CN112954203B - 一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于多光学部件的摄像头光轴校正装置，包括光轴校准治具，以及置于光轴校准治具下方的底部视觉相机，使摄像头光轴校正时有固定的参考基准，光轴校准治具的顶部视觉相机与基准Mark点部可在X轴、Y轴方向上调节相对位移，避免由于光轴校准治具本身在生产中的误差等因素影响校准的精确度；还提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，对校准对象依次按照步骤实施，步骤简单，流程清晰，操作方便，从而使Chart图中心Mark点、增距镜光轴、光学部件光轴与Sensor光轴重合，大大提高了校准效率及校准精度。

Description

一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法

技术领域

本发明涉及摄像头精密组装技术领域，尤其涉及一种用于多光学部件的摄像头光轴校正装置及方法。

背景技术

在摄像头的封装过程中，涉及到图像传感器(Sensor)、镜头(光学部件)等零配件的组装，Chart图作为标靶供Sensor拍摄采集，当摄像头中含有多个光学部件时，其精密组装对***校准提出了更高的要求。

随着AA设备的广泛使用，越来越多的摄像头开始走AA制程，如此大大提高摄像头模组的品质，同时增加了模组厂的良率，设备高良率产出的前提是设备本身***校准准确、稳定生产。所谓AA制程，即Active Alignment，解释为中文即主动对准，是一项确定零配件装配过程中相对位置的技术。AA制程的设备在组装每一个零配件时，设备将检测被组装的半成品，并根据被组装半成品的实际情况主动对准，然后将下一个零配件组装到位。这种主动对准技术可调节镜头对准至6个自由度(X、Y、Z、Tx、Ty、Tz)，有效地减小整个模组的装配公差，有效地提升摄像头产品一致性，也为更高阶的摄像头产品封装创造可能性。

摄像头光轴校准的工作是将Chart图中心Mark点、增距镜光轴、镜头(光学部件)光轴与Sensor光轴重合。如图1所示为校准对象光轴不重合的示意图，图2为校准对象光轴重合的示意图。以往的校准方法是通过将Sensor点亮，透过光学部件和增距镜，拍Chart图中心Mark点，通过Sensor成像图位置的偏移量，手动调整光学部件、增距镜和Chart图的位置，以使光轴重合，此方法基本靠人工进行对位调整，无固定的参考基准。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正装置及方法，通过增加光轴校准治具、底部视觉相机进行校准，形成固定的参考基准，大大提高了校准效率及校准精度。

为实现上述目的，提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正装置，采用以下技术方案：

包括光轴校准治具，以及置于光轴校准治具下方的底部视觉相机；所述光轴校准治具包括校准治具本体、设于校准治具本体顶部的顶部视觉相机，以及设于校准治具本体底部的基准Mark点部；所述顶部视觉相机与基准Mark点部之间可调节X轴方向的相对位移，以及可调节Y轴方向的相对位移。

较佳地，所述顶部视觉相机与校准治具本体固定连接；所述基准Mark点部与校准治具本体之间依次设有滑槽块、X轴滑块、Y轴滑块。

较佳地，所述校准治具本体中部开设有过线孔，用于顶部视觉相机与外部的走线。

还提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，采用以下技术方案：

基于上述的摄像头光轴校正装置，包括如下步骤：

S1：将Chart图置于顶部视觉相机的上方，并在X轴、Y轴方向上调节顶部视觉相机或基准Mark点部的位移，以使基准Mark点部的中心轴与顶部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S2：调节Chart图与光轴校准治具的相对位移，以使Chart图的中心Mark点与顶部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S3：将底部视觉相机移动至基准Mark点部下方，并移动底部视觉相机以使底部视觉相机的视野中心与基准Mark点部的中心轴处于同一中心光轴；

S4：取走光轴校准治具，将增距镜同轴安装至光轴校准治具取走前的位置；

S5：将摄像头的多个光学部件依次移动至底部视觉相机与增距镜之间，并使多个光学部件的通光孔逐一与底部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S6：将sensor移动至多个光学部件与底部视觉相机之间，sensor通过多个光学部件成像，拍到Chart图中心Mark点，并使sensor光轴与Chart图中心Mark点重合。

