[发明专利]激光测距传感器系统光学适配器和方法

说明书

相关申请的交叉引用和优先权要求

本申请要求2006年5月2日提交的美国临时专利申请No.60/746,260的 优先权，在此以引证的方式并入其全部内容。

技术领域

实施方式涉及使用基于视频的检查系统和坐标测量机的光学计量，以及 在生产和质量控制中对形式、尺寸和位置进行测量的多传感器坐标计量的领 域。在US专利第6,518,996号中描述了这种视频检查系统的示例，在此以引 证的方式并入该公开的内容。该’996专利申请公开了包括具有成像光学装置 的紧凑型Y-Z-X测量轴系统和安装在垂直的Z平移轴上的摄像机的视频检查 装置。这个垂直成像系统可以采用在X-Y工作台上方设有共享物镜，物镜后 有变焦光学系统，变焦光学系统后有CCD摄像机的方式。在一些系统中，可 以用激光测距传感器系统来共享物镜，以提供对于由摄像机所观看的同一物 体的通过镜头(Through the Lens，TTL)激光测距测量能力。因此，更具体地， 实施方式涉及与光学计量系统一起使用的TTL激光测距传感器系统。

背景技术

可以采用通过镜头的激光测距传感器系统的两个实例包括基于美国专利 第4,595,829号所包含的原理的三角激光测距传感器和美国专利第5,953,137 号中所教导的锥光偏振全息传感器，在这里以引证的方式并入上述公开的内 容。TTL三角测距传感器产品是由Rochester，NY的Quality Vision International， Inc.，公司所生产的，用于该公司的检查和测量系统及其附属设备。通常，在该 TTL三角传感器中，通过物镜的入射光瞳的一半将激光引导到物体或表面。 这里，由于光是从激光测距传感器入射的，所以我们所指的是物镜的“入射” 光瞳。如将在下面所见到的，同样的光瞳还可以用作“出射”光瞳。一旦光 到达物体或者表面，光被反射并散射，并且由于光瞳变为返回到用于检测的 激光测距传感器的散射光和反射光的出射光瞳，散射光和反射光通过物镜之 前的入射光瞳的另一半传递回来。在诸如位于以色列耶路撒冷的Optimet或 Optical Metrolo gy，Ltd公司所销售的锥光偏振传感器产品中，在检测过程中使 用通过现在作为出射光瞳的整个物镜而传递回来的光。由于存在TTL传感器 使用物镜孔径及其相关的光瞳的不同方式，我们涉及激光测距传感器光学系 统出射光瞳对物镜入射光瞳进行填充的需要。针对在这里所陈述和定义的， 物镜入射光瞳是如通过从激光测距传感器入射的光所“看到”的物镜孔径光 阑的图像。由于光束应当填充光瞳的程度取决于所使用的特定的TTL传感器， 激光测距传感器辐射光束的直径或经反射和散射的返回光束的直径都不必代 表光瞳的确切直径。还应该注意，并不是所有的TTL传感器系统都对它们所 使用的辐射进行准直。

由于光从激光测距传感器入射，通常将TTL激光探头设计为适用于特定 的物镜入射光瞳尺寸。在图1中示出了使用TTL激光探头设备110的典型的 检查和/或测量系统100。该测量系统100通常包括经由分束器106等向系统 100提供照明辐射的照射光源105。探头系统110向光学系统120发射激光束 111，该光学系统120可以包括分束器121、变焦镜头系统122、和将辐射聚 焦在待检查的物体或表面124的物镜123。测量系统还可以包括将从待检查的 物体或表面124反射的光聚焦在传感器130上的图像传感器镜头125。传感器 130可以是CCD摄像机140的传感器。

如图1所示，直径为d的光束111优选地与TTL激光探头110的出射光 瞳尺寸相等，并且优选地被设计为填充直径D的物镜入射光瞳，其中为了最 优的性能，必须由来自探头的辐射和返回的反射光和散射光来适当地填充物 镜入射光瞳。对于填充入射光瞳的性能灵敏程度取决于所使用的特定激光探 头。如果要使用具有从激光测距传感器入射的不同的入射光瞳的不同物镜， 则激光传感器将以低于其最优性能的方式来工作，特别是在高度测量灵敏度、 范围、分辨率和准确度方面。为了实现针对给定物镜的最优性能，应该将激 光测距传感器进行重新设计，以与物镜的新直径和所得到的新入射光瞳尺寸 匹配。当每次从激光测距传感器入射的物镜入射光瞳发生变化时对激光探头 进行重新设计是昂贵和麻烦的。因此存在对于可以适用于多于一个物镜光瞳 尺寸的更灵活的TTL激光探头的需求。

发明内容