一种内置微动平台的像素位移工业相机的制作方法

1.本实用新型涉及工业相机技术领域，具体涉及一种内置微动平台的像素位移工业相机。


背景技术：

2.图像传感器的自身特性如像元尺寸与数目等限制了传统工业相机成像的分辨率和清晰度。像素位移指连续拍摄多幅图像，这些图像在像素排列的水平或竖直方向上依次存在1/n(n＝2,3,...)个像元大小的位移，通过图像重建算法处理该系列图像，进而获得超越原始极限分辨率图像的技术。像素位移技术突破了图像传感器自身的局限性，图像包含了更多细节信息，成像质量随之提高。
3.现有技术采用微动平台连接工业相机机身与镜头，相机机身固定，微动平台通过控制镜头的微小位移实现多幅图像拍摄，进而实现像素位移的功能。
4.现有技术实现方案中外部微动平台独立成为像素位移系统，没有与工业相机集成，需要外部单独控制，实际场景应用受限。


技术实现要素：

5.本实用新型提出的一种内置微动平台的像素位移工业相机，为一种集成像素位移功能的工业相机，同时在微动平台中具备位移反馈机制，可以保证较高的位移精度与稳定性。
6.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
7.一种内置微动平台的像素位移工业相机，包括相机外部组件、成像组件，还包括控制图像传感器位移的微动平台，微动平台设置在相机内部。
8.进一步地，所述微动平台包括外侧固定部、中央可移动部和柔性铰链；所述中央可移动部通过柔性铰链连接外侧固定部；外侧固定部安装在所述相机外部组件内侧，所述中央可移动部固定连接所述成像组件。
9.进一步地，所述中央可移动部固定连接转接板，所述转接板又通过可传递所述微动平台运动的间隔柱连接所述成像组件。
10.进一步地，所述中央可移动部通过紧固件与所述转接板连接。
11.进一步地，所述中央可移动部与所述成像组件感光面的移动方向平行，所述中央可移动部沿x、y轴向移动；x、y轴向分别为像素排列的水平、竖直方向。
12.进一步地，所述外侧固定部的x、y轴向上分别安装有推动所述中央可移动部沿目标方向运动的位移驱动机构与实时检测所述中央可移动部位移数据的位移反馈机构；所述位移驱动机构与所述位移反馈机构成对设置。
13.进一步地，所述位移驱动机构为压电致动器、电磁式致动器、微动电机中的一种。
14.进一步地，所述位移反馈机构为电容式位移传感器、电感式位移传感器、电阻应变式传感器中的一种。
15.进一步地，所述柔性铰链内侧包裹区域为中央可移动部；所述柔性铰链贯穿微动平台上下表面，沿x、y轴对称设置围成矩形框槽。
16.进一步地，外部组件包括相机前壳体、滤镜和相机后壳体。
17.进一步地，成像组件包括图像传感器，所述图像传感器随所述成像组件安装在所述中央可移动部上。
18.由上述技术方案可知，本实用新型的内置微动平台的像素位移工业相机与现有技术的不同点如下：
19.(1)现有技术像素位移功能实现方式为微动平台控制相机适配镜头位移；本方案则为微动平台控制图像传感器位移，实现方式不同；
20.(2)现有技术的微动平台无位移反馈机制，且模组裸露在外界环境之中；本方案微动平台处于相机内部密闭环境，且增加了位移反馈机制；
21.(3)现有技术是为工业相机提供外部功能模组，不涉及相机内部构造设计改动；本方案将微动平台集成工业相机内部，相机内部设计随之变动，目的为开发一种具备像素位移功能的工业相机。
22.则本实用新型的优点如下：
23.(1)现有技术像素位移功能实现方式为微动平台控制相机镜头位移，在图像传感器像元尺寸固定的情况下，位移量与适配镜头相关，本方案中微动平台驱使图像传感器位移，位移量仅与传感器像元尺寸相关，无须根据镜头型号计算；
24.(2)现有技术的微动平台无位移反馈机制，本方案微动平台增加了位移反馈机制，位移易受控制且精度更高；
25.(3)现有技术像素位移模组裸露在环境之中，本方案微动平台集成于相机内部密闭环境，隔绝外界杂尘、水汽等干扰，性能稳定性、可靠性更高。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例的截面图的结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例的微动平台结构示意图。
28.图中标记：
29.1、相机前壳体；2、滤镜；3、成像组件；4、转接板；401、间隔柱；5、微动平台；501、外侧固定部；502、中央可移动部；503、柔性铰链；504、矩形框槽；505、位移驱动机构；506、传感器安装孔；507、位移反馈机构；6、相机后壳体。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.一种内置微动平台的像素位移工业相机，参见附图1，包括相机成像组件3、外部组件；还包括控制图像传感器位移的微动平台5，微动平台5设置在相机内部。