较佳地，所述光轴校准治具、增距镜先后经增距镜支架固定。

较佳地，每一光学部件及sensor均经三轴夹爪夹持固定及移动。

采用上述方案，本发明的有益效果是：

摄像头光轴校正装置：通过增加光轴校准治具、底部视觉相机进行校准，使摄像头光轴校正时有固定的参考基准，光轴校准治具的顶部视觉相机与基准Mark点部可在X轴、Y轴方向上调节相对位移，避免由于光轴校准治具本身在生产中的误差等因素影响校准的精确度。

摄像头光轴校正方法：先通过光轴校准治具确定Chart图、底部视觉相机的位置，再将增距镜同轴安装至光轴校准治具取走前的位置，然后通过底部视觉相机确定多个光学部件的位置，确定每一校准对象的位置均有固定的参考基准，对校准对象依次按照步骤实施，步骤简单，流程清晰，操作方便，从而使Chart图中心Mark点、增距镜光轴、光学部件光轴与Sensor光轴重合，大大提高了校准效率及校准精度；此外，还结合Chart图中心Mark点对光轴校准治具的顶部视觉相机与基准Mark点部进行调整对位，进一步确保校准的精确度。

附图说明

图1为校准对象光轴不重合的示意图；

图2为校准对象光轴重合的示意图；

图3为本发明的摄像头光轴校正装置的立体图；

图4为本发明的摄像头光轴校正装置的使用状态图；

图5为本发明的基准Mark点部、顶部视觉相机、Chart图三者在X轴或Y轴方向上偏移的示意图；

图6为本发明的实施例2中光轴校准治具处于三次转动位置时的投影示意图；

其中，附图标识说明：

1—光轴校准治具， 2—底部视觉相机，

3—Chart图， 4—增距镜支架，

5—增距镜， 6—光学部件，

7—sensor， 11—校准治具本体，

12—顶部视觉相机， 13—基准Mark点部，

14—滑槽块， 15—X轴滑块，

16—Y轴滑块， 17—过线孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

参照图3至5所示，本发明提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正装置，包括光轴校准治具1，以及置于光轴校准治具1下方的底部视觉相机2；所述光轴校准治具1包括校准治具本体11、设于校准治具本体11顶部的顶部视觉相机12，以及设于校准治具本体11底部的基准Mark点部13；所述顶部视觉相机12与基准Mark点部13之间可调节X轴方向的相对位移，以及可调节Y轴方向的相对位移。

其中，所述顶部视觉相机12与校准治具本体11固定连接；所述基准Mark点部13与校准治具本体11之间依次设有滑槽块14、X轴滑块15、Y轴滑块16，且在校准治具本体11中部开设有过线孔17，用于顶部视觉相机12与外部的走线。

参照图1至6所示，还提供一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，基于上述的摄像头光轴校正装置，包括如下步骤：

S1：将Chart图置于顶部视觉相机12的上方，并在X轴、Y轴方向上调节顶部视觉相机12或基准Mark点部13的位移，以使基准Mark点部13的中心轴与顶部视觉相机12的视野中心处于同一中心光轴；

S2：调节Chart图与光轴校准治具1的相对位移，以使Chart图的中心Mark点与顶部视觉相机12的视野中心处于同一中心光轴；

S3：将底部视觉相机2移动至基准Mark点部下方，并移动底部视觉相机2以使底部视觉相机2的视野中心与基准Mark点部13的中心轴处于同一中心光轴；

S4：取走光轴校准治具1，将增距镜5同轴安装至光轴校准治具1取走前的位置；

S5：将摄像头的多个光学部件6依次移动至底部视觉相机2与增距镜5之间，并使多个光学部件6的通光孔逐一与底部视觉相机3的视野中心处于同一中心光轴；

S6：将sensor 7移动至多个光学部件6与底部视觉相机3之间，sensor 7通过多个光学部件6成像，拍到Chart图中心Mark点，并使sensor 7光轴与Chart图中心Mark点重合。

继续参照5，顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1、基准Mark点部13的中心轴A2、Chart图中心Mark点所在的中心轴A3，在X轴方向或Y轴方向上不同轴，其中Δ1为顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1与基准Mark点部13的中心轴A2在X轴方向或Y轴方向上的偏移量，Δ2为基准Mark点部13的中心轴A2与Chart图中心Mark点所在的中心轴A3在X轴方向或Y轴方向上的偏移量。

当顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1、基准Mark点部13的中心轴A2、Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3同轴时，A1、A2、A3在同一水平面上的投影重合。

当顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1、基准Mark点部13的中心轴A2、Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3不同轴时：

实施例1：通过边观察边调节基准Mark点部13，以实现基准Mark点部13的中心轴A2与顶部视觉相机12的视野中心处于同一中心光轴，包括以下步骤：

S11：通过顶部视觉相机12寻找Chart图中心Mark点，以使顶部视觉相机12的视野中心与Chart图3中心Mark点重合；

S12：以基准Mark点部13的中心轴A2为转轴，在水平方向上围绕该转轴转动光轴校准治具1，并通过顶部视觉相机12拍摄Chart图3中心Mark点成像，若顶部视觉相机12的视野中心与Chart图3中心Mark点重合，则表明顶部视觉相机12所在的中心轴A1与基准Mark点部13的中心轴A2同轴；否则进入下一步；

S13：通过X轴滑块15、Y轴滑块16联合调节基准Mark点部13在X轴、Y轴方向上的位移，直至以基准Mark点部13的中心轴A2为转轴转动时，顶部视觉相机12拍摄Chart图3中心Mark点成像重合。

实施例2：通过计算偏移量来调节顶部视觉相机12，以实现基准Mark点部13的中心轴A2与顶部视觉相机12的视野中心处于同一中心光轴，包括以下步骤：

S11：以基准Mark点部13的中心轴A2为转轴，在水平方向上围绕该转轴依次转动光轴校准治具1角度θ1、角度θ2、角度θ3，并分别在光轴校准治具1处于角度θ1、角度(θ1+θ2)、角度(θ1+θ2+θ3)位置时拍摄Chart图3的中心Mark点成像，则顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1、基准Mark点部13的中心轴A2、Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3投影至同一水平面成像图如图6所示；

S12：分别测量出在角度θ1、角度(θ1+θ2)、角度(θ1+θ2+θ3)位置时，Chart图3的中心Mark点所在的中心轴A3与顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1投影在该水平面上的距离C₁、C₂、C₃；

S13：计算出顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1与基准Mark点部13的中心轴A2投影在水平面上的距离a，以及计算出基准Mark点部13的中心轴A2与Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3投影在水平面上的距离b；

S14：将光轴校准治具1移动距离b，以使基准Mark点部13的中心轴A2与Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3在同一水平面上的投影重合；

S15：通过X轴滑块15、Y轴滑块16联合调节顶部视觉相机12移动距离a，直至以基准Mark点部13的中心轴A2为转轴转动时，顶部视觉相机12拍摄Chart图3中心Mark点成像重合。

参照图6，在同一水平面上的投影，A1与A2的距离为a，A2与A3的距离为b，在角度θ1位置时A1 A3的距离为C₁，在角度(θ1+θ2)位置时A1'A3的距离为C₂、在角度(θ1+θ2+θ3)位置时A1”A3的距离为C₃。

继续参照图6，假设光轴校准治具1的三次转动均为在同一水平面上的同一方向转动，即同为顺时针或同为逆时针转动，根据余弦定理，则：

1)在光轴校准治具1处于角度θ1位置时，设此时A1A2与A2A3的夹角为θ：

2)在光轴校准治具1处于角度(θ1+θ2)位置时，由于相对于第一次转动了角度θ2，故此时A1'A2与A2A3的夹角为(θ-θ2)：

3)在光轴校准治具1处于角度(θ1+θ2+θ3)位置时，由于相对于第二次转动了角度θ3，此时A1”A2与A2A3的夹角为(θ2+θ3-θ)：

其中，θ1、θ2、θ3为已知数，为光轴校准治具1三次转动的角度值，从上述的三个公式中即可计算出a、b、θ，a即基准Mark点部13的中心轴A2、顶部视觉相机12的视野中心所在的中心轴A1投影在同一水平面上的距离(俯视距离)，b为基准Mark点部13的中心轴A2、Chart图3中心Mark点所在的中心轴A3投影在同一水平面上的距离(俯视距离)。

