取像模组及双目立体视觉设备的制作方法

本实用新型涉及双目立体视觉领域，特别是涉及一种取像模组及双目立体视觉设备。

背景技术：

在双目立体视觉设备中，利用光学系统从不同的位置获取被测物体的两幅图像，并通过计算图像对应点间的位置偏差，从而获取被测物体的三维几何信息。但是，在目前的双目立体视觉设备中，为了获取被测物体的两幅图像，通常需要配置两组光学系统进行取像，导致双目立体视觉设备体积较大，难以满足小型化设计的需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前双目立体视觉设备体积较大，难以满足小型化设计的需求的问题，提供一种取像模组及双目立体视觉设备。

一种取像模组，用于对被测物体进行三维成像，所述取像模组包括：

成像元件，包括第一成像面和第二成像面，所述第一成像面与所述第二成像面间隔设置于所述成像元件的一表面上；

第一透镜，具有屈折力，所述第一透镜用于接收从所述被测物体其中一部分反射的光线并使光线于所述第一成像面成像；以及

第二透镜，具有屈折力，所述第二透镜用于接收从所述被测物体另一部分反射的光线并使光线于所述第二成像面的表面成像。

在其中一个实施例中，所述成像元件具有一对称轴，所述第一成像面及所述第二成像面的几何中心关于所述对称轴呈轴对称分布，所述第一透镜及所述第二透镜的几何中心关于所述对称轴呈轴对称分布。

在其中一个实施例中，所述第一透镜及所述第二透镜的焦距相等。

在其中一个实施例中，所述第一透镜及所述第二透镜由一母透镜分割形成，所述母透镜的结构为镜面对称结构，且所述母透镜的对称平面为所述母透镜分割形成所述第一透镜及所述第二透镜的分割面。

在其中一个实施例中，所述第一透镜及所述第二透镜为两个大小相等，形状相同的凸透镜，所述第一透镜及所述第二透镜的外表面均包括弧面和平面，所述第一透镜及所述第二透镜的弧面均背离所述成像元件设置。

在其中一个实施例中，所述成像元件为感光元件，所述感光元件具有感光面，所述感光面上形成有两个成像区域，其中一个成像区域形成所述第一成像面，另一个成像区域形成所述第二成像面。

在其中一个实施例中，所述成像元件包括电路板和感光元件，所述感光元件设置有两个，所述感光元件的感光面背离所述电路板，且其中一个所述感光元件的感光面形成所述第一成像面，另一个所述感光元件的感光面形成所述第二成像面。

在其中一个实施例中，所述第一透镜及所述第二透镜能够沿垂直于所述第一成像面的方向朝向靠近或远离所述成像元件的方向同步移动。

在其中一个实施例中，所述成像元件为电荷耦合元件或互补性金属氧化物半导体元件。

一种双目立体视觉设备，包括壳体以及上述任一实施例所述的取像模组，所述取像模组安装于所述壳体上

上述取像模组，通过在所述成像元件上设置两个成像面，从被测物体两个不同部分反射的光线分别透过所述第一透镜及所述第二透镜后于所述第一成像面及所述第二成像面成像。由此，不需要单独设置两组光学系统，仅通过两个透镜和一个成像元件即可对所述被测物体的两个不同部分分别成像，满足双目立体视觉的成像需求，进而减小双目立体视觉设备的体积，满足小型化设计的需求。

附图说明

图1为本申请一种实施例中取像模组及被测物体的示意图；

图2为本申请另一种实施例中取像模组及被测物体的光路示意图；

图3为本申请一种实施例中定位结构的示意图；

图4为本申请一种实施例中镜头组件及成像元件的示意图。

其中，100、取像模组；110、成像元件；111、第一成像面；112、第二成像面；113、对称轴；114、电路板；115、感光元件；120、第一透镜；130、第二透镜；140、被测物体；200、定位结构；210、镜筒；220、侧壁；221、容纳腔；222、定位部；223、第一定位面；224、第二定位面；225、第一台阶部；226、第二台阶部；227、第一定位壁；228、第二定位壁；229、卡位部；230、隔圈；231、第三台阶部；232、第四台阶部；233、卡位槽；240、压圈；300、镜头组件。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1和图2，一种取像模组100，用于对被测物体140的两部分分别进行成像，即从不同的位置获取被测物体140的两幅图像，进而配合双目立体视觉的分析模块(图未示出)，获取被测物体140的三维几何信息。具体地，取像模组100包括成像元件110、具有屈折力的第一透镜120以及具有屈折力的第二透镜130。第一透镜120及第二透镜130用于偏折从被测物体140上反射的光线，使从被测物体140上反射的光线到达成像元件110的表面成像。而成像元件110包括第一成像面111和第二成像面112，成像元件110能够接收光线在第一成像面111和第二成像面112所成的图像。被测物体140的其中一部分反射的光线经第一透镜120后到达第一成像面111成像，被测物体140的另一部分反射的光线经第二透镜130后到达第二成像面112成像，以此实现在成像元件110上获取被测物体140的两幅图像。

