一种用于医疗镜头模组的AA组装方法与流程

一种用于医疗镜头模组的aa组装方法
技术领域
1.本发明涉及摄像头技术领域，具体涉及一种用于医疗镜头模组的aa组装方法。


背景技术：

2.医疗镜头模组(主要包括胃镜模组)具备广角化、小型化、微距化的特点。广角化意味着镜头可拍摄范围更广；小型化意味着镜头能够安全进入人体内；微距化意味着身体内的镜头需在1-100mm内成像清晰。正是以上三点的特殊性使得医疗模组的组装方式和传统的手机模组的组装方式相比，存在更多的困难。
3.aa(active alignment，主动对准)制程，是一项确定零配件装配过程中相对位置的技术，首先检测被组装的半成品，并根据该被组装半成品的实际情况进行主动对准；之后再将下一个零配件组装到位，达到减小整个模组装配公差的目的。组装模组时通过对镜头6个自由度(沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度)的对准实现摄像芯片和镜头的焦点的重合以得到清晰的图像，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。
4.目前，传统手机的aa制程要求成像画面呈现平面(既不能是桶型也不能是枕型)。此外，aa距离大多为某个单一特定值(2cm/10cm/50cm/inf等)。受aa机台等因素的限制，手机模组应用领域未涉及到毫米级别的aa距离和测试距离。因此，aa制程在对医疗模组的组装(主动校准)时由于其广角化、小型化和微距化的特点，存在画面畸变大、多距离aa困难导致装配精度不足等问题。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种用于医疗镜头模组的aa组装方法，能够从光学角度解决aa机台的局限性，使其应用领域更为广泛，有效改善医疗镜头模组在aa组装过程中的画面畸变大、多距离aa困难的问题，提高医疗镜头模组的装配精度。
6.本发明提供的技术方案为：一种用于医疗镜头模组的aa组装方法，包括以下步骤：
7.s1：根据镜头模组的实际拍摄距离获取镜头的景深数据，得到若干个aa物距；
8.s2：根据aa物距和传感器的尺寸设计若干张chart原图；
9.s3：获取镜头的畸变数据；
10.s4：根据镜头的畸变数据对chart原图做反畸变处理，得到若干张反畸变chart图；
11.s5：将若干张反畸变chart图进行叠加；
12.s6：根据叠加后的反畸变chart图对镜头模组进行多距离aa校准。
13.本发明的工作原理及优点在于：医疗模组涉及的镜头视场角会远大于120
°
以满足其拍摄范围广泛的需求。随着镜头的视场角度的增加，镜头的畸变也会逐渐增大，一般视场角大于120
°
的镜头的最大光学畸变值达到10％以上，随后增加的更为剧烈，目前出现最大光学畸变为80％。当光学畸变达到8％以上时，镜头在aa机台上组装就会报错，原因是成像画面变形，不同视场(0.3f/0.5f/0.7f/0.8f)的抓框mark点显著不在同一平面，抓框失效，
无法进一步读取mtf(调制传递函数，用于分析镜头的解析项)数值大小。因此必须对aa chart图做反畸变以达到成像画面在同一平面。本发明方法通过对不同aa物距的chart原图进行相应的反畸变处理后进行叠加，再使用叠加后的chart图进行多距离aa校准，有效改善了医疗镜头模组在aa组装过程中的画面畸变大、多距离aa困难的问题，提高医疗镜头模组的装配精度。本发明方法解决了当前aa机台的局限性，对于一些非常规镜头模组的aa组装过程具有广泛的应用领域。
14.进一步，所述s3包括：
15.s3-1：用仪器测试镜头在各个视场位置的光学畸变值；
16.s3-2：对测试距离低于仪器限制的位置，采用软件模拟输出畸变值。
17.采用专业仪器测试镜头在各个视场位置处的光学畸变值，更接近实际，但受仪器机台限制，对测试距离过低的位置采用软件对实际光学系统模拟的方式，以获得较全面的数据。
18.进一步，所述s4包括：
19.s4-1：输入畸变数据，软件自动拟合生成畸变模型；
20.s4-2：在畸变模型的基础上，将镜头的理想像高通过坐标的齐次变换得到铺满整个传感器像素点的理想坐标，结合镜头的实际像高的负值得到匹配该镜头的反畸变模型；
