立式反射扫描装置的制作方法

[0001]
本发明属于扫描成像技术领域，特别是一种立式反射扫描装置。


背景技术：

[0002]
随着科学技术的提高，扫描成像系统在人们工作和生活中的应用日益广泛，例如教育和办公。目前，本领域技术人员大多采用平面镜和摄像头组成的扫描成像系统对底部平面(例如：桌面)上的文件、标签等物品进行垂直拍摄和扫描，其中摄像头与底部平面一般约呈90
°
直角，因此需要平面镜对拍摄物进行光线偏折投射入摄像头中。
[0003]
本发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
[0004]
现有技术中平面镜反射成像范围受自身尺寸影响较大，且对平面物体成像会产生较大的梯形畸变，导致成像质量比较差，为了改善成像质量，虽然可以使用较复杂的算法对图像和文字进行识别，即使这样仍旧无法有效的保证成像质量。


技术实现要素：

[0005]
本发明提供了一种立式反射扫描装置，解决了现有技术存在的使用平面镜进行反射，成像质量较差的技术问题。
[0006]
本发明实施例至少提供了如下技术方案：
[0007]
本发明实施例提供的立式反射扫描装置，包括反射部、折射部以及图像采集部，其中：
[0008]
所述反射部和/或所述折射部的主光轴与底部平面之间的夹角为 75
°-
110
°
；
[0009]
所述反射部设置有自由曲面，所述自由曲面与底部平面上的被拍摄物位置相对，所述被拍摄物的影像光束经过所述自由曲面反射后进入所述折射部，经过折射后进入所述图像采集部并在所述图像采集部上成像；
[0010]
所述被拍摄物的影像光束在所述自由曲面的作用下能在所述反射部和所述折射部之间或在所述折射部接收所述光束的表面进行第一次成像，所述折射部能将第一次成像折射并成像至少一次后折射至图像采集部再一次成像。
[0011]
优选或可选地，所述反射部为内凹的反射镜，自由曲面设置在反射镜的内侧，所述折射部为包括至少两个折射镜的折射镜组。
[0012]
优选或可选地，所述图像采集部(传感器)为ccd或cmos传感器。
[0013]
优选或可选地，所述立式反射扫描装置还包括外壳，所述反射部、所述折射部以及所述图像采集部均通过所述外壳固定连接在一起。
[0014]
优选或可选地，所述反射部与所述折射部的主光轴重合。
[0015]
优选或可选地，所述反射部、所述折射部的主光轴与底部平面之间的夹角为85
°-
95
°
,所述底部平面上的所述被拍摄物的影像光束相对于所述主光轴的偏移量为110％-125％。
[0016]
优选或可选地，所述折射部包括至少两片非球面透镜。
[0017]
优选或可选地，所述折射部位于所述反射部的下方，所述图像采集部位于所述折射部的下方。
[0018]
优选或可选地，所述折射部包括5个透镜，该5个透镜竖向截面的形状从上往下依次为：矩形的形状、中部上端下端均为外凸曲面左右两端为矩形的形状、上端为小内凹曲面下端为大内凹曲面的形状、上端为平面下端为外凸曲面的形状、上端为内凹曲面下端为外凸曲面的形状。
[0019]
优选或可选地，所述自由曲面的形状满足如下方程：
[0020][0021]
方程中：x,y,z为光线与自由曲面表面交点的截距坐标；
[0022][0023]
k为曲面的圆锥系数，其数值为0；
[0024]
c为镜片曲率，r为曲率半径，满足公式c＝1/r；
[0025]
r为满足10<r<90条件的某一数值；优选为r＝26.63
[0026][0027]
ai为多项式系数，其存在44个数值，i为44个数值的顺序号，44 个数值a1、a2、a3...a43、a44依次可以为：
[0028]
0、0、-9.99e-03、0、-5.82e-03、0、1.37e-02、0、1.40e-03、1.84e-03、 0、3.17e-03、0、-6.43e-04、0、-6.57e-03、0、9.33e-04、0、-1.37e-05、 0、0、-3.91e-03、0、8.45e-04、0、9.76e-05、0、1.21e-03、0、-1.06e-03、 0、2.59e-04、0、2.24e-05、4.18e-04、0、6.18e-05、0、-9.09e-05、 0、2.38e-05、0、1.42e-06；
[0029]
上述数值中，a1＝0，a2＝0，a3＝-9.99e-03，依次类推，a44＝1.42e-06 (科学计数法)；
[0030]
ei(x,y)其存在44个算式，i为44个算式的顺序号，44个算式e1 (x,y)、e2(x,y)、e3(x,y)...e43(x,y)、e44(x,y)依次为：
[0031]