上述取像模组100，通过在成像元件110上设置两个成像面，从被测物体140两个不同部分反射的光线分别透过第一透镜120及第二透镜130后于第一成像面111及第二成像面112成像。由此，不需要单独设置两组光学系统，仅通过两个透镜和一个成像元件110即可对被测物体140的两个不同部分分别成像，满足双目立体视觉的成像需求，进而减小双目立体视觉设备的体积，满足小型化设计的需求。

进一步地，一并参考图2所示，在一些实施例中，成像元件110具有一对称轴113，第一成像面111及第二成像面112的几何中心关于对称轴113呈轴对称分布，第一透镜120及第二透镜130的几何中心关于对称轴113呈轴对称分布，且对称轴113与成像元件110朝向第一透镜120的表面的交点为图2中的o点。需要注意的是，对称轴113是为方便描述而引出的虚拟直线，并非真实存在。

并且，将被测物体140分为ab以及bc两个部分，其中，图2中的b点可视为对称轴113与被测物体140朝向第一透镜120的表面的交点，而从图2中的a点、b点以及c点引出的虚线即可视为物体位于a点、b点或c点的部分的表面反射的光线，且虚线与a点、b点及c点的对应关系已于图2中给出。在一些实施例中，被测物体140的ab部分反射的光线经第一透镜120的偏折后到达第一成像面111成像，且ab部分所成图像为图2中的a'b'，而bc部分反射的光线经第二透镜130的偏转后到达第二成像面112成像，且bc部分所成图像为b”c”，此时ab部分与bc部分分别于第一成像面111及第二成像面112上成倒像。

需要注意的是，图2中被测物体140朝向第一透镜120的表面仅为一些实施例中被测物体140表面的示意。在另一些实施例中，被测物体140呈现不规则形状，此时，被测物体140朝向第一透镜120的表面可倾斜于对称轴113，将被测物体140朝向第一透镜120的表面视为图2中的ab部分或bc部分，从倾斜于对称轴113的表面反射的光线透过第一透镜120或第二透镜130后于成像元件110上成像。另外，由于第一透镜120接收到的ab部分反射的光线的入射角与第二透镜130接收到的bc部分反射的光线的入射角不同，则可视为第一透镜120及第二透镜130分别于不同的视角对被测物体140的两部分进行成像。

可以理解的是，当被测物体140的ab部分经第一透镜120的偏折后能够会聚于第一成像面111上成清晰图像，且bc部分经第二透镜130的偏折后能够会聚于第二成像面112上成清晰图像时，即从不同的位置获取的被测物体140的两幅图像足够清晰，此时根据两幅图像获取的被测物体140的三维几何信息精度较高。因而，在一些实施例中，第一透镜120与第二透镜130的焦距相等。由此，经第一透镜120与第二透镜130的光线能够在同一平面上成清晰图像。进一步地，为使经第一透镜120与第二透镜130的光线于第一成像面111及第二成像面112上成清晰图像，在一些实施例中，第一透镜120及第二透镜130能够沿垂直于第一成像面111的方向朝向靠近或远离成像元件110的方向同步移动。由此，在对被测物体140成像时，能够根据被测物体140的位置同步移动第一透镜120及第二透镜130，使被测物体140位于b点处的部分反射的部分光线透过第一透镜120后到达第一成像面111靠近第二成像面112的一端，即到达图2中的b'处，而被测物体140位于b点处的部分反射的另一部分光线透过第二透镜130后到达第二成像面112靠近第一成像面111的一端，即到达图2中的b”处。并且，在一些实施例中，图2中的b'点为a'o线段的中点，而b”点为oc”线段的中点。如此，能够保证被测物体140的两部分分别透过第一透镜120及第二透镜130后于第一成像面111及第二成像面112上均成清晰图像，保证三维几何信息获取的精度。

