目视觉传感器工作过程如下:被测目标I的图像通过主半反半透镜2、滤光片3和成像透镜4后清晰成像到成像器件5上，再通过成像电路6处理可以获得被测目标I的二维数字图像。与此同时，由激光器7发出的激光束经过副半反半透镜8和主半反半透镜2两次反射后投射到被测目标I的表面，反射光束再次经过主半反半透镜2和副半反半透镜8后投射到光电器件9上，再经过测距电路10处理后可以获得视觉传感器与被测目标I的距离值。得到的二维数字图像信号和距离信号通过接口电11路输出。
[0026]本发明的成像器件5可以采用常规的各种图像传感器，例如CXD或CMOS器件。
[0027]本发明的成像镜组4可以采用常规的各种成像镜组，包括标准焦距镜组、广角镜组、远摄镜组等。为了保证成像质量，要求成像镜组的镜片镀有增透膜，透射率不低于95%。
[0028]本发明的激光器7与常规的激光测距传感器所不同的是，该激光器为半导体非可见光(红外或紫外等)激光器，发射非可见激光束(红外激光或紫外激光等)，例如可以采用780nm、830nm、905nm等波长的半导体激光器。因此，本发明的视觉传感器的测距功能对原有视觉传感器功能没有任何影响。
[0029]本发明的主半反半透镜2的特殊之处在于:透射率应该大于反射率，以便保证成像质量。本发明的主半反半透镜2的透射与反射比例应不低于60:40，以70:30为佳。
[0030]本发明的主半反半透镜2的尺寸可以大些，并与成像镜组4的通光孔径相同，以便保证成像质量。
[0031]本发明的副半反半透镜8的特殊之处在于:反射率应该大于透射率，以便保证成像质量。本发明的副半反半透镜8的透射与反射比例应不超过40:60，以30:70为佳。
[0032]本发明的副半反半透镜8的尺寸可以小些，在保证激光束通过的前提下，可节约成本、减小空间占用。但是副半反半透镜8的最小尺寸应该保证反射激光束能够顺利通过而不被阻隔。例如，假设激光器发出的光束与理想光轴存在一定偏差为土 lOmrad，视觉传感器与被测目标之间的里为500mm，则副半反半透镜的直径最小为2*500*tan (1mrad) =10mm。
[0033]本发明的滤光片3的特殊之处在于:本发明的滤光片3是一种带阻型滤光片，其中心波长就是激光器7所发出光束的波长，其带宽应该能够涵盖激光器7波长变动在内的一个较窄范围。该滤光片的作用主要是滤除从被测目标表面反射回来的激光束，减小激光束对成像质量的影响。例如，假设激光器7的中心波长为905nm，波动范围为±10nm，则滤光片3的带阻范围应为890nm?925nm为宜。
[0034]本发明的光电器件9采用速度快、体积小的光电传感器，光电器件9的光谱与激光器的光谱相吻合，是一种红外光电器件。例如采用红外光电二极管、红外光电三极管等器件。
[0035]本发明的成像电路6、测距电路10和接口电路11可以采用常规嵌入式电路，例如采用FPGA、DSP、CPLD等器件构成。
[0036]本发明提出另一种纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，主要包括:成像器件5、成像镜组4、成像电路6、主半反半透镜2、滤光3片、反光镜13、激光器7、副半反半透镜8、光电器件9、测距电路10、接口电路11和外壳12。成像器件5布置在成像镜组4后方的焦平面上；主半反半透镜2和滤光片3与成像镜组4同轴，滤光片2置于主半反半透镜3后方；反光镜13置于主半反半透镜2的一侧，光电器件9位于成像器件5旁侧，其光轴与成像镜组4的光轴平行；副半反半透镜8的光轴与光电器件9的光轴同轴；激光器7的光轴与光电器件9的光轴垂直；成像电路6、测距电路10和接口电路11置于外壳12内适合位置。
[0037]本发明的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器工作过程如下:被测目标I的图像通过主半反半透镜2、滤光片3和成像透镜4后清晰成像到成像器件5上，再通过成像电路6处理可以获得被测目标的二维数字图像。与此同时，由激光器7发出的激光束分别经过副半反半透镜8、反射镜13和主半反半透镜2三次反射后投射到被测目标I的表面，反射光束再次经过主半反半透镜2、反射镜13和副半反半透镜8后投射到光电器件9，再经过测距电路10处理后可以获得视觉传感器与被测目标I的距离值。得到的二维数字图像信号和距离信号通过接口电路11输出。
