專利名稱：相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多頻光纖干涉條紋、三維形貌測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種相位可控多頻光纖干 涉條紋投射裝置。
背景技術(shù)：
三維形貌測(cè)量技術(shù)在自動(dòng)檢測(cè)和質(zhì)量控制、反求工程、機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)診斷、文物鑒定 等領(lǐng)域中占有重要的地位，特別是汽車車身、飛機(jī)機(jī)身、輪船船體、汽輪機(jī)葉片等加工制造 中的在線曲面檢測(cè)，對(duì)三維形貌測(cè)量技術(shù)提出了更高的要求，并促進(jìn)其向高精度、智能化的動(dòng) 態(tài)測(cè)量方向發(fā)展。三維形貌測(cè)量技術(shù)可分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式測(cè)量易影響被 測(cè)物表面形貌，且不能同時(shí)保證測(cè)量的速度與精度。鑒于接觸式測(cè)量的局限性，非接觸式測(cè) 量越來(lái)越受到人們的青睞，其測(cè)量基于光學(xué)原理，具有高效率、無(wú)破壞性、工作距離大等特 點(diǎn)，可以對(duì)物體進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的測(cè)量。光學(xué)非接觸式三維測(cè)量技術(shù)根據(jù)獲取三維信息的基 本方法可分為被動(dòng)式與主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式是在自然光(包括室內(nèi)可控照明光)條件下，通 過攝像機(jī)等光學(xué)傳感器攝取的二維灰度圖像獲取物體的三維信息。主動(dòng)式是利用特殊的受控 光源照射被測(cè)物，根據(jù)主動(dòng)光源的已知結(jié)構(gòu)信息獲取物體的三維信息。主動(dòng)式光學(xué)非接觸三 維測(cè)量技術(shù)中的傅立葉變換輪廓術(shù)、相移輪廓術(shù)都是將光柵條紋投射到被測(cè)物體表面，利用 被調(diào)制條紋的相位場(chǎng)求得物體的三維輪廓信息。這兩種方法均采用全場(chǎng)測(cè)量模式，可評(píng)價(jià)整 個(gè)物體表面狀況，是目前主動(dòng)式光學(xué)三維形貌測(cè)量中最常用，最有前途的方法。其中傅立葉
變換法只需一幀(或兩幀)圖像即可得到物體表面三維形貌，測(cè)量速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量；
相移法采用相對(duì)測(cè)量原理，精度較高。光柵投射法中投射條紋的質(zhì)量(條紋密度、穩(wěn)定性及清 晰度)直接影響三維形貌的測(cè)量精度，相移法的精度還依賴于精確的相移裝置，因此能夠投射 高密度穩(wěn)定條紋的投射裝置對(duì)光柵投射輪廓術(shù)(傅立葉變換輪廓術(shù)、相移輪廓術(shù))的發(fā)展具有 重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量精度高并且穩(wěn)定可靠的相位可
控多頻光纖干涉條紋投射裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括有激光器1和不同頻率的
另一激光器2、每個(gè)激光器分別對(duì)應(yīng)配備有偏振控制器3和另一偏振控制器4，還包括WDM 耦合器5、單模光纖耦合器6、光電探測(cè)器PDIO、伺服控制系統(tǒng)ll、光纖拉伸器12、壓電陶 瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置13，所述激光器l、另一激光器2發(fā)射的激光分別經(jīng)偏振控制器3、另一偏 振控制器4后耦合進(jìn)WDM耦合器5，所述WDM耦合器5與單模光纖耦合器6相連，不同 頻率的激光經(jīng)單模光纖耦合器6分光后分別經(jīng)光纖由出射端7、另一出射端8投射，前述本 發(fā)明組成部分構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀，并在兩出射端發(fā)生楊氏雙孔干涉從而將多頻干涉條紋投 射到光屏14處，并由光電探測(cè)器或攝象機(jī)接收；所述單模光纖耦合器6與出射端7和另一出 射端8的反射光路構(gòu)成邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)由單模光纖耦合器 6的非入射端9傳送給光電探測(cè)器10;光電探測(cè)器IO將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)11;伺服系統(tǒng)11用于通過比較實(shí)際相位與目標(biāo)相位來(lái)控制壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置13驅(qū)動(dòng)光 纖拉伸器12改變單模光纖耦合器6兩輸出臂光程差。
