CN114935872B - 光引擎装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光引擎装配方法，所述装配方法包括：S1，将待装配的合光单元、成像镜头中的其中一个进行位置固定，并将另外一个和发光单元布置在预设位置上；S2，将发光单元通电，以使其发射出调试光线；S3，接收从成像镜头中投射至外界的调试图像，并判断是否符合预设标准；若是则调整成像镜头和发光单元与合光单元之间的相对位置，直至确定调整后的从成像镜头中投射至外界的调试图像符合预设标准；若否则保持合格相对位置；S4，至少通过施胶方式来固定合格相对位置状态的成像镜头与合光单元，以及发光单元与合光单元。通过本申请可以消除发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积。

Description

光引擎装配方法

技术领域

本发明属于光引擎封装的技术领域，具体地涉及一种光引擎装配方法。

背景技术

近年来，随着微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能，大视场、高成像质量、小体积、可穿戴的微型投影光引擎越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmented reality,简称AR)、近眼显示(Near-eye display,简称NED)以及可穿戴等领域。微型投影光引擎是投影成像***中最为关键的元器件，现有的微型投影光引擎为实现彩色显示，通常采用诸如X合色棱镜(X-Cube)等之类的合色装置将来自三条光路的三基色偏振光合并到同一条光路中，再通过成像镜头进行投影。

现有技术中在装配时通常采用纯物理对准的方式来调整发光单元、合光单元和成像镜头的相对位置，这导致最终的微型投影光引擎的光学质量不一定是最佳的，尤其是例如发光单元与合光单元在组装过程中存在着累积误差，并且它们自身的加工、制造环节上也在一定程度上存在着误差或误差累积，这些因素都可能会对最终的投影图像质量带来不利影响，从而造成最终投射到人眼的图像或多或少地产生失真。

因此，考量到发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积，导致装配后的光引擎难以满足微型投影光引擎的装配要求，很有必要设计一种光引擎装配方法，以使装配的光引擎满足微型投影光引擎的质量要求。

发明内容

为了解决上述至少一个技术问题，本发明提供了一种光引擎装配方法，可以消除发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积，提高装配后的光引擎对微型投影光引擎质量要求的符合度。

该发明提供以下技术方案，一种光引擎装配方法，所述光引擎包括多个发光单元、合光单元和成像镜头，所述发光单元用于发出不同颜色的光，所述合光单元设置于每一所述发光单元所发射光束的光路上，用于将多个所述发光单元所发射光束的光进行合光，并沿着同一方向传递至所述成像镜头，所述成像镜头用于将合光后的光线投射至外界；所述装配方法包括：

S1，将待装配的所述合光单元、所述成像镜头中的其中一个进行位置固定，并将另外一个和所述发光单元布置在预设位置上，并使所述成像镜头和所述发光单元与所述合光单元之间留有用于调整两相对位置的间隙；

S2，将所述发光单元通电，以使其发射出调试光线；

S3，接收从所述成像镜头中投射至外界的调试图像，并判断是否符合预设标准；若不符合，则调整所述成像镜头和所述发光单元与所述合光单元之间的相对位置，直至确定调整后的从所述成像镜头中投射至外界的所述调试图像符合所述预设标准；若符合，则保持合格相对位置；

S4，固定所述合格相对位置状态的所述成像镜头与所述合光单元，以及所述发光单元与所述合光单元。

相比现有技术，本申请的有益效果为：通过采用多个发光单元逐一点亮，并进行与合光单元的主动对准操作达到第一预设标准后，且再将后一个与前一个发光单元所发射光束的光线进行合色调整操作达到第二预设标准，直至发光单元和成像镜头与合光单元的装配达到预设标准；或者采用多个发光单元依次单独点亮进行与合光单元的主动对准操作达到第一预设标准后再熄灭，最后将多个发光单元所发射光束的光线同时进行合色调整操作，直至发光单元和成像镜头与合光单元的装配达到预设标准。通过上述方法可以消除发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积，达到提高装配后的光引擎对微型投影光引擎质量要求的符合度。