[0038]与前述的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器相比，本发明的纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器的主要区别在于:增加了反光镜13，将纵向结构视觉传感器的测距有关器件旋转90度，与成像有关器件平行布置，从而达到缩小可横向尺寸，增大了纵向尺寸。这种纵向结构的视觉传感器适合于空间狭小的场合使用。
[0039]本发明的有益效果是，与现有的常规视觉传感器相比，本发明的视觉绝传感器在获得被测目标二维图像的同时，可以获得视觉传感器与被测目标之间的距离值，从而可以构成三维视觉传感器。而且测距系统的光轴与成像系统的光轴重合，符合绝大多数测量场合需求，方便实际应用。
【主权项】
1.一种横向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，其特征在于:该视觉传感器主要包括:成像器件、成像镜组、成像电路、主半反半透镜、滤光片、激光器、副半反半透镜、光电器件、测距电路、接口电路和外壳。
2.根据权利要求1所述的视觉传感器，其特征是:成像器件布置在成像镜组后方的焦平面上；主半反半透镜和滤光片与成像镜组同轴，滤光片置于主半反半透镜后方；激光器置于主半反半透镜的一侧，激光器的光轴与成像镜组的光轴垂直；副半反半透镜的光轴与激光器光轴同轴；光电器件位于激光器光轴一侧，光电器件的光轴与激光器的光轴垂直；成像电路、测距电路和接口电路置于外壳内适合位置。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征是:所述的激光器为半导体非可见光(红外或紫外等)激光器，发射非可见激光束(红外激光或紫外激光等)，实现测距功能。
4.根据权利要求1所述的主半反半透镜，其特征是:所述的主半反半透镜的透射率应该大于反射率，透射与反射比例应不低于60:40。
5.根据权利要求1所述的副半反半透镜，其特征是:所述的副半反半透镜的透射率应该小于反射率，透射与反射比例应不超过40:60。
6.根据权利要求1所述的滤光片，其特征是:所述的滤光片是一种带阻型滤光片，其中心波长就是激光器所发出光束的波长，其带宽应该能够涵盖激光器波长变动在内的一个较窄范围。
7.一种纵向结构的具有同轴测距功能的单目视觉传感器，其特征是:所述的视觉传感器主要包括:成像器件、成像镜组、成像电路、主半反半透镜、滤光片、反光镜、激光器、副半反半透镜、光电器件、测距电路、接口电路和外壳。
8.根据权利要求7所述的视觉传感器，其特征是:成像器件布置在成像镜组后方的焦平面上；主半反半透镜和滤光片与成像镜组同轴，滤光片置于主半反半透镜后方；反光镜置于主半反半透镜的一侧，光电器件位于成像器件旁侧，其光轴与成像镜组的光轴平行；副半反半透镜的光轴与光电器件的光轴同轴；激光器的光轴与光电器件的光轴垂直；成像电路、测距电路和接口电路置于外壳内适合位置。
【专利摘要】本发明提出一种具有同轴测距功能的视觉传感器。包括：成像器件、成像镜组、成像电路、主半反半透镜、滤光片、激光器、副半反半透镜、光电器件、测距电路、接口电路和外壳。成像器件布置在成像镜组后方的焦平面上；主半反半透镜和滤光片与成像镜组同轴，滤光片置于主半反半透镜后方；激光器置于主半反半透镜的一侧，激光器的光轴与成像镜组的光轴垂直；副半反半透镜的光轴与激光器光轴同轴；光电器件位于激光器光轴一侧，光电器件的光轴与激光器的光轴垂直；成像电路、测距电路和接口电路置于外壳内适合位置。本发明的视觉绝传感器在获得被测目标二维图像的同时，可以获得视觉传感器与被测目标之间的距离值，从而可以构成三维视觉传感器。
【IPC分类】G01C3-00, H04N5-225
【公开号】CN104748721
【申请号】CN201510124021
【发明人】不公告发明人
【申请人】上海砺晟光电技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月22日