中的应用可以参照前述实施例的描述，这里不再赘述。
本申请实施例提供了一种扩散角度测量装置及测量方法，用于测量扩散模块的扩散角度，包括：光源模块、投影模块、采集模块以及测算模块；光源模块输出准直光束至扩散模块，以使扩散模块对准直光束进行扩散；投影模块对经过扩散模块的扩散光束进行投影；采集模块采集投影模块上的投影图像；测算模块根据投影图像以及投影模块和扩散模块之间的距离，确定扩散光束的扩散角度；根据本申请公开的扩散角度测量装置或测量方法，可以预先对扩散模块的扩散角度进行测量，以使扩散角度既满足eyebox视窗参数需求，又降低光能损耗。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
以上对本发明所提供的一种扩散角度测量装置及测量方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是被配置为帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。