1、包括有激光器(1)和不同頻率的另一激光器(2)、每個(gè)激光器分別對(duì)應(yīng)配備有偏振控 制器(3)和另一偏振控制器(4)，還包括WDM耦合器(5)、單模光纖耦合器(6)、光電探 測(cè)器PD (10)、伺服控制系統(tǒng)(11)、光纖拉伸器(12)、壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置(13)Z所 述激光器(1)、另一激光器(2)發(fā)射的激光分別經(jīng)偏振控制器(3)、另一偏振控制器(4) 后耦合進(jìn)WDM耦合器(5)，所述WDM耦合器(5)與單模光纖耦合器(6)相連，不同頻 率的激光經(jīng)單模光纖耦合器(6)分光后分別經(jīng)光纖由出射端(7)、另一出射端(8)投射， 前述本發(fā)明組成部分構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀，并在兩出射端發(fā)生楊氏雙孔干涉從而將多頻干涉 條紋投射到光屏(14)處，并由光電探測(cè)器或攝象機(jī)接收；所述單模光纖耦合器(6)與出射 端(7)和另一出射端(8)的反射光路構(gòu)成邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀^"生的干涉信 號(hào)由單模光纖耦合器(6)的非入射端(9)傳送給光電探測(cè)器(10);光電探測(cè)器(10)將光
信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)(ii);伺服系統(tǒng)(n)用于通過比較實(shí)際相位與目標(biāo)相位
來(lái)控制壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置(13)驅(qū)動(dòng)光纖拉伸器(12)改變單模光纖耦合器(6)兩輸 出臂光程差。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述光纖為 單模SM光纖或者保偏PM光纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述不 同頻率激光器(1)和另一激光器(2)為相干長(zhǎng)度長(zhǎng)的兩不同頻率單模激光器，其波長(zhǎng)的選 擇依據(jù)WDM耦合器的適用范圍和CMOS相機(jī)的光譜探測(cè)范圍確定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述出 射端(7)、另一出射端(8)的光纖輸出端面，其端面要良好的磨光，并封裝于同一FC接頭 內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，出射端 (7)、另一出射端(8)輸出端光纖纖心距按以下公式設(shè)置
(2 =-，
尸2-尸1
尸2 、 A為光電探測(cè)器分別在A與Z)2兩點(diǎn)測(cè)量到的條紋周期，AD為A與Z)2兩點(diǎn)距離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，光電探 測(cè)器或攝象機(jī)的視場(chǎng)范圍應(yīng)要足夠靠近投射系統(tǒng)的光軸，即滿足X2 Y2+Z2， X為光電探測(cè) 器或攝象機(jī)沿投射方向坐標(biāo)，Y、 Z為光電探測(cè)器或攝象機(jī)垂直投射方向平面內(nèi)二維坐標(biāo)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，由攝象 機(jī)接收后輸出到傅立葉變化法或相移法相位解調(diào)裝置。
木發(fā)明可以帶來(lái)以下效果
本發(fā)明中投射裝置采用全光纖光路，可減少來(lái)自背景光的干擾，以適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)
4環(huán)境；并且可實(shí)現(xiàn)光纖一體化，使投射裝置的搭建更為簡(jiǎn)易，有利于系統(tǒng)的小型化與集成化， 方便便攜式三維形貌測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。利用本發(fā)明，可作為光柵投射輪廓術(shù)(傅立葉變換輪廓 術(shù)、相移輪廓術(shù))的條紋投射裝置，應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、反求工程、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器視覺等領(lǐng)域 中的物體表面三維形貌測(cè)量。


