專(zhuān)利名稱：一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微觀投影裝置，尤其是一種用于三維微觀物體表面形貌測(cè)量中的微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今三維微觀物體表面形貌的測(cè)量，在微機(jī)械，微電子、醫(yī)學(xué)、刑事偵查、自動(dòng)在線檢測(cè)、質(zhì)量控制及許多生產(chǎn)過(guò)程中越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，人們對(duì)三維微觀形貌測(cè)量的要求也越來(lái)越高。條紋結(jié)構(gòu)光三維微觀形貌測(cè)量應(yīng)用中，由于投影和成像的視場(chǎng)均較小故一般采用交叉光軸光路，即投影臂與成像臂成一定的角度，以使投影視場(chǎng)與成像視場(chǎng)重疊(參閱圖 1)，其中R為被測(cè)面，D為投影透鏡、成像透鏡工作距或物距，Lp為投影透鏡，L1為成像透鏡， Op為投影光路光軸，O1為成像光路光軸，B為投影光路光軸與成像光路光軸的距離，V為重疊視場(chǎng)。目前常用的條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置主要包括多頻率條紋投影機(jī)和單頻率條紋投影機(jī)， 前者主要以數(shù)字投影機(jī)為代表后者主要是以光柵或LED為代表的光學(xué)投影機(jī)。由于數(shù)字條紋投影機(jī)的靈活性與精度均好于光學(xué)條紋投影機(jī)，所以數(shù)字條紋投影機(jī)得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。由于投影臂與成像臂的光軸成較大角度且投影視場(chǎng)較小，投影成像透鏡的景深難以滿足要求，不論是數(shù)字條紋投影機(jī)還是光學(xué)條紋投影機(jī)的投影鏡頭均采用沙爾定律光路。德國(guó)GFM公司的MicroCAD采用普通鏡頭的數(shù)字條紋投影機(jī)(參閱圖2)，投影機(jī) 1’的投影透鏡為普通鏡頭2’，其中R為被測(cè)面，0為光源。根據(jù)相位測(cè)量條紋結(jié)構(gòu)光投影原理，投射的條紋需要等間距。而投射等間距的條紋需選用雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，但是對(duì)于數(shù)字條紋投影機(jī)而言，由于雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭一般較長(zhǎng)、投影芯片與投影光源一般為一體，不宜采用沙爾定律光路，因此數(shù)字條紋投影機(jī)不能投射等間距的條紋。意大利Opto-engineering公司采用雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭光學(xué)條紋投影機(jī)(參閱圖3)， 投影機(jī)1”的投影透鏡為雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭2”，光源0與雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭2”之間設(shè)有光柵3”，光柵3”與投影鏡頭2”的光軸傾斜，滿足沙爾定律要求。其中R為被測(cè)面。該光學(xué)條紋投影機(jī)能投出清晰的單頻等間距條紋，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)多頻等間距條紋投影。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)能夠投射等間距條紋的多頻數(shù)字條紋投影機(jī)。有鑒于此特提出本實(shí)用新型。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用小孔徑孔徑光闌的雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，以實(shí)現(xiàn)大角度交叉光軸光路多頻率條紋等間距投影的微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，所述投影裝置的光學(xué)引擎中的投影鏡頭為雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡，雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的孔徑光闌為小孔徑光闌。[0009]所述的小孔徑光闌是指相對(duì)于現(xiàn)有雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的孔徑光闌的孔徑大小，現(xiàn)有的孔徑光闌的孔徑均大于2. 5mm。所述的孔徑光闌為孔徑可變光闌。所述的孔徑光闌的孔徑大小與投影裝置的投影光軸和水平面之間的傾斜角度有關(guān)，傾斜角度越小孔徑越小。所述的孔徑光闌的孔徑小于等于2mm。優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于1. 5mm。再優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于1mm。更優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于0. 5mm。所述投影裝置的投影視場(chǎng)與配合投影裝置使用的成像裝置的成像視場(chǎng)在被測(cè)面重合，成像裝置成像光軸垂直于被測(cè)面，投影裝置的投影光軸與被測(cè)面之間的夾角為銳角。或者，所述的投影鏡頭和投影裝置的本體為分體結(jié)構(gòu)。采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。本實(shí)用新型所述的投影裝置采用小孔徑光闌的雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，實(shí)現(xiàn)了大角度交叉光軸的多頻率條紋投影，且能夠在被測(cè)面上投射出清晰、等間距的條紋圖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；另外，投影裝置的本體和投影鏡頭分體設(shè)計(jì)，能夠消除投影時(shí)振動(dòng)所帶來(lái)的影響，提高測(cè)量精度。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是現(xiàn)有條紋結(jié)構(gòu)光交叉光軸光路示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)采用普通鏡頭的多頻率數(shù)字條紋投影機(jī)投影示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)采用雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭的單頻率光學(xué)條紋投影機(jī)投影示意圖；圖4是本實(shí)用新型微觀數(shù)字條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置投影示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖4所示，本實(shí)用新型所述的投影裝置包括光學(xué)引擎3，所述光學(xué)引擎3中的投影鏡頭4為雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡，雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的孔徑光闌5為小孔徑光闌，光學(xué)引擎3 包括投影光源1和投影芯片2，為一體結(jié)構(gòu)，投影光源1、投影芯片2、雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡4及孔徑光闌5均對(duì)應(yīng)同一投影光軸。