CN208171197U - 一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学技术领域，提供了一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置，包括：投影单元，用于产生平行光并透射到光路调整单元，光路调整单元，用于对平行光进行光路调整，使得平行光按照预置角度入射至数字微镜装置，数字微镜装置，用于将平行光反射入可变焦镜头组，可变焦镜头组，用于将反射光进行聚焦后照射至待测量物，并将收集的漫反射光线透射至数字微镜装置，数字微镜装置还用于将漫反射光线反射至光路调整单元以进行调整，使漫反射光线入射至成像单元成像。本实用新型利用对数字微镜装置进行编码实现同时对多个点进行探测，结合可变焦镜头组中镜头焦距和深度位置的对应关系，重建三维面型，提高了扫描速率，比现有技术提供的装置具有更高扫描速度和精度。

Description

一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置。

背景技术

随着微光、机、电技术的飞速发展，高精度、高效率探测物体精细结构已成为全球科研领域里的一大研究热点，如何更精确地获取物体三维点云数据是三维测量领域的热点。正是由于共焦测量技术具有轴向层析特性和非常高的深度分辨率，其三维成像能力具有非常高的精度，能够在医学，工业等领域得到广泛的应用。

目前对于共焦测量的三维重建方法一般是通过引入共轭针孔产生点光源与点探测实现了轴向层析能力和高分辨率，移动透镜组来获得多个层析面，再对多个层析面进行分析，根据不同深度的像点的聚焦位置不一样，得出大量随着深度变化图像对焦区域变化的层析图片，然后根据深度和对焦点的关系重建出物体表面三维面型，但共轭针孔的使用导致一次仅能对一个被测点进行探测，重建速度慢，效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置，旨在解决现有技术在进行三维重建时，因为使用共轭针孔导致一次仅能对一个被测点进行探测，重建速度慢，效率低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置，包括投影单元、光路调整单元、数字微镜装置、可变焦镜头组和成像单元，所述数字微镜装置和所述成像单元的位置成共轭关系，其中：

所述投影单元，用于产生平行光，并将所述平行光透射到所述光路调整单元；

所述光路调整单元，用于对所述平行光进行光路调整，使得光路调整后的平行光按照预置角度入射至所述数字微镜装置；

所述数字微镜装置，用于对所述平行光进行反射，将反射光投射至所述可变焦镜头组，所述反射光中包含有互不干扰或者干扰少的光线；

所述可变焦镜头组，用于将所述反射光进行聚焦后照射至待测量物，以在所述待测量物的表面产生漫反射光线；还用于收集所述漫反射光线，将所述漫反射光线透射至所述数字微镜装置；

所述数字微镜装置，还用于将所述漫反射光线反射至所述光路调整单元，所述漫反射光线经所述光路调整单元进行光路调整后入射至所述成像单元；

所述成像单元，用于根据所述漫反射光线进行成像。

进一步地，所述投影单元包括投影光源、第一透镜和第二透镜；

所述投影光源，用于产生预置的光线；

所述预置的光线经所述第一透镜和所述第二透镜后形成平行光。

进一步地，所述光路调整单元包括半透半反镜和平面镜；

所述平行光穿过所述半透半反镜后透射到所述平面镜，所述平面镜将所述平行光按照预置角度反射至所述数字微镜装置；

所述平面镜将所述漫反射光线反射入所述半透半反射镜，所述半透半反射镜将所述漫反射光线按照预置角度反射至所述成像单元。

进一步地，所述可变焦镜头组包括若干液体镜头。

进一步地，所述成像单元包括成像透镜组和图像传感器CCD；

所述漫反射光线经过所述成像透镜组后，入射至所述图像传感器CCD进行成像。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实施例通过光路调整单元将投影单元产生的平行光入射到数字微镜装置，该数字微镜装置对该平行光进行反射，得到的反射光包含互不干扰或者干扰少的光线，该反射光经可变焦镜头组后投射到待测量物，待测量物产生的漫反射光线经该可变焦镜头组后发射到数字微镜装置，数字微镜装置将漫反射光线反射到光路调整单眼，经光路调整单元后的漫反射光线将入射至成像单元进行成像。本实用新型实施例根据数字微镜装置可编程控制微镜片反射和可变焦镜头组变焦速度快的特性，将传统共焦三维测量与数字微镜装置、可变焦镜头组相结合，构建同轴显微的三维扫描装置，利用对数字微镜装置进行编码实现同时对多个点进行探测，结合可变焦镜头组中镜头焦距和深度位置的对应关系，重建三维面型，提高了扫描速率，比现有技术提供的装置具有更高扫描速度和精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置的详细结构示意图；

图3a是本实用新型实施例提供的待测量物处于离焦点位置的示意图；

图3b是本实用新型实施例提供的待测量物处于焦点位置的示意图；

图3c是本实用新型实施例提供的待测量物处于离焦点位置的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置，包括投影单元101、光路调整单元102、数字微镜装置103、可变焦镜头组104和成像单元105，数字微镜装置103和成像单元105的位置成共轭关系，其中：

投影单元101，用于产生平行光，并将所述平行光透射到光路调整单元102；

光路调整单元102，用于对所述平行光进行光路调整，使得光路调整后的平行光按照预置角度入射至数字微镜装置103；

数字微镜装置103，用于对所述平行光进行反射，将反射光投射至所述可变焦镜头组104，所述反射光中包含有互不干扰或者干扰少的光线；

可变焦镜头组104，用于将所述反射光进行聚焦后照射至待测量物，以在待测量物的表面产生漫反射光线；还用于收集所述漫反射光线，将所述漫反射光线透射至数字微镜装置103；

