用于联合检测物体的颜色和距离的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于联合检测物体的颜色和距离的装置和方法。

背景技术：

1、用于识别物体的颜色或距离的装置和方法在原理上是已知的。尤其是，当确定颜色时，还需要知道物体的距离，因为所确定的颜色值根据物体的距离而改变，从而颜色分辨率也会改变。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是公开一种用于联合检测物体的颜色和距离的改进装置和改进方法。

2、该目的首先通过一种装置来实现，该装置包括：发射单元；接收单元；以及评估单元。在这个方面，发射单元包括：发光元件，其构造为发射预定波长范围内的光；以及发射光学器件，其构造为将发射的光引导至物体。接收单元包括：第一接收元件；第二接收元件，其与第一接收元件间隔开设置；以及接收光学器件，其构造为接收由物体回射的光并将其引导至第一接收元件和第二接收元件。评估单元构造为评估由第一接收元件接收的光并确定物体的距离，以及评估由第二接收元件接收的光并确定物体的颜色。

3、在这个方面，发光元件构造为发射预定波长范围内的光(尤其是可见光范围内的光)。在这个方面，发光元件尤其构造为发射色彩宽带光，即所谓的白光。

4、发射光学器件将发射的光引导至要识别颜色的物体。一个或多个透镜和/或一个或多个反射镜可以用于该目的。

5、光被物体回射且通过接收光学器件引导至第一接收元件和第二接收元件，该接收光学器件同样可以具有一个或多个透镜和/或一个或多个反射镜。在这个方面，第一接收元件构造为返回距离信息，并且例如构造为线传感器。可替代地，第一接收元件还可以构造为飞行时间传感器。第二接收元件构造为返回颜色信息，并且例如构造为颜色传感器。第二接收元件尤其构造为例如通过所谓的ccd(电荷耦合器件)传感器来检测由物体回射的光中的不同颜色分量。

6、然后，评估单元评估从第一接收元件和第二接收元件接收到的信息，并因此确定距离和颜色。

7、在这个方面，单个发光元件尤其用来发射用于距离检测和颜色检测的光。由此使该装置实现了非常紧凑且有利的设计。

8、根据该装置的一个实施方式，发光元件具有第一光源、第二光源以及第三光源，这些光源彼此间隔开且构造为发射在三个不同的预定波长范围内的光，其中发射单元进一步具有叠加光学器件，该叠加光学器件构造为叠加由这三个光源发射的光并将其引导至公共光束轴。

9、第一光源、第二光源和第三光源尤其构造为半导体光源(尤其是发光二极管)。在这个方面，第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围尤其位于可见光的光谱中。这三个波长范围尤其是在红色、绿色和蓝色范围内。在这个方面，这三个波长范围不同，但可以部分重叠。这尤其是以上进一步描述的实施方式的可替代实施方式，其中发光元件包括单个光源，该光源构造为发射色彩宽带光(所谓的白光)。

10、在该实施方式中，第一光源、第二光源和第三光源尤其可以相继被触发，从而从三个波长范围产生特定的发射模式。在这种情况下，第二接收元件可以构造为使得其可以尤其仅确定回射光的强度，并且评估单元基于该强度尤其在考虑发射模式的情况下确定物体的颜色。

11、该实施方式可以很好地识别颜色。

12、根据该装置的一个实施方式，叠加光学器件包括反射体，该反射体具有多个反射面，这些反射面设置和构造为叠加由三个光源发射的光并将其引导至公共光束轴。

13、例如在ep 3 770 567 b1中描述了叠加光学器件的这种实施方式。

14、根据该装置的一个可替代实施方式，叠加光学器件具有两个分色镜，这些分色镜设置和构造为叠加由三个光源发射的光并将其引导至公共光束轴。

15、叠加光学器件的这个实施方式也可以被称为分束器阶梯。

16、根据该装置的另一可替代的实施方式，叠加光学器件包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜以及第四棱镜，这些棱镜彼此相邻设置，使得这些棱镜一同形成了长方体形状，其中棱镜之间的接触表面二向色涂覆。

17、尤其是，根据该实施方式，尤其在从棱镜下面的三角形的其中一条边延伸的相应表面处将第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜粘结和/或胶合在一起。

18、这三个可替代实施方式可以很好地叠加由三个光源发射的光。

19、根据该装置的一个实施方式，该装置进一步包括分段柔性基座元件，第一光源、第二光源和第三光源设置在该基座元件处，其中该基座元件设置在叠加光学器件周围，使得每个光源分别设置在叠加光学器件的三个相邻侧面之一处。

20、由于该实施方式，可以非常简单地组装第一光源、第二光源和第三光源。

21、根据该装置的一个实施方式，基座元件具有第一定位元件、第二定位元件以及第三定位元件，这些定位元件将第一光源、第二光源和第三光源紧固在距叠加光学器件的三个相邻侧面的预定距离处。第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件尤其是在宽度、长度和高度上(即在空间中的x、y和z上)相对于叠加光学器件的三个相邻侧面分别紧固第一光源、第二光源和第三光源。