21.s4-3：将chart原图中的mark点的坐标通过反畸变模型处理得到反畸变坐标；
22.s4-4：将反畸变坐标导入chart原图，得到反畸变chart图。
23.在程序中输入畸变数据中畸变点的原始坐标，通过畸变校正后输出畸变校正后的坐标，镜头的光学畸变是个二维矢量，它的变换是发生在各个方向上的，故需要将二维坐标添加一个额外坐标z以实现坐标能够进行缩放、旋转和平移，进而将坐标转换得到无限个坐标(可迎合芯片像素点个数)铺满整个芯片平面。因此，输入镜头的理想像高，通过坐标的齐次变换得到铺满整个芯片像素点的理想坐标，再输入镜头的实际像高(发生畸变)的负值得到匹配该镜头的反畸变模型，进而得到反畸变坐标。
24.进一步，所述s4-1中的畸变模型中，常规镜头的畸变模型采用泰勒级数展开的前两项进行描述，鱼眼镜头采用的畸变模型采用泰勒级数展开的前三项进行描述。
25.根据获取的镜头畸变数据输入软件程序中，软件会进行自动拟和生成畸变参数模型，不同的镜头对应不同的畸变曲线即生成不同的畸变参数进而匹配不同的公式模型，常规的数学畸变模型用主点周围的泰勒级数展开的前两项k1和k2即可，如遇曲线较为复杂的畸变较大的鱼眼镜头可增加第三项k3进行描述。
26.进一步，所述s5包括：
27.s5-1：按照镜头视场角大小制造空心圆锥体器具；
28.s5-2：将反畸变chart图按照对应aa物距分别放置于器具内，将器具放置于机台对应位置。
29.医疗模组的微距化要求其在1-100mm内能清晰成像，故镜头与传感器芯片组装时的aa物距非常近，受镜头设计限制，微距下镜头景深无法满足较大范围，大多景深范围只在10-20mm内。因此，由于镜头的景深限制，镜头模组无法在一个aa物距的条件下满足1-100mm都是清晰的。常规的aa机台内部自身架构仅有一块光源板位置放置一张chart图且光源板下降空间有限，无法下降至mm级别的物距。为了解决这个问题，根据aa机台的构造设计了一
个外形状如“炮筒”的器具，其可以放置多张微距chart图。
30.进一步，所述反畸变chart图的材质为透明玻璃，所述反畸变chart图的mark点为黑色填充。
31.透明玻璃透光性好，mark点为黑色填充，光源照射下成像清晰，识别准确。
32.进一步，所述器具按照反畸变chart图的mark点所在最远视场对应的视场角设计尺寸，所述器具在放置反畸变chart图的位置设有边缘区域。
33.镜头的视场角很大时随着aa物距的增大，器具的尺寸会指数性增大，此时可参考mark点所在的最远视场对应的视场角进行设计，并且器具在放置反畸变chart图的位置需要预留一定边缘区域方便机台识别mark点。
34.进一步，所述s6包括：
35.s6-1：打开光源，光源照度位置使得若干张反畸变chart图的mark点成像于一个平面中互不干涉且能被aa机台抓框；
36.s6-2：选择任一aa物距进行“0”视场mark点的绘制，进行主动校准oc；
37.s6-3：选择近焦和远焦的中间距离的中心视场和周边视场进行主动校准tilt；
38.s6-4：设定对应近焦和远焦的距离的解析阈值进行主动校准ffl；
39.s6-5：分别进行画胶、uv照射、mtf值check的步骤。
40.传统手机模组只需要aa校准一个距离，check一个距离，而医疗模组受镜头的景深与离焦曲线的共同影响无法aa一个距离和check一个距离去保证镜头和芯片组装后的模组能在近焦和远焦(1-100mm)都能清晰成像。这时就需要对多个距离进行主动校准，得到各个距离的aa(check)曲线，并分别给各个距离设置阈值，当各个距离的mtf值均达到设置的阈值后结束主动校准。
41.进一步，其特征在于：所述s6-2中选择的aa物距为中间距离的aa物距。
42.选择中间距离的chart图进行“0”视场mark点的绘制，aa机台依赖此mark点进行镜头的光学中心与芯片的成像中心校准，有利于更好的主动校准oc。
43.进一步，还包括s7：对主动校准后的镜头模组进行检查。
44.对完成主动校准后的镜头进行质检，有利于进一步提高良品率。
附图说明