圖1為本發(fā)明投射裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為投射裝置兩出射光纖纖心距離測(cè)量示意圖。
圖3為利用本發(fā)明投射裝置測(cè)量物體三維形貌示意圖。
圖l中1、2為不同頻率激光器，3、 4為兩個(gè).偏振控制器，5是WDM耦合器，6是3dB 單模2x2光纖耦合器，7、 8為光纖出射端，9是邁克爾遜干涉儀輸出端，亦是3dB單模光纖 耦合器輸出端或稱非入射端，IO為光電探測(cè)器PD， ll是伺服控制系統(tǒng)，12是光纖拉伸器， 13是PZT驅(qū)動(dòng)裝置，14是光屏。
圖2中7、 8光纖出射端及其纖心，15是可調(diào)狹縫，16是光電探測(cè)裝置，17是二維移 動(dòng)平臺(tái)。
圖3中18是投射條紋零級(jí)亮紋所在光面，19是條紋投射裝置，20是CMOS攝像機(jī) 21是攝像機(jī)透鏡中心，22是攝像機(jī)像平面。
具體實(shí)施例方式
為了提高投射條紋的密度，本發(fā)明利用光纖干涉投射技術(shù)，采用3dB單模光纖耦合器構(gòu) 成馬赫-澤德干涉儀，入射光經(jīng)耦合器分光后由兩輸出端輸出，滿足楊氏雙孔干涉條件，在投 射方產(chǎn)生干涉條紋。與傳統(tǒng)透射式光柵相比干涉條紋密度高，有利于提高測(cè)量精度。
在3dB耦合器的入射端引入了波分復(fù)用器〔WDM)，不同頻率激光器發(fā)射的激光經(jīng)WDM耦 合進(jìn)同一 3dB耦合器輸入端，入射光經(jīng)耦合器分光后在輸出方產(chǎn)生多頻干涉條紋。投射的多 頻干涉條紋可為光柵投射輪廓術(shù)實(shí)現(xiàn)高可靠性的時(shí)域去包裹算法提供多頻信息。
為了提高所投射干涉條紋的相位可控性并使投射裝置能夠同時(shí)應(yīng)用于傅立葉變換輪廓術(shù) 與相移輪廓術(shù)，本發(fā)明利用3dB耦合器與其輸出端反射構(gòu)成的邁克爾遜干涉儀與光電探測(cè)器 監(jiān)測(cè)條紋相位信息，并將相位信息提供給伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)通過比較實(shí)際相位信息與目標(biāo) 相位信息控制PZT光纖拉伸器改變兩輸出臂光程差實(shí)現(xiàn)投射條紋的相位控制，同時(shí)可采用通 過伺服系統(tǒng)鎖定光電探測(cè)器輸出信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)干涉條紋的穩(wěn)定控制。條紋的穩(wěn)定控制可增 加測(cè)量系統(tǒng)的魯棒性與抗干擾能力，精確的相移控制可有效提高相移法的測(cè)量精度。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明的相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置結(jié)構(gòu)是該裝置包括有不同 頻率激光器1和2，分別為每個(gè)激光器配備的偏振控制器3和4， WDM耦合器5， 2x2單模 3dB光纖耦合器6,光電探測(cè)器PDIO、伺服控制系統(tǒng)ll、光纖拉伸器12、壓電陶瓷PZT驅(qū) 動(dòng)裝置13。所述激光器1、 2發(fā)射的激光經(jīng)偏振控制器3、 4后耦合進(jìn)WDM耦合器5，所述 WDM耦合器與3dB單模光纖耦合器6相連，不同頻率的激光經(jīng)3dB耦合器分光后由出射端 7、 8投射，構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀，并在兩出射端發(fā)生楊氏雙孔干涉從而將多頻干涉條紋投射 到光屏14處。由于楊氏雙孔T涉產(chǎn)生的亮條紋所在光面是以兩孔為焦點(diǎn)的空間雙曲面族，因此理論上 投射到光屏上的條紋是一雙曲線族，但是當(dāng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)近軸條件時(shí)，亮紋所在空間光面將變?yōu)?平面，光屏上的雙曲線族也將退化為線性直條紋，這時(shí)投射的條紋滿足光柵投射輪廓術(shù)的應(yīng) 用要求。由以上論述知本發(fā)明的投射裝置的應(yīng)用需滿足遠(yuǎn)場(chǎng)近軸條件。遠(yuǎn)場(chǎng)條件0^〉a)指投 射裝置的投射距離要遠(yuǎn)大于投射端光纖纖心距離；近軸條件x2 >>/+ 指攝像機(jī)拍攝變形 條紋的視場(chǎng)范圍要足夠靠近投射系統(tǒng)的光軸(x為沿投射方向坐標(biāo)，y， z為垂直投射方向平 面內(nèi)二維坐標(biāo))。
