立式棱镜扫描装置的制作方法

1.本实用新型属于扫描成像技术领域，特别是一种立式棱镜扫描装置。


背景技术：

2.目前垂直扫描系统都是用平面镜和摄像头对底部平面上的文件、标签等物品进行拍摄和扫描，其中显示器上自带的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。
3.本发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
4.现有技术中平面镜对平面物体成的像会产生较大的梯形畸变，后续虽然可以使用较复杂的算法对图像和文字进行识别、校正，但是校正能力有限，仍旧无法有效地克服现有技术存在的成像校正能力弱，导致成像质量较差的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种立式棱镜扫描装置，解决了现有技术存在的成像畸变校正能力弱，成像质量较差的技术问题。
6.本实用新型实施例至少提供了如下技术方案：
7.本实用新型实施例提供的立式棱镜扫描装置，包括自由曲面棱镜、安装部、摄像部以及图像采集部，其中：
8.所述自由曲面棱镜的表面存在平面和至少两个自由曲面，所述自由曲面棱镜通过所述安装部安装在所述摄像部的周围；
9.底部平面上被拍摄物的影像光束能经过所述自由曲面棱镜一自由曲面的折射、平面的反射、另一自由曲面的折射后投射入所述摄像部并经过所述摄像部后在所述图像采集部的采光面上成像；
10.所述图像采集部能依据其采光面上接收的光束采集所述被拍摄物的影像数据并传输给显示器显示出被拍摄物的影像；
11.所述底部平面与所述显示器之间的夹角为80
°‑
100
°
。
12.优选或可选地，所述自由曲面棱镜的表面存在三个面，三个面分别为入射面、反射面和出射面，入射面和出射面均为自由曲面，反射面为平面，反射面设置有反射膜。
13.优选或可选地，所述安装部形成所述自由曲面棱镜的外壳，且所述安装部与所述显示器顶部相连接。
14.优选或可选地，所述安装部与所述显示器的外壳之间通过滑槽、卡扣或者夹持的方式固定连接。
15.优选或可选地，所述自由曲面棱镜通过卡扣或粘结的方式与所述安装部固定连接。
16.优选或可选地，所述图像采集部为ccd或cmos传感器。
17.优选或可选地，所述摄像部为摄像头，其包括光阑以及透镜组，所述光阑上存在透
光孔，光束经过所述透光孔后照射至所述透镜组上，并经过所述透镜组折射到所述图像采集部。
18.优选或可选地，所述图像采集部的采光面与所述底部平面之间的夹角为80
°‑
100
°
。
19.优选或可选地，所述显示器为平板显示器，且其与所述底部平面之间的夹角为85
°‑
95
°
。
20.优选或可选地，所述自由曲面的形状满足如下方程：
21.其中：
22.x,y,z代表光线与自由曲面表面交点的截距坐标；
[0023][0024]
k为曲面的圆锥系数，其数值为0；
[0025]
c为镜片曲率,r为曲率半径，满足公式c＝1/r；
[0026]
入射面10<r<90，优选为50.02，
[0027]
出射面
‑
90<r<
‑
10，优选为
‑
55.426；
[0028][0029]
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，对于入射面，依次为：
[0030]
0、0、0、0、0、0、0、1.24e
‑
05、0、6.17e
‑
06、8.40e
‑
07、0、4.09e
‑
07、 0、1.96e
‑
08、0、3.76e
‑
07、0、
‑
4.41e
‑
07、0、
‑
5.12e
‑
08、1.61e
‑
07、 0、7.27e
‑
08、0、1.30e
‑
07、0、1.76e
‑
08、0、5.76e
‑
08、0、
‑
5.58e
‑
08、 0、
‑
2.91e
‑
08、0、
‑
4.63e
‑
09、2.29e
‑
08、0、
‑
3.58e
‑
09、0、1.84e
‑
08、 0、6.14e
‑
09、0、1.17e
‑
09；
[0031]
44个数值a1、a2、a3...a43、a44，对于出射面，依次为：
[0032]
0、0、0、0、0、0、0、
‑
2.87e
‑
04、0、
‑
1.98e
‑
04、
‑
5.61e
‑
04、0、
‑
4.26e
‑
04、0、1.10e
‑
05、0、8.71e
‑
04、0、8.24e
‑
04、0.00e+00、6.20e
‑
04、 9.16e
‑
04、0、1.00e