另外，为保证第一透镜120及第二透镜130的焦距相等，以保证透过第一透镜120及第二透镜130的光线能够于同一平面上成清晰图像，在一些实施例中，第一透镜120及第二透镜130由一母透镜分割为两部分形成。且母透镜的结构为镜面对称结构，母透镜关于一对称平面成镜面对称分布，母透镜的对称平面即为母透镜分割形成第一透镜120及第二透镜130的分割面。沿母透镜的对称平面将母透镜分割，所形成的第一透镜120及第二透镜130的通光部分的表面曲率半径相等，以此能够保证第一透镜120及第二透镜130的焦距相等。

具体地，参考图1所示，在一些实施例中，母透镜为一具有镜面对称结构的凸透镜，此时，沿母透镜的对称平面将母透镜分割，所形成的第一透镜120及第二透镜130为两个大小相等，形状相同的凸透镜。并且，第一透镜120及第二透镜130的外表面均包括弧面和平面，在一些实施例中，第一透镜120及第二透镜130的弧面背离成像元件110设置。当然，第一透镜120及第二透镜130的弧面的朝向还能够有不同的设置，而当第一透镜120及第二透镜130的朝向改变时，应当保证第一透镜120及第二透镜130在垂直于第一成像面111的平面上的投影关于对称轴113成轴对称分布。并且，当第一透镜120及第二透镜130的弧面朝向改变时，则光线经第一透镜120及第二透镜130后于成像元件110表面上的位置不同，此时应相应调整第一成像面111及第二成像面112的位置。

可以理解的是，图2中仅示出了其中一些实施例中被测物体140与取像模组100的光线走向，且在图2中，以双向箭头表示第一透镜120及第二透镜130。当第一透镜120及第二透镜130采用其余形状的透镜时，由于第一透镜120及第二透镜130的焦距还可有其他设置，则光线经第一透镜120及第二透镜130后于成像元件110朝向第一透镜120的表面上成清晰图像的位置也不相同。此时，应当根据光线经第一透镜120及第二透镜130后于成像元件110朝向第一透镜120的表面上成清晰图像的位置相应调整第一成像面111及第二成像面112于成像元件110的表面的分布位置，以保证被测物体140两部分反射的光线经第一透镜120及第二透镜130后能够分别于第一成像面111及第二成像面112成清晰图像。

进一步地，在一些实施例中，成像元件110包括电路板114和两个感光元件115，两个感光元件115间隔安装于电路板114的同一表面上，且感光元件115的感光面背离电路板114设置。此时，其中一个感光元件115的感光面形成第一成像面111，而另一个感光元件115的感光面形成第二成像面112。感光元件115能够接收光线于成像面上所成的图像，并将图像信号转换为电信号经电路板114传输给分析模块进行分析处理。并且，在一些实施例中，感光元件115为电荷耦合元件或互补性金属氧化物半导体元件。

当然，成像元件110还能够有其他的设置，只要能够获取被测物体140的两幅图像即可。例如，在另一些实施例中，成像元件110由一个感光元件115构成，成像元件110朝向第一透镜120的表面为感光面，且成像元件110的感光面上形成有两个成像区域，成像元件110能够接收光线于该两个成像区域上所成的图像，此时，其中一个成像区域形成第一成像面111，而另一个成像区域形成第二成像面112。

可以理解的是，第一透镜120至第一成像面111于对称轴113方向上的距离需根据实际成像中被测物体140与取像模组100之间的距离进行调整，使被测物体140反射的光线能够会聚于第一成像面111与第二成像面112上成像，而第一透镜120至第二透镜130在平行于第一成像面111的方向上的距离可根据第一透镜120及第二透镜130的选择设计为一定值，以方便第一透镜120及第二透镜130的组装。

进一步地，上述取像模组100，在对被测物体140的两部分进行成像时，需要确保第一透镜120及第二透镜130之间的相对位置保持不变，以免在成像过程中第一透镜120及第二透镜130之间的相对位置发生改变，导致被测物体140的两部分反射的光线分别经第一透镜120及第二透镜130后的位置发生改变，无法良好的会聚于第一成像面111及第二成像面112上成像，进而影响对被测物体140三维几何信息获取的精度。基于此，参考图3和图4所示，本申请还提供一种定位结构200，用于对第一透镜120及第二透镜130进行固定，以保证成像过程中第一透镜120及第二透镜130之间的相对位置保持不变。

