CN203825297U - 一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，包括激光器、滤波准直器、反射式分光棱镜、二反射镜、二扩束棱镜组；所述激光器、滤波准直器及反射式分光棱镜沿光路依次设置，所述激光器发出的激光束通过滤波准直器形成平行光，该平行光通过所述反射式分光棱镜反射形成不相平行的两束相干光，该两束相干光分别通过二反射镜反射并分别导入二扩束棱镜组，通过该二扩束棱镜组后交汇干涉产生近似无衍射栅型结构光。本新型光学系统结构简单、元件加工方便，具有宽的测量区域，同时参数调节方便，能够较好地拓展近似无衍射栅型结构光的应用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学系统，具体是指一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统。
背景技术
光学三维形貌测量是目前工程应用中最有发展前途的物体三维形貌测量方法，常用于精密计量、机械制造、质量控制、生物医学、人体测量、文物考古等方面。其中应用最为广泛的是基于条纹投影的相位测量法，大多数商用设备都采用这种方法。这种方法中投影条纹的特性至关重要，直接影响到测量系统的性能。
常见产生投影条纹的方法有数字投影仪、投射光栅等。数字投影仪受分辨率的限制投影出来的条纹宽度有限，条纹一般是伪正弦的，并且投影的焦深有限；另外都需要大功率的光源，因此设备要有好的制冷系统，对系统的稳定性有一定的影响。采用正弦光栅产生的投影条纹，对比度不高、并且会引入高频分量，另外光栅加工对工艺要求也较高。这些投影方法都是基于成像的原理实现条纹投影，当物面变化较大时，投影条纹会出现离焦现象，会引起不可靠的测量结果。
近似无衍射栅型结构光横向光强分布呈正弦分布，条纹对比度很高，并且有较长的焦深，其条纹的间距在很大传输范围都保持不变。良好的光学特性使其适合应用于光学三维形貌测量，它克服了目前技术产生投影条纹的大部分不足。目前，产生近似无衍射栅型结构光的光学元件主要是三角形截面棱镜（其结构如图1所示）。其在实际应用中也存在一些问题：1、所得到正弦条纹的分布区域很窄（如图1所示，图中斜线部分为正弦条纹的分布区域，其最大宽度L等于入射光束尺寸的一半）；2、参数不易调节，要得到不同参数的近似无衍射栅型结构光必须更换三角形截面棱镜。
有鉴于此，本发明人对近似无衍射栅型结构光产生机理进行深入研究，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，该系统的结构简单、元件加工方便，具有宽的测量区域，同时参数调节方便，能够较好地拓展近似无衍射栅型结构光的应用范围。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，包括激光器、滤波准直器、反射式分光棱镜、二反射镜、二扩束棱镜组；所述激光器、滤波准直器及反射式分光棱镜沿光路依次设置，所述激光器发出的激光束通过滤波准直器形成平行光，该平行光通过所述反射式分光棱镜反射形成不相平行的两束相干光，该两束相干光分别通过二反射镜反射并分别导入二扩束棱镜组，通过该二扩束棱镜组后交汇干涉产生近似无衍射栅型结构光。
所述扩束棱镜组包括沿光路设置的二扩束棱镜。
所述扩束棱镜组的扩束棱镜表面镀有减反膜。
采用上述方案后，本实用新型相对于现有技术的有益效果在于：系统中，激光器作为系统光源，滤波准直器对激光束进行空间滤波和准直以产生性能良好的平行光；反射式分光棱镜将入射平行光反射并分成存在一定夹角的两束相干光（分别为第一光束和第二光束）。之后通过二反射镜将所述两束相干光反射并分别导入二扩束棱镜组，通过该二扩束棱镜组的折射作用，一方面改变第一光束和第二光束的空间角度，使其分别通过对应棱镜组后能够在空间交汇产生干涉，形成近似无衍射栅型结构光；另一方面对第一光束和第二光束的束宽进行扩展，使两束输出光束的束宽能够大于入射光束的束宽，以达到增加正弦条纹的分布区域宽度的目的。而且在具体实施时，在不改变光学系统中其他光学元件参数、空间位置的条件下，只需要调节二反射镜的空间位置和角度，可以调整光束入射二扩束棱镜组的角度，达到调整近似无衍射栅型结构光相关参数的目的，从而能够较好地拓展近似无衍射栅型结构光的应用范围。