45.图1为本发明实施例的一种用于医疗镜头模组的aa组装方法的侧视结构图；
46.图2为本发明实施例的一种用于医疗镜头模组的aa组装方法的正视结构图；
47.图3为本发明实施例的一种用于医疗镜头模组的aa组装方法的逻辑框图。
具体实施方式
48.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
49.说明书附图中的标记包括：4mm chart图1、9mm chart图2、100mm chart图3、镜头模组4、空心圆锥体器具5。
50.实施例：
51.如图3所示，本实施例中公开了一种用于医疗镜头模组的aa组装方法，具体包括以下步骤(本方案中对各步骤的编号仅做步骤区分作用，不限制各步骤的具体执行顺序，且各
步骤还可同时进行)：
52.s1：根据镜头模组4的实际拍摄距离获取镜头的景深数据，得到若干个aa物距。本实施例中镜头的光学参数：镜片结构1g3p；efl＝0.982mm；dfov＝140
°
；f#＝8.02；image height＝1.045mm；optical distortion＝-62.56％。
53.本镜头模组4的测试距离(aa物距)：近焦4mm；远焦100mm；中间距离9mm。
54.芯片参数：分辨率1920*1080；像素点尺寸：1.4*1.4μm。
55.s2：根据aa物距和传感器的尺寸设计若干张chart原图。以模组芯片的实际尺寸(单位mm)作一个矩形，然后以其对角线长为直径做圆按比例缩小获取抓框位置并放上绘制好的mark即可，根据芯片尺寸2.688*1.512mm和模组需要管控的视场设计三张chart原图，4mm管控0.2f，100mm管控0.25f，9mm管控0f和0.5f。
56.s3-1：用仪器测试镜头在各个视场位置的光学畸变值。把0-1.0f均分为100份共得到从中心到周边的101个测试点位，从而输出各个点位的理想像高、真实像高和畸变值，三者满足(y＝真实像高、y’＝理想像高)；
57.s3-2：对测试距离低于仪器限制的位置，采用软件模拟输出畸变值。以上方法畸变值、真实像高的获取更为接近实际，但受机台限制，当测试距离小于等于4cm时，采取zemax软件对实际光学系统(考虑公差分析)进行模拟输出畸变值即可。
58.s4-1：输入畸变数据，软件自动拟合生成畸变模型。根据获取的镜头畸变数据输入软件程序中，软件会进行自动拟和生成畸变参数模型，不同的镜头对应不同的畸变曲线即生成不同的畸变参数进而匹配不同的公式模型，常规的数学畸变模型用主点周围的泰勒级数展开的前两项k1和k2即可，如遇曲线较为复杂的畸变较大的鱼眼镜头可增加第三项k3进行描述。如：
59.x0＝x*(1 k1r2 k2r4 k3r6)
60.y0＝y*(1 k1r2 k2r4 k3r6)——径向畸变
61.x0＝2p1xy p2*(r2 2x2)
62.y0＝2p2xy p1*(r2 2y2)——切向畸变
63.切向畸变是由于芯片和镜头组装时的tilt和偏移公差导致的。数学畸变模型如上可用两个额外的参数p1和p2来描述。
64.s4-2：在畸变模型的基础上，将镜头的理想像高通过坐标的齐次变换得到铺满整个传感器像素点的理想坐标，结合镜头的实际像高的负值得到匹配该镜头的反畸变模型。以上两组畸变参数模型中的(x0,y0)为畸变点的原始位置，(x,y)为畸变校正后的位置；镜头的光学畸变是个二维矢量，它的变换是发生在各个方向上的，故需要将二维坐标添加一个额外坐标z以实现坐标(x,y)能够进行缩放、旋转和平移进而将101个坐标转换得到无限个坐标(可迎合芯片像素点个数)铺满整个芯片平面，整合以上可得：
65.——坐标齐次变换
66.x0＝x(1 k1r2 k2r4 k3r6) 2p1xy p2*(r2 2x2)
67.y0＝y(1 k1r2 k2r4 k3r6) 2p2xy p1*(r2 2y2)——畸变模型
68.在畸变模型的基础上，将镜头的理想像高通过坐标的齐次变换得到铺满整个传感器像素点的理想坐标，结合镜头的实际像高(发生畸变)的负值得到匹配该镜头的反畸变模型(得到确定的k1、k2、k3和p1、p2的值)
69.s4-3：将chart原图中的mark点的坐标通过反畸变模型处理得到反畸变坐标。