所述3dB耦合器6與其輸出端7、輸出端8反射光路構(gòu)成邁克爾遜干涉儀，其產(chǎn)生的干 涉信號(hào)由3dB耦合器6的非入射端即輸出端9傳送給光電探測(cè)器10;光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)11;伺服系統(tǒng)通過比較實(shí)際相位與目標(biāo)相位來(lái)控制PZT驅(qū)動(dòng)裝置 13驅(qū)動(dòng)光纖拉伸器改變兩輸出臂光程差，從而實(shí)現(xiàn)精確的條紋相移控制。另外可通過鎖定光 電探測(cè)器的輸出值實(shí)現(xiàn)條紋相位的穩(wěn)定控制。上述伺服控制功能由軟硬件系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)，硬 件部分的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAC)用來(lái)采樣PD的輸出，軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算出相位調(diào)節(jié)量以便控制 PZT驅(qū)動(dòng)光纖拉伸器。由于投射條紋的馬赫-澤德干涉儀與監(jiān)測(cè)實(shí)際相位的邁克爾遜干涉儀的 光程差均由6的兩輸出臂產(chǎn)生，而邁克爾遜干涉儀還存在反射光路，因此邁克爾遜干涉儀的 輸出相位變化與馬赫-澤德干涉儀實(shí)際投射的干涉條紋的相位變化存在2倍的關(guān)系，軟件系統(tǒng) 中計(jì)算相位調(diào)節(jié)量的算法以此為基礎(chǔ)進(jìn)行建立。 本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)應(yīng)用如下
1. 光纖的選擇為了能夠構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀實(shí)現(xiàn)楊氏雙孔干涉投射，選用單模(SM)光纖 或者保偏(PM)光纖，它們的截止波長(zhǎng)，數(shù)值孔徑(NA)，以及性價(jià)比要同時(shí)考慮，如果單模光 纖產(chǎn)生的條紋仍不能達(dá)到滿意的可見度，則可采用保偏光纖。
2. 激光器的選擇選取相干長(zhǎng)度較長(zhǎng)的兩不同頻率單模激光器。它們波長(zhǎng)的選擇依據(jù)WDM 耦合器的適用范圍和CMOS相機(jī)的光譜探測(cè)范圍。利用仿真確定兩激光的理想波長(zhǎng)以確保相 位鎖定和相位去包裹都能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行。
3. 光纖輸出端面處理兩光纖輸出臂的端面要良好的磨光，并最好封裝于同一FC接頭內(nèi)， 這樣可避免兩輸出端之間的相對(duì)移動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。FC是英文ferrule connector縮'與， 表示光纖接頭外部加強(qiáng)緊固件是金屬件，為標(biāo)準(zhǔn)接頭。
4. 輸出端光纖纖心距測(cè)量輸出端光纖纖心距是影響干涉條紋周期的重要參數(shù)，在投射裝 置應(yīng)用于三維形貌測(cè)量之前應(yīng)予以測(cè)定。如圖2，光電探測(cè)裝置16放置在二維移動(dòng)平臺(tái)17上， 并在光電探測(cè)裝置前放置可調(diào)狹縫15以提高測(cè)量的空間分辨率。二維移動(dòng)平臺(tái)17可沿條紋投 射方向與垂直條紋方向移動(dòng)。移動(dòng)平臺(tái)可使光電探測(cè)器在垂直條紋方向上移動(dòng)并對(duì)條紋周期 進(jìn)行探測(cè)。利用移動(dòng)平臺(tái)使光電探測(cè)器沿條紋投射方向移動(dòng)，并分別在￡>,與￡ 2兩點(diǎn)測(cè)量條 紋周期，從而光纖纖心間距可由以下公式求得
其中S與尸2為條紋在A與A處的周期，A與"2雖然不能夠精確測(cè)量，但是通過移動(dòng)平 臺(tái)可以測(cè)量出兩位置之間的距離AZ)，從而光纖纖心距離得以精確測(cè)量。
65.利用本投射裝置實(shí)現(xiàn)物體表面三維形貌測(cè)量
如圖3所示，選取攝像機(jī)20的鏡頭光學(xué)中心21作為原點(diǎn)，x軸平行攝像機(jī)像素水平方向，y 軸平行攝像機(jī)像素垂直方向，z軸沿?cái)z像機(jī)光軸方向。本發(fā)明投射裝置19的中心位于P(L，0, 0)， 與原點(diǎn)相距為基線距離L。 19所投射的條紋與y軸方向平行，零級(jí)條紋18所在光面與x軸夾角為A。。
投射角度為P的條紋圖上點(diǎn)S(x,y,z)的坐標(biāo)滿足下式
xsin/ —zcos/ = isin/ (1) 點(diǎn)S在攝像機(jī)像平面22中所成的像點(diǎn)為S,(m,n)，其中m、 n分別為水平與垂直方向像素序 號(hào)(中心像素坐標(biāo)為(O,O))。根據(jù)攝像機(jī)針孔透視變換模型，S與&之間的關(guān)系可寫為