较佳地，在步骤S1中，将所述合光单元进行位置固定，并将所述成像镜头和所述发光单元相对于所述合光单元布置在预设位置上。

较佳地，在步骤S1中，将所述成像镜头进行位置固定，并将所述合光单元相对于所述成像镜头布置在预设位置上，以及将所述发光单元相对于所述合光单元布置在预设位置上。

较佳地，在步骤S3中，逐一使所述发光单元发射出调试光线，直至最后一组所述发光单元与所述合光单元相对位置的确定。

较佳地，在调整第一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第一预设标准；在调整第二组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第二预设标准；依次调整直至在调整最后一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合所述第二预设标准。

较佳地，在步骤S3中，单独使所述发光单元投射出调试光线，直至最后一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置确定后，同时使所述发光单元投射出调试光线，调整所述成像镜头与所述合光单元的相对位置。

较佳地，在调整所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第一预设标准；在调整所述成像镜头与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合所述第二预设标准。

较佳地，所述第一预设标准包括所接收到的调试图像的成像位置、对比度、光线角度和解像力符合所述预设标准，所述第二预设标准和所述最终预设标准均包括所述第一预设标准和所接收到的所述调试图像的明亮程度、图像亮度均匀性和色差符合所述预设标准。

较佳地，通过计算所接收到的所述调试图像的像差来获得相对位置的调整量，再根据所述调整量来对所述发光单元与所述合光单元的相对位置，或所述成像镜头与所述合光单元的相对位置在六个自由度上进行实时调整，以使相对位置处于所述合格相对位置上。

较佳地，优先调整与所述成像镜头相对设置的所述发光单元与所述合光单元的相对位置。

较佳地，多个所述发光单元环绕所述合光单元设置，每一所述发光单元所发射光束均朝向所述光学合光单元。

较佳地，所述发光单元的数量为三个，分别为红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元；其中两个所述发光单元相对平行设置，二者发射的初始光束经所述合光单元汇合后向外界射出，所述汇合光束方向与所述初始光束方向垂直；剩余的所述发光单元与所述汇合光束方向垂直且夹设于相对设置的两个所述发光单元之间，其发射的初始光束与所述汇合光束重合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的光引擎装配方法所装配的光引擎立体图；

图2为本发明实施例提供的光引擎光学传播原理图；

图3为本发明实施例提供的图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像；

图4为本发明实施例提供的图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像。

附图标记说明：

1-合色棱镜、2-第一微型显示芯片、3-第二微型显示芯片、4-第三微型显示芯片、5-成像镜头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本申请实施例的光引擎装配方法，其所要装配的光引擎包括多个发光单元、合光单元和成像镜头，所述发光单元用于发出不同颜色的光，所述合光单元设置于每一所述发光单元所发射光束的光路上，用于将多个所述发光单元所发射光束的光进行合光，并沿着同一方向传递至所述成像镜头，所述成像镜头用于将合光后的光线投射至外界。本申请实施例中，所述发光单元的数量为三个，分别为红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元；具体实施时，其中两个所述发光单元相对平行设置，二者发射的初始光束经所述合光单元汇合后向外界射出，所述汇合光束方向与所述初始光束方向垂直；剩余的所述发光单元与所述汇合光束方向垂直且夹设于相对设置的两个所述发光单元之间，其发射的初始光束与所述汇合光束重合。

实施例1

如图1所示，所述光引擎包括具有合色棱镜的合色组件1和分别安装在合色组件1上的第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3、第三微型显示芯片4，以及成像镜头5。意味着，本申请实施例中所述合光单元为合色组件1；三个所述发光单元皆为微型显示芯片，第一微型显示芯片2所发射光束为红光，第二微型显示芯片3所发射光束为绿光，第三微型显示芯片4所发射光束为蓝光。

进一步地，合色组件1成六面体结构，第一微型显示芯片2与成像镜头5分别位于合色组件1的相对两面上另一相对两面上，第二微型显示芯片3与第三微型显示芯片4分别位于合色组件1的相对两面上。另外，合色组件1的另外一相对两面作为光引擎装配过程中夹持合色组件1的夹持面。具体实施过程中，第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3、第三微型显示芯片4，以及成像镜头5分别通过点胶后固化的方式固定在合色组件1上。需要说明的是，光引擎装配设备的精度要求在于第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3及第三微型显示芯片4所发出的光线分别经过合色组件1传播后出射的光线中轴与成像镜头5的中轴重合，具体机理如图2所示。