32.相机成像组件包括图像传感器；相机外部组件包括相机前壳体1、滤镜2和相机后壳体6，相机前壳体1与滤镜2之间安装密封圈，保证外部组件内侧的相机腔体与相机外部空
气隔离，防止外界杂尘、水汽等干扰相机内部元件，提高相机可靠性；相机前壳体1与相机后壳体6之间也安装有密封圈，完成了整个相机的密封体系，密封隔绝了外界杂尘进入，保护内部器件。
33.微动平台5的位移能否准确传递到成像组件3，依赖于成像组件3与微动平台5之间的相对位置精度。
34.如附图1所示，微动平台5下表面与转接板4上表面紧密接触，间隔柱401用以连接转接板4与成像组件3。间隔柱401作用为：(1)运动传递，将转接板4的运动传递到成像组件3；(2)保证成像组件3上表面与转接板4下表面一定平行度。转接板4、间隔柱401、成像组件3具有一定的加工精度，保证成像组件3与微动平台5之间精确的相对位置，准确将微动平台5的位移传递到成像组件3。
35.微动平台5是实现像素位移功能的核心组件。如附图2所示，微动平台5包括外侧固定部501、中央可移动部502和柔性铰链503。
36.外侧固定部501与相机前壳体1固连。中央可移动部502与转接板4通过紧固件连接。柔性铰链503内侧包裹区域为中央可移动部502，用于连接外侧固定部501和中央可移动部502；柔性铰链503贯穿微动平台5表面上下，沿x、y轴对称设置围成矩形框槽504。中央可移动部502与成像组件3的感光面的移动方向平行；中央可移动部502沿x、y轴向移动；x、y轴向分别为像素排列的水平、竖直方向。
37.位移驱动机构505安装在矩形框槽504内，位移驱动机构505两端分别抵在中央可移动部502的外侧和外侧固定部501；位移驱动机构505为压电致动器、电磁式致动器、微动电机中的一种；压电致动器、电磁式致动器利用了某些材料的压电效应或磁致伸缩而制成，在施加激励信号时将会产生形变；微型电机则利用电压信号输出力或位移。
38.位移反馈机构507可以为电容式位移传感器、电感式位移传感器、电阻应变式传感器中的一种；位移反馈机构507安装在微动平台5侧面开设的传感器安装孔506上，以检测中央可移动部502的位移。传感器安装孔506为贯穿外侧固定部501的圆形凹槽；根据位移反馈机构507是否为接触式传感器，位移反馈机构507末端抵在传感器安装孔506内侧的微动平台5上或与微动平台5保持一定距离。
39.综上所述，本实用新型实施例结构具备以下特点：
40.(1)像素位移功能实现方式为微动平台5驱动图像传感器移动目标位移，连续拍摄多幅图像后通过算法合成超分辨率图像；
41.(2)转接板4、间隔柱401将微动平台5与成像组件3相连，保证了微动平台5与成像组件3之间较高的相对位置精度，可以准确将微动平台5的运动传递到成像组件3；
42.(3)微动平台5安装于密闭的相机内部，防止外界杂尘、水汽等干扰，提高可靠性；
43.(4)微动平台5位移反馈机制为安装于传感器安装孔506内的位移反馈机构507实时检测位移数据并以此调节位移驱动机构505的激励信号；
44.(5)相机前壳体1与相机后壳体6之间、相机前壳体1与滤镜2之间均有密封处理，保护微动平台5与光学器件的精度。
45.下面介绍微动平台5的工作过程，当给予位移驱动机构505一激励信号后，其在轴向方向上将会产生一定推力，柔性铰链503在推力的作用下发生变形，该变形促使了中央可移动部502沿着位移驱动机构505的驱动方向位移一定距离，置于传感器安装孔506的位移
反馈机构507实时检测中央可移动部502的位移量，通过算法自动控制位移驱动机构505的激励信号，从而使中央可移动部502的位移量达到期望值。附图2中微动平台5在相互垂直的x、y两个方向上均设置了位移驱动机构505以及对应的位移反馈机构507，因此可以在两个方向上同时实现位移控制。
46.像素位移功能由微动平台5通过转接板4带动成像组件3移动实现。相机内部预设有多种像素位移模式，如1/2像素位移模式下，设单个像元大小为pxp的方形，在坐标(0,0)
→
(p/2,0)
→
(0,p/2)
→
(p/2,p/2)下依次拍摄四幅图像，再通过图像融合算法即可得到分辨率四倍于原图的超分辨率图像。
47.综上，本实施例的内置微动平台5的像素位移工业相机，微动平台5驱使图像传感器位移，位移量仅与传感器像元尺寸相关，无须根据镜头型号计算；同时，微动平台5增加了位移反馈机制，位移易受控制且精度更高；而且微动平台5集成于相机内部密闭环境，隔绝外界杂尘、水汽等干扰，性能稳定性、可靠性更高。
48.以上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。