CN208921064U - 一种激光相机及其光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学成像技术领域，提供一种激光相机及其光学成像系统，通过提供一种包括激光器、聚焦元件、扩束元件、反光元件、镜头模组和图像传感器的光学成像系统，使聚焦元件的入射面位于激光器的出光侧，使扩束元件的入射面位于聚焦元件的出光侧，使激光器的光路方向平行于聚焦元件和扩束元件的光轴，使反光元件的反射面位于镜头模组的入光侧，使图像传感器的感光面位于镜头模组的出光侧，使镜头模组的光轴与反光元件的反射面相交且垂直于图像传感器的感光面，可以有效简化光学成像系统的结构，缩小光学成像系统的体积，提高光学成像系统的检测精度，从而缩小了由该光学成像系统构成的激光相机的体积并提高了激光相机的检测精度。

Description

一种激光相机及其光学成像系统

技术领域

本实用新型属于光学成像技术领域，尤其涉及一种激光相机及其光学成像系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，各种激光相机层出不穷，可实现对物体的扫描成像，从而获得物体的轮廓尺寸和形状，还可以用于获取医学影像和实现激光打印。

然而，现有的激光相机中各部件之间的安装距离较远，使得激光相机的体积较大，并且现有的小型激光相机的检测精度不高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种激光相机及其光学成像系统，以解决现有的激光相机中各部件之间的安装距离较远，使得激光相机的体积较大，并且现有的小型激光相机的检测精度不高的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种光学成像系统，其包括激光器、聚焦元件、扩束元件、反光元件、镜头模组和图像传感器；

所述聚焦元件的入射面位于所述激光器的出光侧，所述扩束元件的入射面位于所述聚焦元件的出光侧，所述激光器的光路方向平行于所述聚焦元件和所述扩束元件的光轴，所述反光元件的反射面位于所述镜头模组的入光侧，所述图像传感器的感光面位于所述镜头模组的出光侧，所述镜头模组的光轴与所述反光元件的反射面相交且垂直于所述图像传感器的感光面；

所述激光器发射激光束，所述激光束经所述聚焦元件聚焦至所述扩束元件，聚焦至所述扩束元件的激光束经所述扩束元件扩束为截面是线形的激光束后出射至目标物体，出射至所述目标物体的激光束经所述目标物体漫反射至所述反光元件的反射面，漫反射至所述反光元件的反光面的激光束经所述反光元件反射至所述镜头模组，反射至所述镜头模组的激光束经所述镜头模组成像于所述图像传感器的感光面，所述图像传感器将成像于其感光面的激光束处理为数字图像信号。

在一个实施例中，所述镜头模组的光轴与所述聚焦元件的光轴之间的夹角为15°～45°。

在一个实施例中，所述光学成像系统的最大横截面宽度小于或等于100mm。

在一个实施例中，所述激光器为蓝光激光器或红光激光器。

在一个实施例中，所述激光器的工作波长范围为405nm～488nm或635nm～760nm。

在一个实施例中，所述扩束元件包括第一物镜。

在一个实施例中，所述聚焦元件包括第二物镜。

在一个实施例中，所述反光元件的反射面至所述镜头模组的光心之间的直线距离、所述镜头模组的光心至所述图像传感器的感光面之间的直线距离和所述镜头模组的焦距满足萨姆定律。

在一个实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种激光相机，其包括上述的光学成像系统。

本实用新型实施例通过提供一种包括激光器、聚焦元件、扩束元件、反光元件、镜头模组和图像传感器的光学成像系统，使聚焦元件的入射面位于激光器的出光侧，使扩束元件的入射面位于聚焦元件的出光侧，使激光器的光路方向平行于聚焦元件和扩束元件的光轴，使反光元件的反射面位于镜头模组的入光侧，使图像传感器的感光面位于镜头模组的出光侧，使镜头模组的光轴与反光元件的反射面相交且垂直于图像传感器的感光面，可以有效简化光学成像系统的结构，缩小光学成像系统的体积，提高光学成像系统的检测精度，从而缩小了由该光学成像系统构成的激光相机的体积并提高了激光相机的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的光学成像系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的光学成像系统的成像光路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种光学成像系统，其包括激光器1、聚焦元件2、扩束元件3、反光元件4、镜头模组5和图像传感器6。