装配本实施例的光引擎的具体装配方法包括以下步骤：

S101：将合色组件进行固定，通过自动取放料装置分别抓取成像镜头和第一微型显示芯片，并移动至调试位置。

S102：点亮第一微型显示芯片发射出调试光线后，调整成像镜头、第一微型显示芯片与合色组件的位置关系。

S103：通过图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像；具体地，第一类调试图像如图3所示。

S104：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的第一预设标准，如果符合，则执行步骤S105；否则，更换第一微型显示芯片后执行步骤S102；其中，第一预设标准包括所接收到的第一类调试图像的成像位置、对比度、光线角度和解像力符合所述预设标准。需要说明的是，第一预设标准从如图3所示的第一类调试图像上直观的表示变现为相邻直线条区域的两直线条呈正交设置。

S105：记录下第一微型显示芯片的第一合格位置后，将第一微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第一合格位置，再进行UV固化。

S106：通过自动取放料装置抓取第二微型显示芯片，并移动至调试位置。

S107：点亮第二微型显示芯片发射出调试光线后，调整第二微型显示芯片与合色组件的位置关系。

S108：通过图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像和第二类调试图像；具体地，第一类调试图像可参阅图3所示，第二类调试图像如图4所示。

S109：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的第一预设标准，且判断第二类调试图像是否符合合色工艺的第二预设标准，如果符合则执行步骤S110；否则，更换第二微型显示芯片后执行步骤S107；其中，其中，第二预设标准包括所述第一预设标准和所接收到的所述调试图像的明亮程度、图像亮度均匀性和色差符合所述预设标准。需要说明的是，第二预设标准从如图4所示的第二类调试图像上直观的表示变现为黑色区域的边缘光晕极少。

S110：记录下第二微型显示芯片的第二合格位置后，将第二微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第二合格位置，再进行UV固化。

S111：通过自动取放料装置抓取第三微型显示芯片，并移动至调试位置。

S112：点亮第三微型显示芯片发射出调试光线后，调整第三微型显示芯片与合色组件的位置关系。

S113：通过图像采集单元采集成像镜头中透射的第一类调试图像和第二类调试图像；具体地，第一类调试图像可参阅图3所示，第二类调试图像可参阅图4所示。

S114：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的第一预设标准，判断第二类调试图像是否符合合色工艺的第二预设标准，如果符合则执行步骤S115；否则，更换第三微型显示芯片后执行步骤S112；

S115：记录下第三微型显示芯片的第三合格位置后，将第三微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第三合格位置，再进行UV固化；

S116：记录下成像镜头的第四合格位置后，将成像镜头移至点胶单元点胶后返回第四合格位置，再进行UV固化，至此光引擎装配完成。

需要说明的是，在上述步骤的调整中，优先调整与所述成像镜头相对设置的所述发光单元与所述合光单元的相对位置；即本实施例中，优先调整与所述成像镜头5相对设置的所述第一微型显示芯片2与所述合色组件1的相对位置，究其原因是因为：与所述成像镜头5相对设置的所述第一微型显示芯片2在经过所述合色组件1的时候不需要反射，相比所述第二微型显示芯片3，及所述第三微型显示芯片4，其光线传递至所述成像镜头5时能量最高，像差最小；因此，其对装配的要求更低。

综上所述，通过采用多个微型显示芯片逐一点亮，并进行与合色棱镜的主动对准操作达到第一预设标准后，且再将后一个与前一个微型显示芯片所发射光束的光线进行合色调整操作达到第二预设标准，直至微型显示芯片和成像镜头与合色棱镜的装配达到预设标准；可以消除发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积，达到提高装配后的光引擎对微型投影光引擎质量要求的符合度。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：该装配方法中的步骤S201不同于实施例1中的步骤S101。本实施例的S201具体为：将所述成像镜头进行位置固定，并将所述合色组件相对于所述成像镜头布置在其预设位置中，将所述第一微型显示芯片相对于所述合色组件布置在其预设位置中。