x1y0、x0y1、x2y0、x1y1、x0y2、x3y0、x2y1、x1y2、x0y3、x4y0、 x3y1、x2y2、x1y3、x0y4、x5y0、x4y1、x3y2、x2y3、x1y4、x0y5、x6y0、 x5y1、x4y2、x3y3、x2y4、x1y5、x0y6、x7y0、x6y1、x5y2、x4y3、x3y4、 x2y5、x1y6、x0y7、x8y0、x7y1、x6y2、x5y3、x4y4、x3y5、x2y6、x1y7、x0y8,其中x、y为底数，其后的数字为x、y各自的指数。
[0032]
e1(x,y)＝x1y0，即x的一次方乘以y的0次方，e2(x,y)＝x0y1；依次类推，e44(x,y)＝x0y8，即x的0次方乘以y的8次方。
[0033]
上述任一技术方案至少可以产生如下的技术效果：
[0034]
由于本发明中反射部与折射部相结合，反射部的存在实现了短焦大尺寸的扫描成像，反射部设置有自由曲面，自由曲面能够缩短光程，实现短焦扫描成像的同时，能够对大视场像差进行校正，提高解像能力，折射部可以继续对像差进行校正，从而保证成像质量，优选方案中折射部中具有至少两片非球面透镜，具有较佳的像差校正能力，由此更为彻底
地解决了现有技术存在的使用平面镜进行反射，成像质量较差的技术问题。
附图说明
[0035]
图1为本发明立式反射扫描装置的结构示意图；
[0036]
图2为本发明立式反射扫描装置的整体光路示意图；
[0037]
图3为图2的局部放大示意图；
[0038]
图4为本发明立式反射扫描装置与现有技术畸变校正能力的对比示意图。
[0039]
图中，100、反射部；101、主光轴；102、自由曲面；200、折射部； 300、图像采集部；400、被拍摄物的影像光束；500、底部平面。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图图1-图4对本发明进行具体描述。
[0041]
如图1-图4所示，本发明实施例提供的立式反射扫描装置，包括反射部100、折射部200以及图像采集部300，其中：
[0042]
反射部100和/或折射部200的主光轴101与底部平面500之间的夹角为75
°-
110
°
；
[0043]
反射部100设置有自由曲面102，自由曲面102与底部平面500上的被拍摄物位置相对，被拍摄物的影像光束400经过自由曲面102反射后进入折射部200，经过折射后进入图像采集部300并在图像采集部300上成像；被拍摄物的影像光束在自由曲面的作用下能在反射部和折射部之间或在折射部接收光束的表面进行第一次成像，折射部能将第一次成像折射并成像至少一次后折射至图像采集部再一次成像。
[0044]
由于本发明中反射部100与折射部200相结合，反射部100实现了短焦大尺寸的扫描成像，反射部100设置有自由曲面102，自由曲面102 能够缩短光程，实现短焦扫描成像的同时，能够对大视场像差进行校正，提高解像能力，折射部200可以进一步进行相差校正，从而保证了成像质量，优选方案中折射部200中具有至少两片非球面透镜，具有较佳的像差校正能力。
[0045]
作为可选地实施方式，反射部100为内凹的反射镜，自由曲面102 设置在反射镜的内侧，折射部200为包括至少两个折射镜的折射镜组。
[0046]
该结构具有方便制造且能够缩短光程，实现短焦扫描成像的优点。折射镜的数目越多，校正的能力越强。
[0047]
作为可选地实施方式，图像传感器为ccd(英文全称：charge coupleddevice，中文翻译为：电荷耦合器件图像传感器)或cmos传感器。ccd 传感器具有成像质量好，体积小、重量轻以及功耗小的优点。cmos传感器具有集成度高、功耗小、速度快、成本低的优点。
[0048]
作为可选地实施方式，立式反射扫描装置还包括外壳，反射部100、折射部200以及图像采集部300均通过外壳固定连接在一起。外壳一方面具有保护作用，另一方面外壳也方便了整个装置的运输和安装。
[0049]
作为可选地实施方式，反射部100、折射部200的主光轴101重合。该结构的设置不仅结构紧凑，而且方便了反射部100、折射部200参数的设置。
[0050]
作为可选地实施方式，反射部100、折射部200的主光轴101与底部平面500之间的夹角为85
°-
95
°
，该夹角的范围具有可以根据实际适当增大或减小，一般在90
°
左右即可,底
x0y8,其中x、y为底数，其后的数字为x、y各自的指数；
[0067]
e1(x,y)＝x1y0，即x的一次方乘以y的0次方，e2(x,y)＝x0y1；依次类推，e44(x,y)＝x0y8，即x的0次方乘以y的8次方。
[0068]
自由曲面以及折射镜组可以采用zemax的光学产品设计与仿真软件 opticstudio进行设计。
[0069]
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。