70.s4-4：将反畸变坐标导入以传感器尺寸而设计的chart原图，得到三张反畸变chart图。
71.s5-1：按照镜头视场角大小制造空心圆锥体器具5；
72.s5-2：将反畸变chart图按照对应aa物距分别放置于器具内，将器具放置于机台对应位置。
73.chart图中的mark点反畸变后需对其玻璃外框尺寸进行设计既要匹配器具的尺寸也要保证三张chart图互相无遮挡，能被aa机台正常抓框。因此设计4mm chart图1的对角线距离≥13.2mm；9mm chart图2的对角线距离≥29.7mm；100mm chart图3的对角线距离≥164.98mm。在此基础上匹配器具尺寸最终确定三张玻璃chart尺寸为如下：4mm：18*12mm(对角线距离为21.6mm)；9mm:29*29mm(对角线距离为41mm)；100mm:170*170mm(对角线距离为240.4mm)。
74.按照镜头视场角大小制造一个空心圆锥体器具5(如若镜头视场角很大时随着aa物距的增大，器具尺寸会指数性增大，此时可参考mark点所在的最远视场对应的视场角进行设计，需要预留一定边缘区域方便机台识别mark点)，分别在器具的对应物距处设计台阶或者周边挖空部分以放置对应物距的玻璃chart图，玻璃chart图尺寸要按实际去匹配器具尺寸(可加大玻璃chart边缘透明区域)。因此，多张aa物距的玻璃chart图就叠加进器具中形成一个“整体”，再将这个“整体”置于aa机台对应位置即可。安装好的空心圆锥体器具5如图1和图2所示(图2虚线部分为视场角)。
75.其中chart图材质为透明玻璃，透过率≥95％；mark点为黑色填充，其它位置透明；无毛刺、脏污点；玻璃chart厚度随chart图大小合理变化即可。
76.s6-1：打开光源，光源照度位置使得若干张反畸变chart图的mark点成像于一个平面中互不干涉且能被aa机台抓框。
77.s6-2：选择任一aa物距进行“0”视场mark点的绘制，进行主动校准oc。本实施例中选择的aa物距为中间距离的aa物距，即9mm的aa物距。chart图设计时挑选中间距离进行“0”视场mark点的绘制，该mark点尺寸可略大于其它mark点。该距离的aa chart图其它视场的mark点需按其它需求补齐。至于其它两个距离的chart图的“0”视场不可绘制mark点以免aa机台主动校准中心偏移时发生抓框干扰。因此，aa机台依赖此mark点进行镜头的光学中心与芯片的成像中心校准。
78.s6-3：选择近焦和远焦的中间距离的中心视场和周边视场进行主动校准tilt。校准tilt是模组组装的一大重点。选择远焦和近焦的中间距离(成像聚焦面的均值位置对应的物距即aa距离)的中心视场和周边视场进行主动校准tilt(x和y方向)，此时不校准ffl(z轴方向)。当镜头mtf曲线在合适频率下(多为1/2频、1/4频)呈倒“u”型则找到最佳mtf值时的x、y值即主动校准tilt结束；当镜头mtf曲线在合适频率下(多为1/2频、1/4频)呈近“一”型，人为设定一个tilt值输入使得镜头平面与芯片平面平行即可(x、y值可由芯片的四点高度计算得出)。
79.s6-4：设定对应近焦和远焦的距离的解析阈值进行主动校准ffl。校准ffl是模组组装的另一大重点。遵循客户对医疗模组的要求如确定的近焦距离和确定的远焦距离需成像清晰，对应近焦远焦距离绘制好对应的chart图mark点和确定对应解析阈值。此时成像，只校准ffl(z轴方向)，不校准tilt(x和y方向)，找到一个折中ffl位置使得远近焦均可达到阈值(按远近焦解析随ffl变化曲线设定远近焦权重)。
80.s6-5：分别进行画胶、uv照射、mtf值check的步骤。此处的步骤与传统手机镜头模组组装方式相同。
81.s7：对主动校准后的镜头模组4进行检查。对aa组装完成后的具体模组按照相应要求进行质检。
82.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术得出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。