实施例3

可参阅图1所示，所述光引擎包括具有合色棱镜的合色组件1和分别安装在合色组件1上的第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3、第三微型显示芯片4，以及成像镜头5。意味着，所述合光单元为合色组件1；三个所述发光单元皆为微型显示芯片，第一微型显示芯片2所发射光束为红光，第二微型显示芯片3所发射光束为蓝光，第三微型显示芯片4所发射光束为绿光。

进一步地，合色组件1成六面体结构，第一微型显示芯片2与成像镜头5分别位于合色组件1的相对两面上另一相对两面上，第二微型显示芯片3与第三微型显示芯片4分别位于合色组件1的相对两面上。另外，合色组件1的另外一相对两面作为光引擎装配过程中夹持合色组件1的夹持面。具体实施过程中，第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3、第三微型显示芯片4，以及成像镜头5分别通过点胶后固化的方式固定在合色组件1上。需要说明的是，光引擎装配设备的精度要求在于第一微型显示芯片2、第二微型显示芯片3及第三微型显示芯片4所发出的光线分别经过合色组件1传播后出射的光线中轴与成像镜头5的中轴重合，具体机理如图2所示。

装配本实施例的光引擎的具体装配方法包括以下步骤：

S301：将合色组件进行固定，通过自动取放料装置分别抓取成像镜头和第一微型显示芯片，并移动至调试位置。

S302：点亮第一微型显示芯片发射出调试光线后，调整成像镜头、第一微型显示芯片与合色组件的位置关系。

S303：通过图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像；具体地，第一类调试图像可参阅图3所示。

S304：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的第一预设标准，如果符合，则执行步骤S305；否则，更换第一微型显示芯片后执行步骤S302。

S305：记录下第一微型显示芯片的第一合格位置后，将第一微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第一合格位置，再进行UV固化，随后熄灭第一微型显示芯片；

S306：通过自动取放料装置抓取第二微型显示芯片，并移动至调试位置；

S307：点亮第二微型显示芯片投射出调试光线后，调整第二微型显示芯片与合色组件的位置关系；

S308：通过图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像；

S309：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的预设标准；如果符合，则执行步骤S310；否则，更换第二微型显示芯片后执行步骤S307；

S310：记录下第二微型显示芯片的第二合格位置后，将第二微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第二合格位置，再进行UV固化，随后熄灭第二微型显示芯片；

S311：通过自动取放料装置抓取第三微型显示芯片，并移动至调试位置；

S312：同时点亮第一微型显示芯片、第二微型显示芯片和第三微型显示芯片发射出调试光线，调整成像镜头、第三微型显示芯片与合色组件的位置关系；

S313：通过图像采集单元采集成像镜头中投射至外界的第一类调试图像和第二类调试图像；具体地，第一类调试图像可参阅图3所示，第二类调试图像可参阅图4所示。

S314：判断第一类调试图像是否符合主动对准工艺(AA工艺)的预设标准，判断第二类调试图像是否符合合色工艺的预设标准，如果符合则执行步骤S315，否则更换第三微型显示芯片后执行步骤S312；

S315：记录下第三微型显示芯片的第三合格位置后，将第三微型显示芯片移至点胶单元点胶后返回第三合格位置，再进行UV固化；

S316：记录下成像镜头的第四合格位置后，将成像镜头移至点胶单元点胶后返回第四合格位置，再进行UV固化，至此光引擎装配完成。

综上所述，通过采用多个发光单元依次单独点亮进行与合光单元的主动对准操作达到第一预设标准后再熄灭，最后将多个发光单元所发射光束的光线同时进行合色调整操作，直至发光单元和成像镜头与合光单元的装配达到预设标准；可以消除发光单元、合光单元和成像镜头因纯物理装配时存在的累积误差以及加工制作过程中自身存在的误差累积，达到提高装配后的光引擎对微型投影光引擎质量要求的符合度。