在具体应用中，本实施例所提供的光学成像系统可以应用于激光相机、激光位移传感器、激光打印机、激光扫描仪等需要对物体进行成像以获得物体轮廓尺寸和形状的设备。

在一个实施例中，所述光学成像系统应用于激光位移传感器或激光相机。

如图1或2所示，在本实施例中，聚焦元件2的入射面位于激光器1的出光侧，扩束元件3的入射面位于聚焦元件2的出光侧，激光器1的光路方向平行于聚焦元件2和扩束元件3的光轴，反光元件4的出射面位于镜头模组5的入光侧，图像传感器6的感光面位于镜头模组5的出光侧，镜头模组5的光轴与反光元件4的反射面相交且垂直于图像传感器6的感光面。

图1示例性的示出了光学成像系统中各光学器件之间的相对位置关系，其中，虚线方向表示各器件的光轴方向。两条虚线的交汇处为激光器发射的激光束被目标物体反射回图像传感器的反射点位置。

本实施例所提供的光学成像系统的工作原理如下：

激光器1发射激光束，激光束经聚焦元件2聚焦至扩束元件3，聚焦至扩束元件3的激光束经扩束元件3扩束为截面是线形的激光束后出射至目标物体7，出射至目标物体7的激光束经目标物体漫反射至反光元件4的反射面，漫反射至反光元件4的反光面的激光束经反光元件4反射至镜头模组5，反射至镜头模组5的激光束经镜头模组5成像于图像传感器6的感光面，图像传感器6将成像于其感光面的激光束处理为数字图像信号。

图2示例性的示出了光学成像系统的成像光路图。其中，截面是直线形的激光束出射至目标物体后，与目标物体的相交线为图2中的线段8，该线段8的具体线型与目标物体的表面轮廓形状相关，若目标物体的表面的平面，则线段8为直线段(如图2所示的线段8即为直线段)，若目标物体的表面为曲面，则线段8为曲线段。图2中带箭头的直线表示激光束的光线。

在一个实施例中，所述镜头模组的光轴与所述截面是线形的激光束所在平面之间的夹角为15°～45°。

如图1或2示例性的示出了镜头模组的光轴与截面是线形的激光束所在平面之间的夹角θ。

在具体应用中，夹角θ可以根据实际需要设置为0°～90°之间的任意角度，由于大部分目标物体的表面都是较为平整的，垂直入射至目标物体表面的激光光束通常都是以一个较小的角度反射或者直接垂直反射，因此，应当将夹角θ设置为一个较小的角度，同时为了预留聚焦元件、镜头模组和图像传感器的设置位置又能够保证光学成像系统的最大横截面宽度较小，可以将夹角θ设置为30°或趋近于30°，例如15°～45°。

在一个实施例中，所述光学成像系统的最大横截面宽度小于或等于100mm。

在具体应用中，也可以根据实际需要将光学成像系统的最大横截面宽度设置为任意大小或者趋近于100mm，具体由各光学器件的性能参数和尺寸决定。

如图1所示，示例性的示出了光学成像系统的最大横截面宽度为激光器与图像传感器的最大距离D。

在具体应用中，激光器可以根据实际需要选择任意的可发射用于进行激光成像的激光光束的激光器，为了便于应用于小型激光成像器件，可以选择固体激光器或半导体激光器。例如，采用半导体激光二极管作为泵浦源的蓝光激光器或红光激光器。

在一个实施例中，所述激光器的工作波长范围为405nm～488nm或635nm～760nm。

在具体应用中，波长范围为405nm～488nm的光为蓝光，波长范围为635nm～760nm的光为红光。

在一个实施例中，所述激光器为工作波长为405nm的蓝光激光器或波长为655nm的红光激光器。

在一个实施例中，所述激光器的激光发射功率为2W(瓦特)。

在具体应用中，扩束元件可以选用任意的具备光线发散功能以实现扩束的光学器件，例如，凹透镜或物镜。在利用物镜作为扩束元件时，使入射激光束由物镜具备光线会聚功能的一侧入射并由具备光线发散功能的一侧出射。

