激光位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种激光位移传感器，包括激光器、成像物镜以及感光元件，激光器用于射出激光束，由成像物镜接收并出射的光入射到感光元件，在对成像物镜和感光元件进行调制传递函数MTF解析时，解析结果满足以下条件：在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下，MTFS＞MTFT；在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下，MTFT＞MTFS；其中，MTFS为弧矢方向上的MTF值，MTFT为子午方向上的MTF值。本发明专利技术能够降低物镜的设计难度，节省制造和维护成本，另外还有助于提高测量的准确度，能够更好地应对使用中因为振动或机械变形等随带来的不良影响。

【技术实现步骤摘要】
激光位移传感器
本专利技术涉及光学测量领域，并且特别地，涉及一种激光位移传感器。
技术介绍
光学传感器是依据光学原理进行测量的仪器，这类传感器有许多优点，例如，能够实现非接触和非破坏性测量、测量几乎不受干扰、能够实现高速传输以及可遥测、遥控、可实时处理等优点。光学传感器包括很多类型，其中，以激光三角法为基本原理的激光位移传感器是一种利用激光为光源、将CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)传感器作为接收器的精密测量仪器。这种传感器能够在非接触的情况下精确测量被测物体的位置、位移等变化，并且能够被应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。在以激光三角法为基本原理的激光位移传感器中，相对于成像物镜，物面和像面都成倾斜状态，即物面与像面都与成像物镜光轴成一定的夹角。在传统激光位移传感器中，光学系统设计都兼顾成像物镜子午方向(T方向)和弧矢方向(S方向)两个方向的成像质量。由于需要兼顾两个方向的成像质量，所以这种需求的存在会增加激光位移传感器的成像物镜设计难度，提高制造和维护成本。不仅如此，随着激光位移传感器的使用，很可能会因为振动、机械变形等原因，使得激光器发出的光斑无法准确投射到传感器上，导致系统信噪比降低，影响测量的准确性，甚至可能出现完全无法进行测量的问题。公开号为CN105138193A的中国专利技术专利申请公开一种用于光学触摸屏的摄像模组及其镜头，具体而言，该专利申请采用拉高成像物镜T方向的MTF值、压低S方向的调质传递函数(MTF)值，来提高光学触摸屏装置的灵敏性能。因此，该专利对于如何提高光学触摸屏的灵敏性能，提出了解决方案。但是，激光位移传感器不同于光学触摸屏，随着激光位移传感器的使用，很可能会因为振动、机械变形等原因，使得激光器发出的光斑无法正确投向传感器，进而导致无法进行准确检测、甚至完全无法进行测量的问题。而对于激光位移传感器所面临的设计难度高、易受振动和机械变形影响的问题，上述专利无能为力。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种激光位移传感器，能够在不影响测量精度的情况下，降低成像物镜的设计难度，同时让测量系统能够更有效地应对振动、机械变形等不良影响。根据本专利技术，提供了一种激光位移传感器。根据本专利技术的激光位移传感器包括激光器、成像物镜以及感光元件，激光器用于射出激光束，由成像物镜接收并出射的光入射到感光元件。其中，在对成像物镜和感光元件进行调制传递函数MTF解析时，解析结果满足以下条件：在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下，MTFS＞MTFT；在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下，MTFT＞MTFS；其中，MTFS为弧矢方向上的MTF值，MTFT为子午方向上的MTF值。进一步地，在进行解析时，空间频率为62.5lp/mm，如果多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向，则MTFS＞MTFT×10；如果多个感光单元的主要排列方向为子午方向，则MTFT＞MTFS×10。可选地，空间频率为62.5lp/mm，如果多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向，则MTFS≥0.5，MTFT＜0.05；如果多个感光单元的主要排列方向为子午方向，则MTFT≥0.5，MTFS＜0.05。此外，在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子弧矢向的情况下，成像物镜本身的MTFS＞MTFT、或者在感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下，成像物镜本身的MTFT＞MTFS，使得解析结果满足条件；和/或在成像物镜前和/或在成像物镜后加入能够引入像散的光学元器件，并且配合微调所述成像物镜与所述感光元件之间的相对距离使得解析结果满足条件。此外，根据本专利技术的激光位移传感器可以进一步包括：反光元件，反光元件设置在成像物镜的出射光路上，成像物镜的出射光经反光元件反射后，入射到感光元件。此外，根据本专利技术的激光位移传感器可以进一步包括：带通滤光片，设置于成像物镜的入射光路上。此外，根据本专利技术的激光位移传感器可以进一步包括：聚焦透镜，设置于激光器的出射光路上。可选地，上述感光元件为线阵感光元件，线阵感光元件的多个感光单元沿直线排列，该直线的延伸方向为多个感光单元的主要排列方向。