‑
03、0、7.38e
‑
04、0、
‑
5.48e
‑
06、0、
‑
6.07e
‑
04、 0、
‑
1.07e
‑
03、0、
‑
3.60e
‑
04、0、
‑
6.86e
‑
04、
‑
5.30e
‑
04、0、
‑
8.91e
‑
04、 0、
‑
9.48e
‑
04、0、
‑
3.23e
‑
04、0、
‑
3.17e
‑
04；
[0033]
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：
[0034]
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。
[0035]
对于入射面而言，x＝0.0000000000e+00,y＝
‑
6.0639123873e+01 z＝0.0000000000e+00；
[0036]
对于出射面而言，x＝0.0000000000e+00,y＝5.4038300374e
‑
01；z＝
ꢀ‑
2.6477135881e
‑
03。
[0037]
上述任一技术方案至少可以产生如下的技术效果：
[0038]
由于本实用新型中自由曲面棱镜相对于平面反射镜自由度更多，消除像差以及缩小光学系统的结构单元效果更为理想，故而当使用自由曲面棱镜时，可以获得良好的成像畸变校正能力，进而提高成像质量，所以解决了现有技术存在的成像畸变校正能力弱，成像质量较差的技术问题。
附图说明
[0039]
图1为本实用新型实施例提供的立式棱镜扫描装置的结构图；
[0040]
图2为本实用新型实施例提供的立式棱镜扫描装置的光路图；
[0041]
图3为本实用新型实施例提供的立式棱镜扫描装置与平面反射镜式垂直扫描系统的畸变校正能力对比图；
[0042]
图中，100、显示器；101、图像采集部；110、显示器面板；120、摄像部；121、底部平面；122、光阑；200、扫描装置的棱镜部分；210、安装部；220、自由曲面棱镜；221、入射面；222、反射面；223、出射面；3、光束。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图1
‑
图3对本实用新型进行具体描述，如图1
‑
图3所示，本实用新型实施例提供的立式棱镜扫描装置，包括自由曲面棱镜220、安装部210、摄像部120以及图像采集部101，其中：
[0044]
自由曲面棱镜220的表面为存在平面和至少两个自由曲面，自由曲面棱镜220通过安装部210安装在摄像部120的周围；
[0045]
底部平面121上被拍摄物的影像光束3能经过自由曲面棱镜220一自由曲面的折射、平面的反射、另一自由曲面的折射后投射入摄像部120 并经过摄像部120后在图像采集部101的采光面上成像；
[0046]
图像采集部101能依据其采光面上接收的光束3采集被拍摄物的影像数据并传输给显示器100显示出被拍摄物的影像；
[0047]
底部平面121与显示器100之间的夹角为80
°‑
100
°
。
[0048]
由于本实用新型中自由曲面棱镜220相对于平面反射镜自由度更多，针对消除像差以及缩小光学系统的结构单元效果更为理想，故而当使用自由曲面棱镜220时，可以获得良好的成像畸变校正能力，进而提高成像质量。
[0049]
作为可选地实施方式，自由曲面棱镜220的表面存在三个面，入射面和出射面均为自由曲面，反射面为平面，三个面分别为入射面221、反射面222和出射面223，反射面设置有反射膜。入射面及出射面均为自由曲面时均可以对光束3进行校正，从而获得高质量的成像。入射面221 和/或出射面223还可以设置增透膜。
[0050]
作为可选地实施方式，安装部210形成自由曲面棱镜220的外壳，且其与显示器100顶部相连接。安装部210起到了固定自由曲面棱镜220 位置的作用。
[0051]
作为可选地实施方式，安装部210与显示器100的外壳之间通过滑槽、卡扣或者夹持的方式固定连接。上述固定连接的方式均为可拆卸连接的方式，方便了安装部210以及自
由曲面棱镜220的拆装和维修。
[0052]
作为可选地实施方式，自由曲面棱镜220通过卡扣或粘结的方式与安装部210固定连接。卡扣为一种可拆卸连接方式，方便了自由曲面棱镜220的拆装和维修。粘接具有连接操作简单，连接力强的优点。
[0053]
作为可选地实施方式，图像采集部101为ccd(英文全称：chargecoupled device，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。
