一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統的製作方法
2023-07-31 19:17:26 1
一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，包括雷射器、濾波準直器、反射式分光稜鏡、二反射鏡、二擴束稜鏡組；所述雷射器、濾波準直器及反射式分光稜鏡沿光路依次設置，所述雷射器發出的雷射束通過濾波準直器形成平行光，該平行光通過所述反射式分光稜鏡反射形成不相平行的兩束相干光，該兩束相干光分別通過二反射鏡反射並分別導入二擴束稜鏡組，通過該二擴束稜鏡組後交匯幹涉產生近似無衍射柵型結構光。本新型光學系統結構簡單、元件加工方便，具有寬的測量區域，同時參數調節方便，能夠較好地拓展近似無衍射柵型結構光的應用範圍。
【專利說明】—種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光學系統，具體是指一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統。
【背景技術】
[0002]光學三維形貌測量是目前工程應用中最有發展前途的物體三維形貌測量方法，常用於精密計量、機械製造、質量控制、生物醫學、人體測量、文物考古等方面。其中應用最為廣泛的是基於條紋投影的相位測量法，大多數商用設備都採用這種方法。這種方法中投影條紋的特性至關重要，直接影響到測量系統的性能。
[0003]常見產生投影條紋的方法有數字投影儀、投射光柵等。數字投影儀受解析度的限制投影出來的條紋寬度有限，條紋一般是偽正弦的，並且投影的焦深有限；另外都需要大功率的光源，因此設備要有好的製冷系統，對系統的穩定性有一定的影響。採用正弦光柵產生的投影條紋，對比度不高、並且會引入高頻分量，另外光柵加工對工藝要求也較高。這些投影方法都是基於成像的原理實現條紋投影，當物面變化較大時，投影條紋會出現離焦現象，會引起不可靠的測量結果。
[0004]近似無衍射柵型結構光橫向光強分布呈正弦分布，條紋對比度很高，並且有較長的焦深，其條紋的間距在很大傳輸範圍都保持不變。良好的光學特性使其適合應用於光學三維形貌測量，它克服了目前技術產生投影條紋的大部分不足。目前，產生近似無衍射柵型結構光的光學元件主要是三角形截面稜鏡(其結構如圖1所示)。其在實際應用中也存在一些問題:1、所得到正弦條紋的分布區域很窄(如圖1所示，圖中斜線部分為正弦條紋的分布區域，其最大寬度L等於入射光束尺寸的一半);2、參數不易調節，要得到不同參數的近似無衍射柵型結構光必須更換三角形截面稜鏡。
[0005]有鑑於此，本發明人對近似無衍射柵型結構光產生機理進行深入研究，本案由此產生。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於提供一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，該系統的結構簡單、元件加工方便，具有寬的測量區域，同時參數調節方便，能夠較好地拓展近似無衍射柵型結構光的應用範圍。
[0007]為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0008]一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，包括雷射器、濾波準直器、反射式分光稜鏡、二反射鏡、二擴束稜鏡組；所述雷射器、濾波準直器及反射式分光稜鏡沿光路依次設置，所述雷射器發出的雷射束通過濾波準直器形成平行光，該平行光通過所述反射式分光稜鏡反射形成不相平行的兩束相干光，該兩束相干光分別通過二反射鏡反射並分別導入二擴束稜鏡組，通過該二擴束稜鏡組後交匯幹涉產生近似無衍射柵型結構光。
[0009]所述擴束稜鏡組包括沿光路設置的二擴束稜鏡。[0010]所述擴束稜鏡組的擴束稜鏡表面鍍有減反膜。
[0011]採用上述方案後，本實用新型相對於現有技術的有益效果在於:系統中，雷射器作為系統光源，濾波準直器對雷射束進行空間濾波和準直以產生性能良好的平行光；反射式分光稜鏡將入射平行光反射並分成存在一定夾角的兩束相干光(分別為第一光束和第二光束)。之後通過二反射鏡將所述兩束相干光反射並分別導入二擴束稜鏡組，通過該二擴束稜鏡組的折射作用，一方面改變第一光束和第二光束的空間角度，使其分別通過對應稜鏡組後能夠在空間交匯產生幹涉，形成近似無衍射柵型結構光；另一方面對第一光束和第二光束的束寬進行擴展，使兩束輸出光束的束寬能夠大於入射光束的束寬，以達到增加正弦條紋的分布區域寬度的目的。而且在具體實施時，在不改變光學系統中其他光學元件參數、空間位置的條件下，只需要調節二反射鏡的空間位置和角度，可以調整光束入射二擴束稜鏡組的角度，達到調整近似無衍射柵型結構光相關參數的目的，從而能夠較好地拓展近似無衍射柵型結構光的應用範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是現有技術三角截面稜鏡產生近似無衍射柵型結構光的示意圖；