具体地，定位结构200包括镜筒210及隔圈230。镜筒210包括侧壁220以及由侧壁220延伸形成的定位部222，侧壁220围设形成一容纳腔221，在对第一透镜120及第二透镜130进行固定后，第一透镜120、第二透镜130、隔圈230均固定于容纳腔221内。其中，定位部222包括相背设置的第一定位面223和第二定位面224，第一定位面223抵接第一透镜120的其中一侧，第二定位面224抵接第二透镜130的其中一侧。侧壁220与第一定位面223相对的内壁面延伸形成有第一台阶部225，侧壁220与第二定位面224相对的内壁面延伸形成有第二台阶部226。隔圈230位于容纳腔221内，且侧壁220环绕隔圈230设置，隔圈230与第一台阶部225相对的部分延伸形成有第三台阶部231，隔圈230与第二台阶部226相对的部分延伸形成有第四台阶部232。并且，第一台阶部225及第三台阶部231抵接第一透镜120的另一侧的两端，而第二台阶部226及第四台阶部232抵接第二透镜130的另一侧的两端。由此将第一透镜120固定于第一定位面223、第一台阶部225及第三台阶部231共同形成的第一固定空间内，将第二透镜130固定于第二定位面224、第二台阶部226及第四台阶部232共同形成的第二固定空间内。

进一步地，在一些实施例中，第一透镜120及第二透镜130的外表面具有弧面和平面，而定位部222包括相互间隔的第一定位壁227和第二定位壁228。其中，第一定位壁227背离第二定位壁228的表面为第一定位面223，第二定位壁228背离第一定位壁227的表面为第二定位面224。并且，第一定位面223抵接第一透镜120的平面，第二定位面224抵接第二透镜130的平面。由此，第一定位壁227与第一透镜120之间以及第二定位壁228与第二透镜130之间的接触面积更大，定位结构200对第一透镜120及第二透镜130的固定更稳定。

并且，在一些实施例中，侧壁220还延伸形成有位于第一定位壁227及第二定位壁228之间的卡位部229，隔圈230与卡位部229相对的部分开设有卡位槽233，当隔圈230固定于容纳腔221内时，卡位部229至少部分位于卡位槽233内，且卡位部229抵接卡位槽233内相对的两个内侧壁。由此，卡位部229对隔圈230起到限位作用，防止隔圈230在容纳腔221内晃动，进一步保证第一透镜120及第二透镜130定位的稳定性。

当然，在一些实施例中，定位部222也可为一个整体，且定位部222中相背的两平面分别形成第一定位面223和第二定位面224。且在一些实施例中，定位部222由侧壁220的其中一部分延伸形成。而在另一些实施例中，定位部222可形成于侧壁220的内壁面相对的两部分，即此时定位部222的两端分别连接侧壁220的内壁面，由此能够进一步提高定位部222与侧壁220之间连接的稳定性，以更好地固定第一透镜120及第二透镜130。

在一些实施例中，定位结构200还包括压圈240，当隔圈230抵接第一透镜120及第二透镜130将第一透镜120及第二透镜130固定于容纳腔221内时，压圈240位于隔圈230背离第一台阶部225的一侧并抵接隔圈230，且压圈240与镜筒210的侧壁220通过螺纹固定连接，以将隔圈230固定于容纳腔221内。可以理解的是，压圈240与镜筒210进行螺纹连接的部分容易因摩擦而损坏，而隔圈230由于需要开设第三台阶部231及第四台阶部232以固定第一透镜120及第二透镜130，则隔圈230加工较为困难，由此，通过设置压圈240，隔圈230不需要直接与镜筒210的侧壁220固定连接，减小隔圈230的磨损，当压圈240损坏时，仅需要更换压圈240而不需要更换隔圈230，使压圈240和隔圈230的维护成本更低。当然，压圈240还可通过卡扣、螺钉连接等方式与侧壁220固定连接。而在另一些实施例中，也可不设置有压圈240，隔圈230直接与侧壁220固定连接。

参考图3所示，在一些实施例中，侧壁220、隔圈230以及压圈240的结构均为空心圆柱结构，侧壁220的内壁面围设形成容纳腔221。且侧壁220中相间隔的两部分分别延伸形成第一台阶部225及第二台阶部226。当然，在另一些实施例中，第一台阶部225及第二台阶部226相连接，即第一台阶部225及第二台阶部226形成于侧壁220面相连的两部分。并且，第三台阶部231形成于隔圈230上与第一台阶部225相对的部分，而在一些实施例中，第一台阶部225及第三台阶部231于隔圈230的周向上的长度相等。当然，在另一些实施例中，第一台阶部225及第三台阶部231于隔圈230的周向上的长度也可不等，只要保证第一台阶部225及第三台阶部231能够分别抵接第一透镜120另一侧的两端以实现第一透镜120的固定即可。