X
附
(2)
其中d為透鏡中心21到像面22的距離。
由(l)、 (2)式可得S與&之間坐標(biāo)關(guān)系可表示為
附i
少=
(3)
條紋投射角度卩與干涉條紋相位場(chǎng)關(guān)系為
p(jc, a力=丁 ". tan(" — "0) 乂
(4)
其中a為兩光纖纖心距離，/ 。為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可由消影法測(cè)得，當(dāng)干涉條紋相位被檢 測(cè)到后，利用式(4)可求得卩，從而利用(3)式求得S點(diǎn)的坐標(biāo)，即物體表面的三維信息。 6.干涉條紋相位信息的解調(diào)
式(4)中干涉條紋相位場(chǎng)p(x,乂z)受物體表面高低調(diào)制，包含有物體表面的高度信息。因 此本投射裝置投射的條紋經(jīng)物體表面調(diào)制變形后，要經(jīng)過相位解調(diào)得到相位場(chǎng)信息方可被5 中的方法利用?？蓱?yīng)用于本投射裝置所投射條紋的相位解調(diào)方法有傅立葉變化法與相移法。
傅立葉變換法
攝像機(jī)獲取的條紋圖像可表示為-
/(x, j) = aO,力+ 6(工,力cos[2;^x + p(x，力] (5)
其中I為記錄到的光強(qiáng)分布，a表示物體反射的背景光強(qiáng)，b表示調(diào)制度，/。是投影
到參考平面的條紋圖樣的空間頻率，條紋相位場(chǎng)p(x，力對(duì)應(yīng)于物體上各點(diǎn)的高度h(x， y)。 上式可重寫為
g(x,少)=+ c(x,》')exp(2;n/0x) + c*(;c，y)exp(—2;n/。;c) (6)其中 c(x，>0 = |6(x,;;)exp| (x,>0] (7)
式(6)中g(shù)(x,y)對(duì)x的傅立葉變換為G(/ = J(/,W + C(/ —/q，力+ C'(/ — /。,力
由于a(x，y)， b(x,y)和p相對(duì)/。變化緩慢，因此可濾出頻譜中的(:(/-/(),>0從而得到基 頻成分，并將其移回原點(diǎn)做反變換得到c(x,y)，求出p:
t，(W) = f^ (8)
相移法
利用伺服控制系統(tǒng)控制PZT光纖拉伸器改變輸出臂光程差，使得干涉條紋沿與條紋垂
直方向以2;t/tY為步距作N步相移，可獲取N幀相移條紋圖像，將它們記為/"，其中，n=0， 1，…，N-1(A^3)。 ^可表示為
則相位函數(shù)為:
/ (x,力=力+ 6(x，力cos(2^q + p(x,力—~(9)
》"(x,力sin(27z7iV)
"x, j) = arctan ^- (10)
^/"(x，力cos(2;z"/A0
傅立葉變換法與相移法中相位場(chǎng)均由反正切函數(shù)求得，因此相位信息被包裹在[-;r，;r]之 內(nèi)，要得到連續(xù)變化的真實(shí)相位場(chǎng)，需要對(duì)包裹相位進(jìn)行去包裹處理。利用本投射裝置投射 的多頻干涉條紋中的多頻信息，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性的動(dòng)態(tài)時(shí)域去包裹算法，該算法可對(duì)每一 點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的相位去包裹，使得包裹相位圖中的斷點(diǎn)以及噪聲點(diǎn)的不利影響得以消除。
本發(fā)明采用光纖干涉投射技術(shù)、WDM波分復(fù)用技術(shù)、基于光纖干涉的干涉條紋移相控制 技術(shù)，發(fā)明了一種相位可控的多頻干涉條紋投射裝置。投射條紋精度高且能夠同時(shí)滿足傅立 葉變換輪廓術(shù)和相移輪廓術(shù)的應(yīng)用要求；投射條紋中的多頻信息可為高可靠性的時(shí)域去包裹 算法提供應(yīng)用基礎(chǔ)；整個(gè)投射裝置采用全光纖光路，可實(shí)現(xiàn)光纖一體化，簡(jiǎn)單便攜，有利于 測(cè)量系統(tǒng)的小型化與集成化。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于主動(dòng)式三維光學(xué)形貌測(cè)量，為多頻光柵條 紋投射輪廓術(shù)提供了一種新的應(yīng)用平臺(tái)和技術(shù)基礎(chǔ)。
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權(quán)利要求