一般的，投影裝置需要與成像裝置即攝像機(jī)配合使用才能完成微觀三維形貌測(cè)量的工作，成像透鏡7與攝像機(jī)8構(gòu)成的成像光軸垂直于被測(cè)面6，而投影芯片2和雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡4對(duì)應(yīng)的投影光軸與被測(cè)面6成夾角，現(xiàn)有的雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡在被測(cè)面6上只能投出中間清晰兩側(cè)模糊的等間距條紋圖像。本實(shí)用新型在現(xiàn)有的投影裝置上作出了改進(jìn)，在雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的前后兩端透鏡之間設(shè)置孔徑小于現(xiàn)有孔徑光闌的小孔徑光闌5， 使雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡4在被測(cè)面6上能投出全視場(chǎng)清晰的等間距條紋圖像?？讖焦怅@5的孔徑小于等于2mm，孔徑大小與投影裝置的投影光軸和水平面之間的傾斜角度有關(guān)，傾斜角度越小孔徑越小。優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于1. 5mm ；再優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于Imm ；更優(yōu)選的，所述的孔徑光闌的孔徑小于等于0. 5mm。[0027]雖然小孔徑光闌將使投影透鏡的分辨率降低，但由于本實(shí)用新型用投影透鏡對(duì)條紋圖投影，條紋圖所需的分辨率較低，所以本實(shí)用新型的小孔徑光闌在投影時(shí)能夠滿足需要；由于結(jié)構(gòu)光投影需要投影等間距的條紋，而雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭可以投射等間距條紋。利用計(jì)算機(jī)編程可以投射出不同頻率的條紋圖像。綜上所述采用小孔徑光闌的雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭可投射出清晰、間距相等的多頻率條紋圖像。本實(shí)用新型所述的投影裝置可用于直徑最大達(dá)到50mm物體的投影。本實(shí)用新型所述的投影裝置的本體和投影鏡頭還能夠分體設(shè)計(jì)，申請(qǐng)人在之前申請(qǐng)的專(zhuān)利號(hào)為ZL200720151851. 1的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種投影條紋顯微三維測(cè)量裝置，投影機(jī)和投影鏡頭相分離設(shè)置，分別可調(diào)地安裝于固定架上，投影機(jī)光路與投影鏡頭對(duì)應(yīng)于一條線上。因此投影裝置的本體和投影鏡頭4的分體安裝不再一一表述。本實(shí)用新型所述的投影裝置采用小孔徑孔徑光闌的雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，實(shí)現(xiàn)了大角度交叉光軸的多頻率條紋投影，且能夠在被測(cè)面上投射出清晰、等間距的條紋圖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低；另外，投影裝置的本體和投影鏡頭還可以分體設(shè)計(jì)，能夠消除投影時(shí)振動(dòng)所帶來(lái)的影響，提高測(cè)量精度。上述實(shí)施方式并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變化和改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述投影裝置的光學(xué)引擎中的投影鏡頭為雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡，雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的孔徑光闌為小孔徑光闌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌為孔徑可變光闌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌的孔徑大小與投影裝置的投影光軸和水平面之間的傾斜角度有關(guān)，傾斜角度越小孔徑越小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌的孔徑小于等于2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌的孔徑小于等于1. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌的孔徑小于等于1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的孔徑光闌的孔徑小于等于0. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述投影裝置的投影視場(chǎng)與配合投影裝置使用的成像裝置的成像視場(chǎng)在被測(cè)面重合，成像裝置成像光軸垂直于被測(cè)面，投影裝置的投影光軸與被測(cè)面之間的夾角為銳角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，其特征在于所述的投影鏡頭和投影裝置的本體為分體結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微觀條紋結(jié)構(gòu)光投影裝置，所述投影裝置的光學(xué)引擎中的投影鏡頭為雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡，雙側(cè)遠(yuǎn)心投影透鏡的孔徑光闌為小孔徑光闌；所述的孔徑光闌的孔徑小于等于2mm。本實(shí)用新型所述的投影裝置采用小孔徑孔徑光闌的雙側(cè)遠(yuǎn)心鏡頭，實(shí)現(xiàn)了大角度交叉光軸光路的多頻率條紋投影，且能夠在被測(cè)平面上投射出清晰、等間距的條紋圖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
文檔編號(hào)G02B27/20GK202256888SQ201120398009
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者萬(wàn)小新, 劉威, 劉浪, 龐淑屏, 戰(zhàn)玉臣 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)同聯(lián)集團(tuán)高新技術(shù)有限公司