上述也可以是感光元件为面阵感光元件，面阵感光元件包括以矩形排列的多个感光单元，面阵感光元件的长边延伸方向为多个感光单元的主要排列方向。此外，上述成像物镜可以为单一镜片，且成像物镜的物侧面和像侧面皆为非球面；或者，成像物镜为多个透镜组成的透镜组。本专利技术通能够实现以下有益效果：(1)本专利技术提出的激光位移传感器的成像物镜和感光元件的调制传递函数(MTF)解析结果满足MTFS＞MTFT或MTFT＞MTFS，能够利用像散，让呈现在感光元件上的光斑在水平方向(即，弧矢方向，S方向)变窄，而在竖直方向(即，子午方向，T方向)变长(或者让光斑在水平方向(即，弧矢方向，S方向)变宽，而在竖直方向(即，子午方向，T方向)变窄)，有助于更加容易地确定光斑在水平方向上的中心位置，从而提高测量的准确度；由于激光位移传感器中感光元件的多个感光单元的阵列排布形状为矩形或线形，将矩形长边或直线的延伸方向上的MTF降低，也不会影响测量精度；不仅如此，由于在MTF值被拉高的方向上光斑变窄，而在MTF值被降低的方向上光斑变宽，所以光斑与像元之间的接触面积增大，使得光斑更加容易地被感光元件所接收，能够更好地应对使用中因为振动或机械变形等随带来的不良影响；此外，由于本专利技术提出的激光位移传感器所采用的成像物镜无需兼顾水平方向和竖直方向的MTF值，所以能够降低物镜的设计难度，节省制造和维护成本；(2)通过将空间频率为62.5lp/mm时的MTF解析结果保持在MTFS＞MTFT×10或MTFT＞MTFS×10，尤其是让解析结果满足：MTFS≥0.5且MTFT＜0.05、或者MTFT≥0.5且MTFS＜0.05，能够让光斑在感光元件的感光单元的主要排列方向上的延伸更加明显，进一步降低成像物镜的设计难度、以及制造和维护成本；(3)对于弧矢方向和子午方向MTF值差距不大的成像物镜，通过在成像物镜前和/或在成像物镜后加入能够引入像散的光学元器件(如平板玻璃等)，配合微调成像物镜与所述感光元件之间的相对距离来使得成像物镜和感光元件所组成整体的MTF值满足上述要求，能够很容易地让光斑被拉长，更加容易被感光元件所接收；(4)通过将反光元件设置在成像物镜与感光元件之间，能够减小激光位移传感器的设备体积，便于激光位移传感器的使用和安装；(5)通过采用线阵感光元件，能够降低激光位移传感器的成本；另外，由于线阵感光元件的多个感光单元沿着直线排列，所以在该直线的延伸方向上的MTF值拉高而将与该直线垂直方向上的MTF值降低，并不会影响测量精度，还能够让光斑更加容易地被线阵感光元件所接收；(6)通过采用带通滤光片，能够滤除或降低杂散光，避免激光位移传感器收到干扰，保证测量的准确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光位移传感器，包括激光器、成像物镜以及感光元件，所述激光器用于射出激光束，由所述成像物镜接收并出射的光入射到所述感光元件，其特征在于，在对所述成像物镜和所述感光元件进行调制传递函数MTF解析时，解析结果满足以下条件：在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下，MTFS＞MTFT；在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下，MTFT＞MTFS；其中，MTFS为弧矢方向上的MTF值，MTFT为子午方向上的MTF值。

【技术特征摘要】
1.一种激光位移传感器，包括激光器、成像物镜以及感光元件，所述激光器用于射出激光束，由所述成像物镜接收并出射的光入射到所述感光元件，其特征在于，在对所述成像物镜和所述感光元件进行调制传递函数MTF解析时，解析结果满足以下条件：在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下，MTFS＞MTFT；在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的情况下，MTFT＞MTFS；其中，MTFS为弧矢方向上的MTF值，MTFT为子午方向上的MTF值。2.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，在进行解析时，空间频率为62.5lp/mm，如果所述多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向，则MTFS＞MTFT×10；如果所述多个感光单元的主要排列方向为子午方向，则MTFT＞MTFS×10。3.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，在进行解析时，空间频率为62.5lp/mm，如果所述多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向，则MTFS≥0.5，MTFT＜0.05；如果所述多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向，则MTFT≥0.5，MTFS＜0.05。4.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为弧矢方向的情况下，所述成像物镜本身的MTFS＞MTFT；或者，在所述感光元件的多个感光单元的主要排列方向为子午方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，谭波，
申请(专利权)人：宁波舜宇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33