在一些实施例中，第一透镜120及第二透镜130朝向侧壁220的表面均与侧壁220的内壁面抵接，由此，第一透镜120的四个表面以及第二透镜130的四个表面均能得到固定，使第一透镜120及第二透镜130能够稳定地固定于容纳腔221内。而在另一些实施例中，参考图4所示，第一透镜120与第一台阶部225及第三台阶部231相抵接的表面均倾斜于第一定位面223。由此，当第一台阶部225及第三台阶部231与第一透镜120的两端相抵接时，第一台阶部225及第三台阶部231的表面均倾斜于第一透镜120的表面，即第一台阶部225与第三台阶部231均能够对第一透镜120施加平行于第一定位面223以及垂直于第一定位面223的两个方向上的作用力，以将第一透镜120更稳定地固定于第一固定空间内。可以理解的是，此时，第一透镜120朝向侧壁220的表面不与侧壁220的内壁面相抵接，第一透镜120也能够固定于第一固定空间内。同理，在一些实施例中，第二透镜130与第二台阶部226及第四台阶部232相抵接的表面也均倾斜于第二定位面224。

进一步地，在组装过程中，先将第一透镜120及第二透镜130分别放置于第一固定空间及第二固定空间内，使第一透镜120及第二透镜130分别与第一台阶部225及第二台阶部226抵接。然后将隔圈230放入容纳腔221内，使卡位槽233与卡位部229相对。接着将压圈240放置于隔圈230背离第一透镜120的一侧，并使压圈240朝向隔圈230的位置移动。当压圈240移动至与隔圈230抵接的位置时，会带动隔圈230挤压透镜，当压圈240移动至第三台阶抵接第一透镜120并挤压第一透镜120，使第一透镜120的一侧面与第一定位面223抵接，而第四台阶部232抵接第二透镜130并挤压第二透镜130，使第二透镜130的一侧面与第二定位面224抵接时，即实现将第一透镜120及第二透镜130固定于容纳腔221内。

可以理解的是，上述定位结构200，由于采用同一个镜筒210及同一个隔圈230对第一透镜120及第二透镜130进行固定，则用于固定第一透镜120及第二透镜130的第一台阶部225、第二台阶部226以及定位部222为一固定整体，而第三台阶部231及第四台阶部232也为一固定整体。因此，只需要保证隔圈230与镜筒210之间的固定效果，即能够保证固定后第一透镜120与第二透镜130之间的相对位置保持不变，进而保证三维几何信息获取的精度。

更进一步地，参考图4所示，当第一透镜120及第二透镜130固定于容纳腔221内时，第一透镜120、第二透镜130以及定位结构200能够作为一镜头组件300运用于双目立体视觉设备(图未示出)中。双目立体视觉设备还包括一成像元件110，成像元件110朝向第一透镜120的表面形成有第一成像面111和第二成像面112。具体地，双目立体视觉设备可以为双目立体视觉扫描仪、智能手机、双目立体视觉检测仪等具有双目立体视觉成像功能的设备。并且，双目立体视觉设备还包括分析模组，一并参考图2所示，双目立体视觉设备能够从不同的位置获取被测物体140的两幅图像，并通过分析模组计算图像对应点间的位置偏差，从而获取被测物体140的三维几何信息。其中，被测物体140的其中一部分反射的光线经第一透镜120后到达第一成像面111成像，而被测物体140的另一部分反射的光线经第二透镜130后到达第二成像面112成像。

另外，在一些实施例中，双目立体视觉设备还包括壳体，成像元件110与壳体固定连接，而镜头组件300与壳体之间的相对位置可调，由此，针对不同的被测物体140，能够调整镜头组件300与壳体之间的相对位置，即调整第一透镜120及第二透镜130至第一成像面111在垂直于第一成像面111的方向上的距离，以保证被测物体140不同的两个部分反射的光线经第一透镜120及第二透镜130后能够分别会聚于第一成像面111及第二成像面112成清晰图像。

在双目立体视觉设备中采用上述镜头组件300，不需要单独设置两组光学系统，仅通过两个透镜和一个成像元件110即可对被测物体140的两个不同部分分别成像，满足双目立体视觉的成像需求，由此，双目立体视觉设备的体积较小，满足小型化设计的需求。同时，在双目立体视觉设备中，采用同一个镜筒210及同一个隔圈230对第一透镜120及第二透镜130进行固定，能够保证固定后第一透镜120与第二透镜130之间相对位置保持不变，进而保证双目立体视觉设备获取被测物体140的三维几何信息的精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。