專利名稱：一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的橫向光強分布為正弦分布(如圖1所示)，并且在傳輸過程中橫向光強分布以及橫向光斑條紋尺寸近似不變，將其應(yīng)用于條紋投影相位測量技術(shù)可以實現(xiàn)物體三維形貌快速測量，并且在很多相關(guān)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，例如機器視覺、生物醫(yī)學(xué)、質(zhì)量控制、逆向工程等，而在條紋投影相位測量技術(shù)中用于投影的條紋特性直接影響到測量系統(tǒng)的分辨率、測量精度，成本、體積，系統(tǒng)功耗等。目前產(chǎn)生投影條紋的主要方法LCD/DMD數(shù)字投影儀，衍射光柵，投射光柵等。數(shù)字投影儀產(chǎn)生的投影條紋分辨率較低，且隨測量距離增加光斑條紋發(fā)散較大，衍射光柵或者投射光柵產(chǎn)生條紋的對比度較差，且光柵的加工難度、成本較高。因此，需要研究出一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其有效解決了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的投影條紋應(yīng)用于條紋投影相位測量技術(shù)時分辨率較低、對比度較差等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，包括有光學(xué)導(dǎo)軌、在光學(xué)導(dǎo)軌上沿光路依次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、前置三角棱鏡、柱面透鏡及后置三角棱鏡，其中，該后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角；激光器發(fā)出的激光束通過望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)后形成近似平面波，該平面波通過矩形光闌入射到前置三角棱鏡并于前置三角棱鏡后形成近似無衍射區(qū)域，前述柱面透鏡位于該近似無衍射區(qū)域內(nèi)，該柱面透鏡到前置三角棱鏡的距離小于近似無衍射區(qū)域的長度且大于柱面透鏡的焦距。作為一種優(yōu)選方案，所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均為等腰三角棱鏡。作為一種優(yōu)選方案，所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均具有一垂直光路方向設(shè)置的入射面，所述前置三角棱鏡的底角及后置三角棱鏡的底角均由相應(yīng)的入射面和入射面的相鄰面夾設(shè)而成。作為一種優(yōu)選方案，所述柱面透鏡外表面兩側(cè)具有相互對稱的圓弧面結(jié)構(gòu)。作為一種優(yōu)選方案，所述柱面透鏡的截面呈橢圓形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，其有益效果在于，通過改變柱面透鏡的焦距、柱面透鏡和后置三角棱鏡之間的距離及前置三角棱鏡和后置三角棱鏡的底角之差可以調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的焦深(最大近似無衍射距離)；利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光，該光束的最大近似無衍射距離相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光大大增加，且光斑發(fā)散相對較小，有效提高了光束質(zhì)量及能量利用率，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的投影條紋應(yīng)用于條紋投影相位測量技術(shù)時分辨率較低、對比度較差等問題；同時，各光學(xué)元件易于加工制作、降低了生產(chǎn)成本。為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明


圖1是近似無衍射線結(jié)構(gòu)光的橫向光強分布(柵型結(jié)構(gòu))示意圖；圖2是本發(fā)明之較佳實施例中各光學(xué)元件的布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明之較佳實施例中柱面透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明之較佳實施例中三角棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明之較佳 實施例中產(chǎn)生近似無衍射線結(jié)構(gòu)光的光路示意圖。附圖標(biāo)識說明10、光學(xué)導(dǎo)軌20、激光器30、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng) 40、矩形光闌50、前置三角棱鏡51、入射面52、相鄰面53、相鄰面60、柱面透鏡70、后置三角棱鏡71、入射面72、相鄰面73、相鄰面
具體實施例方式請參見圖3至圖5所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有光學(xué)導(dǎo)軌10、在光學(xué)導(dǎo)軌10上沿光路依次設(shè)置的激光器20、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)30、矩形光闌40、前置三角棱鏡50、柱面透鏡60及后置三角棱鏡70，其中，前置三角棱鏡50和后置三角棱鏡70均為等腰三角棱鏡，且該后置三角棱鏡70的底角大于前置三角棱鏡50的底角(SPr2>ri)，從圖5可以看出，前述前置三角棱鏡50和后置三角棱鏡70均具有一垂直光路方向設(shè)置的入射面(51和71)，所述前置三角棱鏡50的底角Γι系由相應(yīng)的入射面51和入射面51的相鄰面52或53夾設(shè)而成，所述后置三角棱鏡70的底角r2由相應(yīng)的入射面71和入射面71的相鄰面72或73夾設(shè)而成；該柱面透鏡60外表面兩側(cè)具有相互對稱的圓弧面結(jié)構(gòu)，于本實施例中，前述柱面透鏡60的截面呈橢圓形結(jié)構(gòu)。