[0054]
作为可选地实施方式，摄像部120为摄像头，该摄像头的像素可以在1200万左右，摄像头包括光阑以及透镜组，光阑上存在透光孔，光束3经过透光孔后照射至透镜组上，并经过透镜组折射到图像采集部101。光阑让光线更为集中，透镜组利用折射作用使得影像清晰的显示在图像采集部101的采光面上。
[0055]
作为可选地实施方式，图像采集部101的采光面与底部平面121之间的夹角为80
°‑
100
°
。此角度下，图像采集部101的采光面与显示器 100接近平行，有利于使得产品的结构更为紧凑。
[0056]
作为可选地实施方式，显示器100为平板显示器，且其与底部平面 121之间的夹角为85
°‑
95
°
。此角度范围有利于用户通过显示器100查看显示器100显示的内容。
[0057]
作为可选地实施方式，自由曲面的形状满足如下方程：
[0058][0059]
x,y,z为光线与自由曲面表面交点的截距坐标；
[0060][0061]
k为曲面的圆锥系数，其数值为0；
[0062]
c为镜片曲率,r为曲率半径，满足公式c＝1/r；
[0063]
入射面10<r<90，优选为入射面r＝50.2，
[0064]
出射面
‑
90<r<
‑
10，优选为出射面r＝
‑
55.426；
[0065][0066]
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，对于入射面，依次为：
[0067]
0、0、0、0、0、0、0、1.24e
‑
05、0、6.17e
‑
06、8.40e
‑
07、0、4.09e
‑
07、 0、1.96e
‑
08、0、3.76e
‑
07、0、
‑
4.41e
‑
07、0、
‑
5.12e
‑
08、1.61e
‑
07、 0、7.27e
‑
08、0、1.30e
‑
07、0、1.76e
‑
08、0、5.76e
‑
08、0、
‑
5.58e
‑
08、 0、
‑
2.91e
‑
08、0、
‑
4.63e
‑
09、2.29e
‑
08、0、
‑
3.58e
‑
09、0、1.84e
‑
08、 0、6.14e
‑
09、0、1.17e
‑
09；
[0068]
44个数值a1、a2、a3...a43、a44，对于出射面，依次为：
[0069]
0、0、0、0、0、0、0、
‑
2.87e
‑
04、0、
‑
1.98e
‑
04、
‑
5.61e
‑
04、0、
ꢀ‑
4.26e
‑
04、0、1.10e
‑
05、0、8.71e
‑
04、0、8.24e
‑
04、0.00e+00、6.20e
‑
04、 9.16e
‑
04、0、1.00e
‑
03、0、7.38e
‑
04、0、
‑
5.48e
‑
06、0、
‑
6.07e
‑
04、 0、
‑
1.07e
‑
03、0、
‑
3.60e
‑
04、0、
‑
6.86e
‑
04、
‑
5.30e
‑
04、0、
‑
8.91e
‑
04、 0、
‑
9.48e
‑
04、0、
‑
3.23e
‑
04、0、
‑
3.17e
‑
04；
[0070]
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)；
[0071]
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：
[0072]
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；
[0073]
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。
[0074]
对于入射面而言，x＝0.0000000000e+00,y＝
‑
6.0639123873e+01 z＝0.0000000000e+00；
[0075]
对于出射面而言，x＝0.0000000000e+00,y＝5.4038300374e
‑
01；z＝
ꢀ‑
2.6477135881e
‑
03。
[0076]
自由曲面可以采用zemax的光学产品设计与仿真软件opticstudio 进行设计。
[0077]
上述技术方案仅体现了本实用新型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实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。