1、一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，包括有激光器(1)和不同頻率的另一激光器(2)、每個(gè)激光器分別對(duì)應(yīng)配備有偏振控制器(3)和另一偏振控制器(4)，還包括WDM耦合器(5)、單模光纖耦合器(6)、光電探測(cè)器PD(10)、伺服控制系統(tǒng)(11)、光纖拉伸器(12)、壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置(13)，所述激光器(1)、另一激光器(2)發(fā)射的激光分別經(jīng)偏振控制器(3)、另一偏振控制器(4)后耦合進(jìn)WDM耦合器(5)，所述WDM耦合器(5)與單模光纖耦合器(6)相連，不同頻率的激光經(jīng)單模光纖耦合器(6)分光后分別經(jīng)光纖由出射端(7)、另一出射端(8)投射，前述本發(fā)明組成部分構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀，并在兩出射端發(fā)生楊氏雙孔干涉從而將多頻干涉條紋投射到光屏(14)處，并由光電探測(cè)器或攝象機(jī)接收；所述單模光纖耦合器(6)與出射端(7)和另一出射端(8)的反射光路構(gòu)成邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)由單模光纖耦合器(6)的非入射端(9)傳送給光電探測(cè)器(10)；光電探測(cè)器(10)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)(11)；伺服系統(tǒng)(11)用于通過比較實(shí)際相位與目標(biāo)相位來(lái)控制壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置(13)驅(qū)動(dòng)光纖拉伸器(12)改變單模光纖耦合器(6)兩輸出臂光程差。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述光纖為 單模SM光纖或者保偏PM光纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述不同頻 率激光器(1)和另一激光器(2)為相干長(zhǎng)度長(zhǎng)的兩不同頻率單模激光器，其波長(zhǎng)的選擇 依據(jù)WDM耦合器的適用范圍和CMOS相機(jī)的光譜探測(cè)范圍確定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，所述出射端(7)、另一出射端(8)的光纖輸出端面，其端面要良好的磨光，并封裝于同一FC接頭內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，出射端(7)、 另一出射端(8)輸出端光纖纖心距按以下公式設(shè)置"=-，尸2 、 A為光電探測(cè)器分別在A與"2兩點(diǎn)測(cè)量到的條紋周期，AD為A與D2兩點(diǎn)距離。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，光電探測(cè)器 或攝象機(jī)的視場(chǎng)范圍應(yīng)要足夠靠近投射系統(tǒng)的光軸，即滿足X、〉Y^Z2， X為光電探測(cè)器 或攝象機(jī)沿投射方向坐標(biāo)，Y、 Z為光電探測(cè)器或攝象機(jī)垂直投射方向平面內(nèi)二維坐標(biāo)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，其特征是，由攝象機(jī)接 收后輸出到傅立葉變化法或相移法相位解調(diào)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及多頻光纖干涉條紋、三維形貌測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置。為提供一種測(cè)量精度高并且穩(wěn)定可靠的相位可控多頻光纖干涉條紋投射裝置，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括形成出射端7、出射端8投射的馬赫-澤德干涉儀，還包括邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)由單模光纖耦合器6的非入射端傳送給光電探測(cè)器10；光電探測(cè)器10將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)11；伺服系統(tǒng)11用于通過比較實(shí)際相位與目標(biāo)相位來(lái)控制壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)裝置13驅(qū)動(dòng)光纖拉伸器12改變單模光纖耦合器6兩輸出臂光程差。本發(fā)明主要用于三維形貌測(cè)量場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101561259SQ20091006855
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者聰 張, 濤 楊, 段發(fā)階, 海 肖 申請(qǐng)人:天津大學(xué)