專利名稱：長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學 系統(tǒng)領域技術，尤其是指一種長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)。
背景技術：
近似無衍射柵型線結構光的橫向光強分布為正弦分布(如圖I所示)，并且在傳輸過程中橫向光強分布以及橫向光斑條紋尺寸近似不變，將其應用于條紋投影相位測量技術可以實現(xiàn)物體三維形貌快速測量，并且在很多相關領域有很好的應用前景，例如機器視覺、生物醫(yī)學、質量控制、逆向工程等，而在條紋投影相位測量技術中用于投影的條紋特性直接影響到測量系統(tǒng)的分辨率、測量精度，成本、體積，系統(tǒng)功耗等。目前產(chǎn)生投影條紋的主要方法LCD/DMD數(shù)字投影儀，衍射光柵，投射光柵等。數(shù)字投影儀產(chǎn)生的投影條紋分辨率較低，且隨測量距離增加光斑條紋發(fā)散較大，衍射光柵或者投射光柵產(chǎn)生條紋的對比度較差，且光柵的加工難度、成本較高。因此，需要研究出一種新的技術方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其有效解決了現(xiàn)有技術產(chǎn)生的投影條紋應用于條紋投影相位測量技術時分辨率較低、對比度較差等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術方案一種長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，包括有光學導軌、在光學導軌上沿光路依次設置的激光器、望遠鏡準直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、柱面透鏡、前置三角棱鏡及后置三角棱鏡，其中，該前置三角棱鏡緊靠柱面透鏡設置，并該后置三角棱鏡與前置三角棱鏡間的距離大于前柱面透鏡的焦距，以及，該后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角。作為一種優(yōu)選方案，所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均為等腰三角棱鏡。作為一種優(yōu)選方案，所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均具有一垂直光路方向設置的入射面，所述前置三角棱鏡的底角及后置三角棱鏡的底角均由相應的入射面和入射面的相鄰面夾設而成。作為一種優(yōu)選方案，所述柱面透鏡外表面兩側具有相互對稱的圓弧面結構。作為一種優(yōu)選方案，所述柱面透鏡的截面呈橢圓形結構。本發(fā)明采用上述技術方案后，其有益效果在于，通過改變柱面透鏡的焦距、前置三角棱鏡和后置三角棱鏡之間的距離及前置三角棱鏡和后置三角棱鏡的底角之差可以調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結構光的焦深(最大近似無衍射距離)，利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結構光，該光束的最大近似無衍射距離相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結構光大大增加，且光斑發(fā)散相對較小，有效提高了光束質量及能量利用率，有效解決了現(xiàn)有技術產(chǎn)生的投影條紋應用于條紋投影相位測量技術時分辨率較低、對比度較差等問題；同時，各光學元件易于加工制作、降低了生產(chǎn)成本。為更清楚地闡述本發(fā)明的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本發(fā)明進行詳細說明


圖I是近似無衍射線結構光的橫向光強分布(柵型結構)示意圖；圖2是本發(fā)明之較佳實施例中各光學元件的布置結構示意圖；圖3是本發(fā)明之較佳實施例中柱面透鏡的立體結構示意圖；圖4是本發(fā)明之較佳實施例中三角棱鏡的立體結構示意圖；圖5是本發(fā)明之較佳實施例中產(chǎn)生近似無衍射線結構光的光路示意圖。附圖標識說明10、光學導軌20、激光器30、望遠鏡準直擴束系統(tǒng) 40、矩形光闌50、柱面透鏡60、前置三角棱鏡61、入射面62、相鄰面63、相鄰面70、后置三角棱鏡71、入射面72、相鄰面73、相鄰面
具體實施例方式請參見圖3至圖5所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結構，包括有光學導軌10、在光學導軌10上沿光路依次設置的激光器20、望遠鏡準直擴束系統(tǒng)30、矩形光闌40、柱面透鏡50、前置三角棱鏡60及后置三角棱鏡70，其中，該前置三角棱鏡60緊靠柱面透鏡50設置，并該后置三角棱鏡70與前置三角棱鏡60間的距離大于前柱面透鏡50的焦距，以及，該后置三角棱鏡70的底角大于前置三角棱鏡60的底角(即r2>ri),從圖5可以看出，前述前置三角棱鏡60和后置三角棱鏡70均具有一垂直光路方向設置的入射面(61和71)，所述前置三角棱鏡60的底角Γι系由相應的入射面61和入射面61的相鄰面62或63夾設而成，所述后置三角棱鏡70的底角r2由相應的入射面71和入射面71的相鄰面72或73夾設而成；該柱面透鏡50外表面兩側具有相互對稱的圓弧面結構,于本實施例中，前述柱面透鏡50的截面呈橢圓形結構。激光器20產(chǎn)生的激光束通過望遠鏡準直擴束系統(tǒng)30形成近似平面波，通過一個矩形光闌40入射到柱面透鏡50 (柱面透鏡的焦距為f)，緊接著通過一個底角為F1的前置三角棱鏡60，則在柱面透鏡50的焦平面上(焦平面距離柱面透鏡50的距離為f)形成兩條平行的焦線，兩條焦線之間的距離為2f tan 。這兩條焦線將產(chǎn)生兩束具有一定發(fā)散角的柱面波。在焦線I、焦線2之后放置一個底角為r2的后置三角棱鏡70，后置三角棱鏡70距離前置三角棱鏡60的距離為d，應滿足d>f。則在后置三角棱鏡70后，形成近似無衍射柵型線結構光。該光束的焦深(最大近似無衍射距離)相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結構光大大增加，而光斑條紋的發(fā)散相對較小。
