專利名稱：實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于三維測(cè)量設(shè)備的光學(xué)投影過程中實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影以及實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法和裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)投影系統(tǒng)是三維測(cè)量設(shè)備等許多設(shè)備中的重要組成部分，它在一定程度上決定了設(shè)備的制造成本、性能、體積等。
實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的鋸齒形柵線投影的方法有由程序控制液晶LCD產(chǎn)生鋸齒形柵線圖像進(jìn)行投影的方法、由透光量呈鋸齒形分布的柵片作模板進(jìn)行投影的方法等。前一種方法需復(fù)雜的電路甚至一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制，比較典型的構(gòu)成是一臺(tái)計(jì)算機(jī)加一臺(tái)計(jì)算機(jī)投影機(jī)，成本昂貴，結(jié)構(gòu)龐大。后一種方法的透光量呈鋸齒形分布的光學(xué)柵片制作困難，成本昂貴。實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法有由程序控制液晶LCD產(chǎn)生相位移動(dòng)?xùn)啪€圖像進(jìn)行投影的方法、由平移步進(jìn)裝置控制被投影的柵片作平移的方法等。前一種方法能很好的實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影，但同樣帶來了成本昂貴、結(jié)構(gòu)龐大的問題。后一種方法需要旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平移的裝置及平移的平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
1、技術(shù)問題本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用于光學(xué)投影過程中特別是應(yīng)用于三維測(cè)量設(shè)備的光學(xué)投影過程中實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法和裝置。
2、技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種光學(xué)投影過程中用矩形條紋柵片實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影的方法以及用簡(jiǎn)單的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的裝置包括平面圓盤、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸、投影成像鏡頭、投影光源、投影光源聚焦鏡頭、固定支架，其中投影光源位于外殼內(nèi)的一側(cè)，投影成像鏡頭位于外殼另一側(cè)上，投影光源聚焦鏡頭位于投影成像鏡頭與投影光源之間，投影成像鏡頭、投影光源、投影光源聚焦鏡頭的中心線位于同一條軸線上，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)位于投影光源聚焦鏡頭旁，平面圓盤位于投影成像鏡頭和投影光源聚焦鏡頭之間，其中心固定在步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，平面圓盤上的矩形窗口均勻分布在平面圓盤的圓周上，光柵片分另插在矩形窗口上。光柵片為一種透光量是矩形條紋分布的柵片，即由完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布而成。
采用透光量是矩形條紋分布的柵片作為投影柵片，將該柵片置于成像裝置中的光源鏡頭與成像鏡頭之間進(jìn)行投影，將成像屏幕放置與成像鏡頭的光軸基本垂直，沿光軸方向分別細(xì)微調(diào)整投影柵片位置、成像鏡頭位置、成像鏡頭焦距，并將上述成像屏幕與成像鏡頭光軸保持基本垂直狀態(tài)且沿成像鏡頭光軸方向移動(dòng)成像屏幕，得到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像。
沿光軸方向分別調(diào)整成像屏幕的位置，可以觀察到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像有一定的成像景深范圍。
3、技術(shù)效果本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影方法，采用透光量呈矩形條紋分布的柵片(即完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布的柵片)作為投影柵片，這種柵片制作非常簡(jiǎn)單；可在玻璃、金屬片等多種材料上制作；不存在柵片上透光量控制不準(zhǔn)的問題。因而與透光量呈鋸齒形分布柵片相比的制造過程非常簡(jiǎn)單，成本非常低。
本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影方法，觀察到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像的景深較大。
本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法，在一個(gè)平面圓盤上可以制作數(shù)量達(dá)10個(gè)至數(shù)十個(gè)的投影柵線圖案，可滿足很廣泛的應(yīng)用需求，并且不需要為此增加設(shè)備的體積及相應(yīng)的制作成本。
本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)分辨率可以很容易做到40分(0.045度)甚至更精確，相位移動(dòng)的精度主要決定于平面圓盤上柵線圖案放置的位置精度。這一放置過程是在制作平面圓盤時(shí)進(jìn)行的，因而位置精度可以得到很好的保證。
四