激光器20產(chǎn)生的激光束通過望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)30形成近似平面波，通過一個矩形光闌40入射到前置三角棱鏡50，在前置三角棱鏡50后形成長度大約為z=a/ [ (n_l) rj的近似無衍射區(qū)域，其中a為前置三角棱鏡50底部尺寸，η為前置三角棱鏡50材料折射率，A為前置三角棱鏡50底角。沿著激光光路在ζ的范圍內(nèi)放置一個焦距為f的柱面透鏡60，柱面透鏡60距離前置三角棱鏡50的距離Cl1滿足fyz，此時在柱面透鏡60焦平面的位置上會形成兩條平行的焦線。這兩個線光源發(fā)出具有一定發(fā)散角Θ的柱面波。然后這兩束具有一定發(fā)散角的柱面波照射在后置三角棱鏡70上，形成近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光，該光束的焦深(最大近似無衍射距離)相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光大大增加，而光斑發(fā)散相對較小。該項技術(shù)主要是利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光，具體系利用柱面透鏡聚焦前置三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光來形成兩條具有發(fā)散角的線光源，然后用這兩條具有發(fā)散角的線光源照射后置三角棱鏡，在后置三角棱鏡后將形成大焦深的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光。通過改變柱面透鏡的焦距f，柱面透鏡60和后置三角棱鏡70之間的距離d，前置三角棱鏡50和后置三角棱鏡70的底角之差(r2-ri)來調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的焦深(最大近似無衍射距離)。改變柱面透鏡60焦距f可以調(diào)節(jié)焦線I和焦線2產(chǎn)生柱面波的發(fā)散角Θ，改變柱面透鏡60和后置三角棱鏡70之間的距離d可以調(diào)節(jié)焦線1、焦線2照射在后置三角棱鏡70上的寬度s，改變前置三角棱鏡50和后置三角棱鏡70的底角之差(r2-ri)可以調(diào)節(jié)后置三角棱鏡70之后光束的發(fā)散角。本發(fā)明的設(shè)計重點在于，主要系通過改變柱面透鏡的焦距、柱面透鏡和后置三角棱鏡之間的距離及前置三角棱鏡和后置三角棱鏡的底角之差來調(diào)節(jié)近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的焦深(最大近似無衍射 距離)，利用具有一定發(fā)散角的柱面波照射三角棱鏡來產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光，該光束的最大近似無衍射距離相對普通三角棱鏡產(chǎn)生的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光大大增加，且光斑發(fā)散相對較小，有效提高了光束質(zhì)量及能量利用率，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的投影條紋應(yīng)用于條紋投影相位測量技術(shù)時分辨率較低、對比度較差等問題；同時，各光學(xué)元件易于加工制作、降低了生產(chǎn)成本。以上所述，僅是本發(fā)明的第一種實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括有光學(xué)導(dǎo)軌、在光學(xué)導(dǎo)軌沿光路依次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、前置三角棱鏡、柱面透鏡及后置三角棱鏡，其中，該后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角； 激光器發(fā)出的激光束通過望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)后形成近似平面波，該平面波通過矩形光闌入射到前置三角棱鏡并于前置三角棱鏡后形成近似無衍射區(qū)域，前述柱面透鏡位于該近似無衍射區(qū)域內(nèi)，該柱面透鏡到前置三角棱鏡的距離小于近似無衍射區(qū)域的長度且大于柱面透鏡的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均為等腰三角棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述前置三角棱鏡和后置三角棱鏡均具有一垂直光路方向設(shè)置的入射面，所述前置三角棱鏡的底角及后置三角棱鏡的底角均由相應(yīng)的入射面和入射面的相鄰面夾設(shè)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述柱面透鏡外表面兩側(cè)具有相互對稱的圓弧面結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述柱面透鏡的截面呈橢圓形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種產(chǎn)生長距離近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光的光學(xué)系統(tǒng)，包括光學(xué)導(dǎo)軌、在光學(xué)導(dǎo)軌上沿光路依次設(shè)置的激光器、望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、矩形光闌、前置三角棱鏡、柱面透鏡及后置三角棱鏡，該后置三角棱鏡的底角大于前置三角棱鏡的底角；激光器發(fā)出的激光束通過望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)后形成近似平面波，該平面波通過矩形光闌入射到前置三角棱鏡并于前置三角棱鏡后形成近似無衍射區(qū)域，柱面透鏡位于該近似無衍射區(qū)域內(nèi)，該柱面透鏡到前置三角棱鏡的距離小于近似無衍射區(qū)域的長度且大于柱面透鏡的焦距；藉此，產(chǎn)生大焦深的近似無衍射柵型線結(jié)構(gòu)光，且光斑發(fā)散相對較小，解決了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的投影條紋應(yīng)用時分辨率較低、對比度較差等問題。
文檔編號G01B11/25GK103048789SQ201310003720
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者吳志偉 申請人:泉州師范學(xué)院