附图说明
图1是现有技术三角截面棱镜产生近似无衍射栅型结构光的示意图；
图2是本新型较佳实施例产生近似无衍射栅型结构光的光路示意图；
图3是本新型扩束棱镜组的扩束棱镜的示意图；
图4是本新型反射式分光棱镜的示意图。
标号说明
激光器 1 滤波准直器 2
反射式分光棱镜 3 反射镜 4
扩束棱镜组 5 扩束棱镜 51
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
本案涉及一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，如图2-4所示，包括激光器1、滤波准直器2、反射式分光棱镜3、二反射镜4及二扩束棱镜组5。具体实施时，上述各光学元件依次放置于稳定的工作平台；具体而言，所述激光器1、滤波准直器2及分光棱镜3沿激光器1光路依次设置，二反射镜4及二扩束棱镜组5分为对称的两组，分别设于反射式分光棱镜3的后方两侧处。
参见图2所示，所述激光器1作为系统光源，其发出的激光束通过滤波准直器2，由该滤波准直器2对激光束进行空间滤波和准直以产生性能良好的平行光；该平行光通过反射式分光棱镜3形成不相平行的两束相干光，即分光棱镜3将入射平行光分成两束相干光，得到第一光束和第二光束，该两束平行光之间存在一定夹角。该两束相干光分别对应反射镜4反射后导入对应的扩束棱镜组5，通过扩束棱镜组5后经交汇干涉，即产生近似无衍射栅型结构光（图2中斜线部分）。
上述近似无衍射栅型结构光具有宽的测量区域，由二扩束棱镜组5作用，所述第一光束和第二光束的束宽进行扩展，使两束输出光束的束宽能够大于入射光束的束宽，以达到增加正弦条纹的分布区域宽度的目的。同时，二反射镜4分别用于改变第一光束和第二光束的传播方向，使其以一定角度入射扩束棱镜组5。通过调节反射镜4的空间位置和角度，可以调整光束入射扩束棱镜组5的角度，达到调整近似无衍射栅型结构光相关参数的目的。即，具体实施时，在不改变光学系统中其他光学元件参数、空间位置的条件下，只需要调节二反射镜的空间位置和角度，就可以实现对近似无衍射栅型结构光相关参数（例如正弦条纹分布区域的宽度、正弦条纹的间距、光束焦深等）的调整。
所述二扩束棱镜组5的扩束棱镜51的数量可以根据实际应用的需要增加或减少，给出一具体实施例中，二扩束棱镜组的扩束棱镜51的数量各为两块，沿光路依次设置。
优选地，为保证具有好的扩束效果，所述第一光束和第二光束应以较大角度入射扩束棱镜。因此较佳地要在二扩束棱镜组5的扩束棱镜51表面镀减反膜，增加光束的透过率，以提高系统的能量利用率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本实用新型权利要求的范围。
Claims (3)
1.一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，其特征在于：包括激光器、滤波准直器、反射式分光棱镜、二反射镜、二扩束棱镜组；所述激光器、滤波准直器及反射式分光棱镜沿光路依次设置，所述激光器发出的激光束通过滤波准直器形成平行光，该平行光通过所述反射式分光棱镜反射形成不相平行的两束相干光，该两束相干光分别通过二反射镜反射并分别导入二扩束棱镜组，通过该二扩束棱镜组后交汇干涉产生近似无衍射栅型结构光。
2.如权利要求1所述的一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，其特征在于：所述扩束棱镜组包括沿光路设置的二扩束棱镜。
3.如权利要求1所述的一种产生参数可调近似无衍射栅型结构光的光学系统，其特征在于：所述扩束棱镜组的扩束棱镜表面镀有减反膜。
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|---|---|---|---|---|
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