22、可选地，第一光源、第二光源和第三光源具有光圈，其中预定距离尤其是直接接触，进一步尤其是相应光圈与叠加光学器件的相应侧面的无间隙接触。可替代地或附加地，可以在定位元件和相应的侧面之间设置相应的光圈。

23、该实施方式确保了光源相对于叠加光学器件非常精确的定位。

24、根据该装置的一个实施方式，基座元件进一步具有第四定位元件，并且其中第一定位元件、第二定位元件、第三定位元件和第四定位元件将叠加光学器件紧固到四个相邻的侧面。

25、该实施方式可以非常可靠地紧固叠加光学器件。

26、根据该装置的一个实施方式，第四定位元件具有光圈，该光圈构造为在空间上限制由叠加光学器件叠加的光。

27、该实施方式可以设置物体上光点的大小和形状。

28、根据该装置的一个实施方式，第四定位元件在距第四侧面预定距离处紧固光圈。第四定位元件尤其在宽度、长度和高度上(即在空间中的x、y和z上)相对于叠加光学器件的第四侧面紧固光圈。

29、预定距离尤其是直接接触，进一步尤其是无间隙接触。

30、该实施方式可以实现非常精确的叠加。

31、根据该装置的一个实施方式，第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件均包括上保持元件和下保持元件，该上保持元件和下保持元件构造为将叠加光学器件紧固到上表面和下表面。借助于这些保持元件，尤其可以确保第一光源、第二光源和第三光源相对于叠加光学器件和/或相应的光圈定位。

32、该实施方式确保了可以非常可靠地紧固叠加光学器件。

33、根据该装置的一个实施方式，评估单元构造为基于所确定的物体距离来校正所确定的颜色。

34、为此，定期(例如以1khz)确定与物体的距离，由此可以高频率地补偿颜色值。尤其基于存储在评估单元中的函数来校正所确定的颜色，该函数在每种颜色的产生期间单独存储且与第二接收元件相匹配。评估单元例如基于线传感器上的光点位置通过三角测量来确定物体的距离，并据此确定针对由第二接收元件确定的颜色的补偿或校正因子。该校正因子相应地乘以第二接收元件的信号，以补偿测量信号高度上的物体距离。

35、当第二接收元件在不同距离处检测颜色时，检测到的测量信号可以以几个量级变化。由于色差的可分辨性主要取决于检测到的测量信号的差异，所以色差的可分辨性也随着不同的物体距离而变化。为了在整个工作区域内保持尽可能最佳的颜色分辨率，根据测量信号的高度且因此还根据物体的距离来动态设置第二接收元件的测量信号的电增益。因此，对于较大的距离和较低的信号高度，提高电增益，而对于较小的距离和较强的信号，降低电增益。

36、根据所设置的电增益和所确定的距离校正因子来调整在评估单元中设置的且可用于应用的颜色分辨率。因此，可以根据应用条件来对其进行调整。

37、该实施方式可以非常精确地确定颜色。

38、根据本发明的一个实施方式，接收光学器件一体成形。在这种情况下，一体成形是指由连续材料制成，并且还可以称为整体成形。

39、该实施方式可以使该装置实现非常紧凑的设计。

40、最初提到的目的还通过一种用于联合检测物体的颜色和距离的方法来实现。

41、在这个方面，该方法包括：发射预定波长范围内的光；将发射的光引导至物体；接收由物体回射的光；将回射的光引导至第一接收元件和第二接收元件；评估由第一接收元件接收的光，以确定物体的距离；以及评估由第二接收元件接收的光，以确定物体的颜色。

42、至于用于联合检测物体的颜色和距离的方法的实施方式和优点，可以参考用于联合检测物体的颜色和距离的装置的实施方式和优点。

43、根据本发明，同样提供了一种用于紧固叠加光学器件的装置。该装置包括：分段柔性基座元件；以及第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件，这些定位元件设置在柔性基座元件处；其中分段柔性基座元件是可弯曲的，使得第一定位元件可以与第二定位元件接合，并且第二定位元件可以与第三定位元件接合，从而可以形成叠加光学器件可以设置在其中的中空空间。该装置还包括第四定位元件，该第四定位元件可以与第一定位元件和第三定位元件接合，从而将叠加光学器件紧固至该装置。

44、至于用于紧固叠加光学器件的装置的实施方式和优点，可以参考用于联合检测物体的颜色和距离的装置的实施方式和优点。

45、根据本发明，还提供了一种用于紧固叠加光学器件的方法。在这个方面，该方法包括以下步骤：提供用于紧固叠加光学器件的装置，该装置包括分段柔性基座元件以及设置在其上的第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件；弯曲分段柔性基座元件；使第一定位元件与第二定位元件接合；使第二定位元件与第三定位元件接合；将叠加光学器件设置在由第一定位元件、第二定位元件和第三定位元件接合而形成的中空空间内；使第四定位元件与第一定位元件和第三定位元件接合；从而紧固叠加光学器件。

46、至于用于紧固叠加光学器件的方法的实施方式和优点，可以参考用于紧固叠加光学器件的装置的实施方式和优点。