数字微镜装置103，还用于将所述漫反射光线反射至光路调整单元102，所述漫反射光线经光路调整单元102进行光路调整后入射至成像单元105；

成像单元105，用于根据所述漫反射光线进行成像。

进一步地，图2示出了本实用新型实施例提供的三维扫描装置的具体结构，其中：

投影单元101包括投影光源LS、第一透镜LEN1和第二透镜LEN2，光路调整单元12包括半透半反镜M1和平面镜M2，可变焦镜头组104包括若干液体镜头，成像单元105包括成像透镜组LENS和图像传感器CCD；

投影光源LS，用于产生预置的光线，所述预置的光线经第一透镜LEN1和第二透镜LEN2后形成平行光，所述平行光穿过半透半反镜M1后透射到平面镜M2，平面镜M2将所述平行光按照预置角度反射至数字微镜装置DMD，平面镜M2将所述漫反射光线反射入半透半反射镜M1，半透半反射镜M1将所述漫反射光线按照预置角度反射至成像单元105。所述漫反射光线经过成像透镜组LENS后，入射至图像传感器CCD进行成像。

为了实现对显微物体表面面形的高精度测量，图2示出的三维扫描装置中，增加了吸光装置1和吸光装置2，图像传感器CCD和数字微镜装置DMD的位置成共轭关系，投影单元101投出平行光，穿过半透半反镜M1投射到平面镜M2上，平面镜M2将平行光反射到数字微镜装置DMD上，通过对数字微镜装置DMD的编码，使得数字微镜装置DMD将多个互不干扰或者干扰较小的光线反射后，经过可变焦镜头组104射到待测量物的物体表面，而被数字微镜装置DMD反射的另一个方向上的光则被吸光装置2所吸收。待测量物的物体表面经过漫反射，漫反射光线经过可变焦镜头组104后经过DMD的反射，最终被图像传感器CCD捕获，得到记录的图像。通过可变焦镜头组104的焦距变化可以获得多个层析图，物体表面位置和漫反射如图3a至图3c所示，待测量物的物体上的点只有处在焦点位置上，物体的漫反射通过可变焦镜头组104后，被数字微镜装置DMD反射到图像传感器CCD的光最多，图像传感器CCD捕获到的该点的光强最大。通过事前对可变焦镜头组104中液体镜头的焦距变化和深度关系的标定，从而获得镜头焦距和深度的映射关系，结合图像传感器CCD上获取的光强最大的点，可以得到具有深度信息三维空间点坐标，最终求取三维点云数据。

本实用新型实施例将数字微镜装置DMD和共焦三维测量相结合，通过调节可变焦镜头组中的液体镜头能够对多个点进行扫描探测，不仅提高了探测速度，还可以针对不同需求调整点云密度。本实用新型实施例使用数字微镜装置DMD反射光线替代了点光源和共轭针孔，去除了点光源和针孔中心不在同一直线上所带来的误差。进一步地，数字微镜装置DMD的像素大小仅有几个微米，保证了测量的精度，而使用包含液体镜头的可变焦镜头组的焦距变化代替透镜移动，提高了扫描速度。在具体使用过程中，采用彩色图像传感器CCD可以同时获取牙齿表面的纹理信息，从而进行更深一步的处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于数字微镜装置编码的三维扫描装置，其特征在于，包括投影单元、光路调整单元、数字微镜装置、可变焦镜头组和成像单元，所述数字微镜装置和所述成像单元的位置成共轭关系，其中：

所述投影单元，用于产生平行光，并将所述平行光透射到所述光路调整单元；

所述光路调整单元，用于对所述平行光进行光路调整，使得光路调整后的平行光按照预置角度入射至所述数字微镜装置；

所述数字微镜装置，用于对所述平行光进行反射，将反射光投射至所述可变焦镜头组，所述反射光中包含有互不干扰或者干扰少的光线；

所述可变焦镜头组，用于将所述反射光进行聚焦后照射至待测量物，以在所述待测量物的表面产生漫反射光线；还用于收集所述漫反射光线，将所述漫反射光线透射至所述数字微镜装置；

所述数字微镜装置，还用于将所述漫反射光线反射至所述光路调整单元，所述漫反射光线经所述光路调整单元进行光路调整后入射至所述成像单元；

所述成像单元，用于根据所述漫反射光线进行成像。

2.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述投影单元包括投影光源、第一透镜和第二透镜；

所述投影光源，用于产生预置的光线；

所述预置的光线经所述第一透镜和所述第二透镜后形成平行光。

3.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述光路调整单元包括半透半反镜和平面镜；

所述平行光穿过所述半透半反镜后透射到所述平面镜，所述平面镜将所述平行光按照预置角度反射至所述数字微镜装置；

所述平面镜将所述漫反射光线反射入所述半透半反射镜，所述半透半反射镜将所述漫反射光线按照预置角度反射至所述成像单元。

4.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述可变焦镜头组包括若干液体镜头。

5.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述成像单元包括成像透镜组和图像传感器CCD；

所述漫反射光线经过所述成像透镜组后，入射至所述图像传感器CCD进行成像。