[0013]圖2是本新型較佳實施例產生近似無衍射柵型結構光的光路示意圖；
[0014]圖3是本新型擴束稜鏡組的擴束稜鏡的示意圖；
[0015]圖4是本新型反射式分光稜鏡的示意圖。 [0016]標號說明
[0017]雷射器I濾波準直器2
[0018]反射式分光稜鏡3反射鏡4
[0019]擴束稜鏡組5擴束稜鏡 51
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本案作進一步詳細的說明。
[0021]本案涉及一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，如圖2-4所示，包括雷射器1、濾波準直器2、反射式分光稜鏡3、二反射鏡4及二擴束稜鏡組5。具體實施時，上述各光學元件依次放置於穩定的工作平臺；具體而言，所述雷射器1、濾波準直器2及分光稜鏡3沿雷射器I光路依次設置，二反射鏡4及二擴束稜鏡組5分為對稱的兩組，分別設於反射式分光稜鏡3的後方兩側處。
[0022]參見圖2所示，所述雷射器I作為系統光源，其發出的雷射束通過濾波準直器2，由該濾波準直器2對雷射束進行空間濾波和準直以產生性能良好的平行光；該平行光通過反射式分光稜鏡3形成不相平行的兩束相干光，即分光稜鏡3將入射平行光分成兩束相干光，得到第一光束和第二光束，該兩束平行光之間存在一定夾角。該兩束相干光分別對應反射鏡4反射後導入對應的擴束稜鏡組5，通過擴束稜鏡組5後經交匯幹涉，即產生近似無衍射柵型結構光(圖2中斜線部分)。
[0023]上述近似無衍射柵型結構光具有寬的測量區域，由二擴束稜鏡組5作用，所述第一光束和第二光束的束寬進行擴展，使兩束輸出光束的束寬能夠大於入射光束的束寬，以達到增加正弦條紋的分布區域寬度的目的。同時，二反射鏡4分別用於改變第一光束和第二光束的傳播方向，使其以一定角度入射擴束稜鏡組5。通過調節反射鏡4的空間位置和角度，可以調整光束入射擴束稜鏡組5的角度，達到調整近似無衍射柵型結構光相關參數的目的。即，具體實施時，在不改變光學系統中其他光學元件參數、空間位置的條件下，只需要調節二反射鏡的空間位置和角度，就可以實現對近似無衍射柵型結構光相關參數(例如正弦條紋分布區域的寬度、正弦條紋的間距、光束焦深等)的調整。
[0024]所述二擴束稜鏡組5的擴束稜鏡51的數量可以根據實際應用的需要增加或減少，給出一具體實施例中，二擴束稜鏡組的擴束稜鏡51的數量各為兩塊，沿光路依次設置。
[0025]優選地，為保證具有好的擴束效果，所述第一光束和第二光束應以較大角度入射擴束稜鏡。因此較佳地要在二擴束稜鏡組5的擴束稜鏡51表面鍍減反膜，增加光束的透過率，以提高系統的能量利用率。
[0026]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，凡跟本實用新型權利要求範圍所做的均等變化和修飾，均應屬於本實用新型權利要求的範圍。
【權利要求】
1.一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，其特徵在於:包括雷射器、濾波準直器、反射式分光稜鏡、二反射鏡、二擴束稜鏡組；所述雷射器、濾波準直器及反射式分光稜鏡沿光路依次設置，所述雷射器發出的雷射束通過濾波準直器形成平行光，該平行光通過所述反射式分光稜鏡反射形成不相平行的兩束相干光，該兩束相干光分別通過二反射鏡反射並分別導入二擴束稜鏡組，通過該二擴束稜鏡組後交匯幹涉產生近似無衍射柵型結構光。
2.如權利要求1所述的一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，其特徵在於:所述擴束稜鏡組包括沿光路設置的二擴束稜鏡。
3.如權利要求1所述的一種產生參數可調近似無衍射柵型結構光的光學系統，其特徵在於:所述擴束稜鏡組的擴束稜鏡表面鍍有減反膜。
【文檔編號】G02B27/09GK203825297SQ201420172147
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】吳志偉 申請人:泉州師範學院