圖1是本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影以及實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法的裝置示意圖。其中有承載柵片的平面圓盤1、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸21、投影成像鏡頭3、投影光源4、投影光源聚焦鏡頭5、固定支架6、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸21。
圖2是一種透光量呈矩形條紋分布柵片，即完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布的柵片圖案的示意圖。
圖3是本發(fā)明用于承載柵片平面圓盤的示意圖。其中有矩形窗口1-3、第一個(gè)矩形區(qū)域的相位基準(zhǔn)線1-1、平面圓盤的中心1-2。
五、具體實(shí)施方案本發(fā)明實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的裝置包括平面圓盤1、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸21、投影成像鏡頭3、投影光源4、投影光源聚焦鏡頭5、固定支架6，其中投影光源4位于外殼7內(nèi)的一側(cè)，投影成像鏡頭3位于外殼7另一側(cè)上，投影光源聚焦鏡頭5位于投影成像鏡頭3與投影光源4之間，投影成像鏡頭3、投影光源4、投影光源聚焦鏡頭5的中心線位于同一條軸線上，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2位于投影光源聚焦鏡頭5的旁邊，平面圓盤1位于投影成像鏡頭3和投影光源聚焦鏡頭5之間，其中心固定在步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸21上，平面圓盤1上的矩形窗口9分布在平面圓盤1的圓周上，光柵片分別插在矩形窗口上。
光柵片為一種透光量是矩形條紋分布的柵片，即由完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布而成。
采用透光量是矩形條紋分布的柵片作為投影柵片，將該柵片置于成像裝置中的光源鏡頭與成像鏡頭之間進(jìn)行投影，將成像屏幕放置與成像鏡頭的光軸基本垂直，沿光軸方向分別細(xì)微調(diào)整投影柵片位置、成像鏡頭位置、成像鏡頭焦距，并將上述成像屏幕與成像鏡頭光軸保持基本垂直狀態(tài)且沿成像鏡頭光軸方向移動(dòng)成像屏幕，得到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明方法的實(shí)施例。
用矩形條紋柵片實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影，具體步驟如下1、用透光量呈矩形條紋分布的柵片，即完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布的柵片作為投影柵片，如附圖2；2、如附圖1所示，建立一套由投影光源、投影光源聚焦鏡頭、投影成像鏡頭等組成的光學(xué)投影裝置；3、將該投影柵片放置在一般光學(xué)投影系統(tǒng)光源聚焦鏡頭的聚焦點(diǎn)附近進(jìn)行投影，這時(shí)將一成像屏幕放置在成像鏡頭的成像聚焦面附近并與成像鏡頭的光軸基本垂直，可以觀察到光強(qiáng)呈矩形條紋分布(即黑白條紋相間分布)的投影圖像；
4、沿光軸方向分別細(xì)微調(diào)整投影柵片的位置、成像鏡頭的光圈、成像鏡頭的位置、成像鏡頭的焦距，將該成像屏幕與成像鏡頭光軸保持基本垂直，并沿與成像鏡頭光軸方向移動(dòng)成像屏幕，很容易就可以觀察到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像；5、軸方向分別調(diào)整成像屏幕的位置，可以得到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像有一定的成像景深范圍。
用簡(jiǎn)單的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影，具體步驟如下1、如附圖1和附圖3所示，做一個(gè)平面圓盤，并與一步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置固定，使得步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置可以帶動(dòng)平面圓盤圍繞平面圓盤的圓心作規(guī)定角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；2、如附圖1所示，建立一套由投影光源、投影光源聚焦鏡頭、投影成像鏡頭等組成的光學(xué)投影裝置；3、如附圖1所示，將上述平面圓盤連同上述步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置嵌入上述光學(xué)投影裝置中，使得該平面圓盤位于投影光源聚焦鏡頭的聚焦點(diǎn)附近，并與成像鏡頭的光軸基本垂直；4、測(cè)量該平面圓盤上圓心距成像鏡頭光軸的距離，設(shè)為D；測(cè)量該平面圓盤上一次投影的有效矩形區(qū)域的尺寸，設(shè)為A1和B1(其中A1為垂直于圓盤半徑方向的尺寸，B1為圓盤半徑方向的尺寸)；5、如附圖3所示，在上述平面圓盤上標(biāo)志若干個(gè)(設(shè)為N個(gè))互不重疊的矩形區(qū)域，使得矩形區(qū)域的尺寸基本相同(不要求嚴(yán)格相等)，設(shè)為A和B(其中A≤A1，B≤B1)；矩形區(qū)域的中心基本位于圓盤上以圓盤圓心為圓心、D為半徑的圓上；矩形區(qū)域尺寸為A的邊基本垂直于經(jīng)過矩形區(qū)域中心的圓盤半徑方向；6、如附圖3所示，定義經(jīng)過各個(gè)矩形區(qū)域中一點(diǎn)(該點(diǎn)最好位于矩形區(qū)域中心)的半徑為該矩形區(qū)域的相位基準(zhǔn)線，測(cè)量經(jīng)過各個(gè)矩形區(qū)域相位基準(zhǔn)線距第一個(gè)矩形區(qū)域相位基準(zhǔn)線的角度，設(shè)為i(i＝1，2，3，...N，1＝0)；7、確定一個(gè)待投影柵線圖案，設(shè)其一個(gè)周期的寬度為T，需投影圖象柵線的周期數(shù)為K(K×T≤B)，柵線長(zhǎng)度L(T≤A)。