該項技術主要是利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結構光，具體系利用柱面透鏡和前置三角棱鏡產(chǎn)生兩條具有發(fā)散角的線光源，然后用這兩條具有發(fā)散角的線光源照射后置三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結構光。通過改變柱面透鏡50的焦距f，前置三角棱鏡60和后置三角棱鏡70之間的距離d，前置三角棱鏡60和后置三角棱鏡70的底角之差(r2 - Γι)來調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結構光的焦深(最大近似無衍射距離)。改變柱面透鏡50焦距f可以調(diào)節(jié)焦線I和焦線2產(chǎn)生柱面波的發(fā)散角Θ，改變柱面透鏡50和后置三角棱鏡70之間的距離d可以調(diào)節(jié)焦線
I、焦線2照射在后置三角棱鏡70上的寬度S，改變前置三角棱鏡60和后置三角棱鏡70的底角之差(r2 - Γι)可以調(diào)節(jié)后置三角棱鏡70之后光束的發(fā)散角。 本發(fā)明的設計重點在于，主要系通過改變柱面透鏡的焦距、前置三角棱鏡和后置三角棱鏡之間的距離及前置三角棱鏡和后置三角棱鏡的底角之差來調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結構光的焦深(最大近似無衍射距離)，利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結構光，該光束的最大近似無衍射距離相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結構光大大增加，且光斑發(fā)散相對較小，有效提高了光束質量及能量利用率，有效解決了現(xiàn)有技術產(chǎn)生的投影條紋應用于條紋投影相位測量技術時分辨率較低、對比度較差等問題；同時，各光學元件易于加工制作、降低了生產(chǎn)成本。以上所述，僅是本發(fā)明的第一種實施例而已，并非對本發(fā)明的技術范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于包括有光學導軌、在光學導軌上沿光路依次設置的激光器、望遠鏡準直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、柱面透鏡、前置三角棱鏡及后置三角棱鏡，其中，該前置三角棱鏡緊靠柱面透鏡設置，并該后置三角棱鏡與前置三角棱鏡間的距離大于前柱面透鏡的焦距，以及，該后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角。
2.根據(jù)權利要求I所述的長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均為等腰三角棱鏡。
3.根據(jù)權利要求I所述的長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均具有一垂直光路方向設置的入射面，所述前置三角棱鏡的底角及后置三角棱鏡的底角均由相應的入射面和入射面的相鄰面夾設而成。
4.根據(jù)權利要求I所述的長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于所述柱面透鏡外表面兩側具有相互對稱的圓弧面結構。
5.根據(jù)權利要求4所述的長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于所述柱面透鏡的截面呈橢圓形結構。
全文摘要
本發(fā)明公開一種長距離近似無衍射柵型線結構光的產(chǎn)生系統(tǒng),包括光學導軌、在光學導軌上沿光路依次設置的激光器、望遠鏡準直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、柱面透鏡、前置三角棱鏡及后置三角棱鏡，其中，前置三角棱鏡緊靠柱面透鏡設置，并后置三角棱鏡與前置三角棱鏡間的距離大于前柱面透鏡的焦距，以及，后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角；藉此，利用柱面透鏡和前置三角棱鏡產(chǎn)生兩條具有發(fā)散角的線光源，然后用這兩條具有發(fā)散角的線光源照射后置三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結構光，該光束的光斑發(fā)散相對較小，提高了光束質量及能量利用率，解決了現(xiàn)有技術產(chǎn)生的投影條紋應用于條紋投影相位測量技術時分辨率較低、對比度較差等問題。
文檔編號G02B7/18GK102937746SQ201210434048
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者吳志偉 申請人:泉州師范學院