实施例4

本实施例与实施例3的不同之处在于：该装配方法中的步骤S401不同于实施例1中的步骤S301。本实施例的S401具体为：将所述成像镜头进行位置固定，并将所述合色组件相对于所述成像镜头布置在其预设位置中，将所述第一微型显示芯片相对于所述合色组件布置在其预设位置中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (12)

1.一种光引擎装配方法，所述光引擎包括多个发光单元、合光单元和成像镜头，所述发光单元用于发出不同颜色的光，所述合光单元设置于每一所述发光单元所发射光束的光路上，用于将多个所述发光单元所发射光束的光进行合光，并沿着同一方向传递至所述成像镜头，所述成像镜头用于将合光后的光线投射至外界；其特征在于，所述装配方法包括：

S1，将待装配的所述合光单元、所述成像镜头中的其中一个进行位置固定，并将另外一个和所述发光单元布置在预设位置上，并使所述成像镜头和所述发光单元与所述合光单元之间留有用于调整两相对位置的间隙；

S2，将所述发光单元通电，以使其发射出调试光线；

S3，接收从所述成像镜头中投射至外界的调试图像，并判断是否符合预设标准；若不符合，则调整所述成像镜头和所述发光单元与所述合光单元之间的相对位置，直至确定调整后的从所述成像镜头中投射至外界的所述调试图像符合所述预设标准；若符合，则保持合格相对位置；

S4，固定所述合格相对位置状态的所述成像镜头与所述合光单元，以及所述发光单元与所述合光单元。

2.根据权利要求1所述的光引擎装配方法，在步骤S1中，将所述合光单元进行位置固定，并将所述成像镜头和所述发光单元相对于所述合光单元布置在预设位置上。

3.根据权利要求1所述的光引擎装配方法，在步骤S1中，将所述成像镜头进行位置固定，并将所述合光单元相对于所述成像镜头布置在预设位置上，以及将所述发光单元相对于所述合光单元布置在预设位置上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光引擎装配方法，在步骤S3中，逐一使所述发光单元发射出调试光线，直至最后一组所述发光单元与所述合光单元相对位置的确定。

5.根据权利要求4所述的光引擎装配方法，在调整第一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第一预设标准；在调整第二组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第二预设标准；依次调整直至在调整最后一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合所述第二预设标准。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的光引擎装配方法，在步骤S3中，单独使所述发光单元投射出调试光线，直至最后一组所述发光单元与所述合光单元的相对位置确定后，同时使所述发光单元投射出调试光线，调整所述成像镜头与所述合光单元的相对位置。

7.根据权利要求6所述的光引擎装配方法，在调整所述发光单元与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合第一预设标准；在调整所述成像镜头与所述合光单元的相对位置时，依据所述成像镜头中投射至外界的调试图像以判断是否符合所述第二预设标准。

8.根据权利要求5或7所述的光引擎装配方法，所述第一预设标准包括所接收到的调试图像的成像位置、对比度、光线角度和解像力符合所述预设标准，所述第二预设标准包括所述第一预设标准和所接收到的所述调试图像的明亮程度、图像亮度均匀性和色差符合所述预设标准。

9.根据权利要求8所述的光引擎装配方法，通过计算所接收到的所述调试图像的像差来获得相对位置的调整量，再根据所述调整量来对所述发光单元与所述合光单元的相对位置，或所述成像镜头与所述合光单元的相对位置在六个自由度上进行实时调整，以使相对位置处于所述合格相对位置上。

10.根据权利要求1所述的光引擎装配方法，优先调整与所述成像镜头相对设置的所述发光单元与所述合光单元的相对位置。

11.根据权利要求1所述的光引擎装配方法，多个所述发光单元环绕所述合光单元设置，每一所述发光单元所发射光束均朝向所述光学合光单元。

12.根据权利要求1所述的光引擎装配方法，所述发光单元的数量为三个，分别为红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元；其中两个所述发光单元相对平行设置，二者发射的初始光束经所述合光单元汇合后向外界射出，所述汇合光束方向与所述初始光束方向垂直；剩余的所述发光单元与所述汇合光束方向垂直且夹设于相对设置的两个所述发光单元之间，其发射的初始光束与所述汇合光束重合。