在该实施例中，假设θ1＝0，θ2＝90°，θ3＝90°，则在光轴校准治具1处于角度θ1时，先第一次拍摄Chart图3的中心Mark点成像再转动，此时A1A2与A2A3的夹角为θ；在光轴校准治具1处于角度(θ1+θ2)时，即在第一次拍摄成像的位置基础上转动了90°后开始第二次拍摄成像，此时A1'A2与A2A3的夹角为(θ-90°)；在光轴校准治具1处于角度(θ1+θ2+θ3)位置时，即在第一次拍摄成像的位置基础上转动了180°后开始第三次拍摄成像，此时A1”A2与A2A3的夹角为(180°-θ)。

本申请中的光轴校准治具1、底部视觉相机2均为辅助校准的工具，校准对象为Chart图中心Mark点、增距镜5光轴、镜头(光学部件6)光轴与Sensor 7光轴，校准后使Chart图中心Mark点、增距镜5光轴、镜头(光学部件6)光轴与Sensor 7光轴重合。

在校准过程中，先通过光轴校准治具1确定Chart图、底部视觉相机2的位置，将增距镜5同轴安装至光轴校准治具1取走前的位置，再通过底部视觉相机2确定多个光学部件6的位置，确定每一校准对象的位置均有固定的参考基准。Chart图中心Mark点通过顶部视觉相机12的视野中心确定位置，此时移动Chart图对位顶部视觉相机12的视野中心；由于基准Mark点部13无法使镜头(光学部件6)与Sensor 7找到中心光轴，则引入底部视觉相机2，使底部视觉相机2的视野中心与基准Mark点部13的中心轴同轴，此时需要移动底部视觉相机2确定基准Mark点部13的中心轴位置，以使底部视觉相机2的视野中心与基准Mark点部13的中心轴处于同一中心光轴；多个光学部件6的通光孔与Sensor 7通过底部视觉相机2的视野中心确定位置，此时需要移动光学部件6与Sensor 7，以使光学部件6光轴、Sensor 7光轴与底部视觉相机2的视野中心处于同一中心光轴；如此，即完成Chart图中心Mark点、增距镜5光轴、镜头(光学部件6)光轴与Sensor 7光轴重合。

所述光轴校准治具1、增距镜5先后经增距镜支架4固定。每一光学部件6或sensor7经一三轴夹爪夹持固定及移动，该三轴分别为X轴、Y轴、Z轴。所述底部视觉相机2安装在一三轴运动平台上，该三轴分别为X轴、Y轴、Z轴。

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

Claims (3)

1.一种用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，其特征在于，基于摄像头光轴校正装置，该摄像头光轴校正装置包括光轴校准治具，以及置于光轴校准治具下方的底部视觉相机；所述光轴校准治具包括校准治具本体、设于校准治具本体顶部的顶部视觉相机，以及设于校准治具本体底部的基准Mark点部；所述顶部视觉相机与基准Mark点部之间可调节X轴方向的相对位移，以及可调节Y轴方向的相对位移；所述摄像头光轴校正方法包括如下步骤：

S1：将Chart图置于顶部视觉相机的上方，并在X轴、Y轴方向上调节顶部视觉相机或基准Mark点部的位移，以使基准Mark点部的中心轴与顶部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S2：调节Chart图与光轴校准治具的相对位移，以使Chart图的中心Mark点与顶部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S3：将底部视觉相机移动至基准Mark点部下方，并移动底部视觉相机以使底部视觉相机的视野中心与基准Mark点部的中心轴处于同一中心光轴；

S4：取走光轴校准治具，将增距镜同轴安装至光轴校准治具取走前的位置；

S5：将摄像头的多个光学部件依次移动至底部视觉相机与增距镜之间，并使多个光学部件的通光孔逐一与底部视觉相机的视野中心处于同一中心光轴；

S6：将sensor移动至多个光学部件与底部视觉相机之间，sensor通过多个光学部件成像，拍到Chart图中心Mark点，并使sensor光轴与Chart图中心Mark点重合。

2.根据权利要求1所述的用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，其特征在于，所述光轴校准治具、增距镜先后经增距镜支架固定。

3.根据权利要求1所述的用于多光学部件的摄像头光轴校正方法，其特征在于，每一光学部件及sensor均经三轴夹爪夹持固定及移动。

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