在一个实施例中，所述扩束元件包括第一物镜。

在具体应用中，聚焦元件可以选用任意的具备光线会聚功能以实现聚焦的光学器件，例如，凸透镜或物镜。在利用物镜作为扩束元件时，使入射激光束由物镜具备光线发散功能的一侧入射并由具备光线会聚功能的一侧出射。

在一个实施例中，所述聚焦元件包括第二物镜。

在具体应用中，反光元件可以需用任意具备光线反射功能的器件，例如，平面反射镜、凹面反射镜、反射式滤光镜等；其中，反射式滤光镜用于吸收波长不在需用的波长范围内的杂散光(例如环境中的自然光)、反射需用的波长范围内的激光束。

在一个本实施例中，所述反光元件的反射面至所述镜头模组的光心之间的直线距离u、所述镜头模组的光心至所述图像传感器的感光面之间的直线距离v和所述镜头模组的焦距f满足萨姆定律，即1/u+1/v＝1/f。

在一个实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器。

本实用新型实施例还提供一种激光相机，其包括上述的光学成像系统。

在一个实施例中，基于所述光学成像系统实现的激光相机的采样时间间隔为5ms(毫秒)～25ms，线性度为±0.1％F.S.。

本实用新型通过提供一种包括激光器、扩束元件、聚焦元件、镜头模组和图像传感器的光学成像系统，使扩束元件的入射面位于激光器的出光侧，使激光器的光路方向平行于扩束元件的光轴，使聚焦元件的出射面位于镜头模组的入光侧，使图像传感器的感光面位于镜头模组的出光侧，使聚焦元件的光轴与镜头模组的光轴重合且垂直于图像传感器的感光面，可以有效简化光学成像系统的结构，缩小光学成像系统的体积，提高光学成像系统的检测精度，从而缩小了由该光学成像系统构成的激光相机的体积并提高了激光相机的检测精度。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括激光器、聚焦元件、扩束元件、反光元件、镜头模组和图像传感器；

所述聚焦元件的入射面位于所述激光器的出光侧，所述扩束元件的入射面位于所述聚焦元件的出光侧，所述激光器的光路方向平行于所述聚焦元件和所述扩束元件的光轴，所述反光元件的反射面位于所述镜头模组的入光侧，所述图像传感器的感光面位于所述镜头模组的出光侧，所述镜头模组的光轴与所述反光元件的反射面相交且垂直于所述图像传感器的感光面；

所述激光器发射激光束，所述激光束经所述聚焦元件聚焦至所述扩束元件，聚焦至所述扩束元件的激光束经所述扩束元件扩束为截面是线形的激光束后出射至目标物体，出射至所述目标物体的激光束经所述目标物体漫反射至所述反光元件的反射面，漫反射至所述反光元件的反光面的激光束经所述反光元件反射至所述镜头模组，反射至所述镜头模组的激光束经所述镜头模组成像于所述图像传感器的感光面，所述图像传感器将成像于其感光面的激光束处理为数字图像信号。

2.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述镜头模组的光轴与所述聚焦元件的光轴之间的夹角为15°～45°。

3.如权利要求1或2所述的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统的最大横截面宽度小于或等于100mm。

4.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述激光器为蓝光激光器或红光激光器。

5.如权利要求1或4所述的光学成像系统，其特征在于，所述激光器的工作波长范围为405nm～488nm或635nm～760nm。

6.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述扩束元件包括第一物镜。

7.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述聚焦元件包括第二物镜。

8.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述反光元件的反射面至所述镜头模组的光心之间的直线距离、所述镜头模组的光心至所述图像传感器的感光面之间的直线距离和所述镜头模组的焦距满足萨姆定律。

9.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器。

10.一种激光相机，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的光学成像系统。