此圖案可以是如附圖2所示的透光量呈矩形條紋分布柵片(即完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布的柵片)圖案，也可以是透光量呈鋸齒分布柵片圖案，也可以是透光量呈正旋函數(shù)分布柵片圖案；8、在上述平面圓盤上的第1個(gè)矩形區(qū)域中制作一個(gè)上述投影圖案，使得該投影圖案盡量位于矩形區(qū)域的中心；該投影圖案的柵線方向平行于該矩形區(qū)域的相位基準(zhǔn)線；該投影圖案中間一個(gè)柵線周期的起點(diǎn)(設(shè)其相位為0)與矩形區(qū)域相位基準(zhǔn)線重合；9、依次在上述平面圓盤上的第i(i≤N)個(gè)矩形區(qū)域中制作一個(gè)上述投影圖案，使得該投影圖案盡量位于矩形區(qū)域的中心；該投影圖案的柵線方向平行于該矩形區(qū)域相位基準(zhǔn)線；該投影圖案中間柵線周期的起點(diǎn)與矩形區(qū)域相位基準(zhǔn)線距離為ti(ti≤T，其相位pi=2π×tiT]]>)；10、完成第一個(gè)投影圖案的所有相位后，依次確定其他待投影柵線圖案，仿照步驟7～9，在剩余的矩形區(qū)域制作不同相位的其他待投影柵線圖案；11、實(shí)際投影過程中，先用步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置將第一個(gè)矩形區(qū)域旋轉(zhuǎn)至投影位置，再對(duì)于每一投影柵線圖案，用步進(jìn)旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)i角度即可將經(jīng)過所需的相位p1投影圖案對(duì)應(yīng)圓盤上矩形區(qū)域旋轉(zhuǎn)至投影位置，并可得到對(duì)應(yīng)相位p1的投影柵線圖案。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的裝置，其特征在于該裝置包括平面圓盤(1)、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸(21)、投影成像鏡頭(3)、投影光源(4)、投影光源聚焦鏡頭(5)、固定支架(6)，其中投影光源(4)位于外殼(7)內(nèi)的一側(cè)，投影成像鏡頭(3)位于外殼(7)另一側(cè)上，投影光源聚焦鏡頭(5)位于投影成像鏡頭(3)與投影光源(4)之間，投影成像鏡頭(3)、投影光源(4)、投影光源聚焦鏡頭(5)的中心線位于同一條軸線上，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)位于投影光源聚焦鏡頭(5)的旁邊，平面圓盤(1)位于投影成像鏡頭(3)和投影光源聚焦鏡頭(5)之間，其中心固定在步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸(21)上，平面圓盤(1)上的矩形窗口(1-3)分布在平面圓盤(1)的圓周上，光柵片分別插在矩形窗口(1-3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的裝置，其特征在于光柵片為一種透光量是矩形條紋分布的柵片，即由完全透光條紋與完全不透光條紋相間分布而成。
3.一種實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影方法，其特征在于采用透光量是矩形條紋分布的光柵片作為投影柵片，將該柵片置于成像裝置中的光源鏡頭與成像鏡頭之間進(jìn)行投影，將成像屏幕放置與成像鏡頭的光軸基本垂直，沿光軸方向分別細(xì)微調(diào)整投影柵片位置、成像鏡頭位置、成像鏡頭焦距，并將上述成像屏幕與成像鏡頭光軸保持基本垂直狀態(tài)且沿成像鏡頭光軸方向移動(dòng)成像屏幕，得到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像。
4.一種實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法，其特征在于采用透光量是矩形條紋分布的柵片作為投影柵片，將該柵片置于成像裝置中的光源鏡頭與成像鏡頭之間進(jìn)行投影，將成像屏幕放置在成像鏡頭的成像聚焦面附近，并與成象鏡頭的光軸基本垂直，得到光強(qiáng)成矩形條紋分布的投影圖像，沿光軸方向移動(dòng)成像屏幕，得到光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影圖像。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)鋸齒形柵線投影及相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法和裝置涉及一種應(yīng)用于三維測(cè)量設(shè)備的光學(xué)投影過程中實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)呈鋸齒形分布的柵線投影以及實(shí)現(xiàn)相位移動(dòng)?xùn)啪€投影的方法和裝置。該裝置包括平面圓盤1、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2、步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸21、投影成像鏡頭3、投影光源4、投影光源聚焦鏡頭5、固定支架6，其中投影光源位于外殼7內(nèi)的一側(cè)，投影成像鏡頭位于外殼另一側(cè)上，投影光源聚焦鏡頭位于投影成像鏡頭與投影光源之間，投影成像鏡頭、投影光源、投影光源聚焦鏡頭的中心線位于同一條軸線上，步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)位于投影光源聚焦鏡頭旁，平面圓盤位于投影成像鏡頭和投影光源聚焦鏡頭之間，其中心固定在步進(jìn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，平面圓盤上的矩形窗口均勻分布在平面圓盤的圓周上，光柵片分另插在矩形窗口上。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1456862SQ03131860
公開日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者衡偉 申請(qǐng)人:東南大學(xué)