[发明专利]一种产生长距离近似无衍射栅型线结构光的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学系统领域技术，尤其是指一种产生长距离近似无衍射栅型线结构光的光学系统。

背景技术

近似无衍射栅型线结构光的横向光强分布为正弦分布（如图1所示），并且在传输过程中横向光强分布以及横向光斑条纹尺寸近似不变，将其应用于条纹投影相位测量技术可以实现物体三维形貌快速测量，并且在很多相关领域有很好的应用前景，例如：机器视觉、生物医学、质量控制、逆向工程等，而在条纹投影相位测量技术中用于投影的条纹特性直接影响到测量系统的分辨率、测量精度，成本、体积，系统功耗等。

目前产生投影条纹的主要方法：LCD/DMD数字投影仪，衍射光栅，投射光栅等。数字投影仪产生的投影条纹分辨率较低，且随测量距离增加光斑条纹发散较大，衍射光栅或者投射光栅产生条纹的对比度较差，且光栅的加工难度、成本较高。

因此，需要研究出一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种产生长距离近似无衍射栅型线结构光的光学系统，其有效解决了现有技术产生的投影条纹应用于条纹投影相位测量技术时分辨率较低、对比度较差等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种产生长距离近似无衍射栅型线结构光的光学系统，包括有光学导轨、在光学导轨上沿光路依次设置的激光器、望远镜准直扩束系统、矩形光阑、前置三角棱镜、柱面透镜及后置三角棱镜，其中，该后置三角棱镜的底角大于前置三角棱镜的底角；

激光器发出的激光束通过望远镜准直扩束系统后形成近似平面波，该平面波通过矩形光阑入射到前置三角棱镜并于前置三角棱镜后形成近似无衍射区域，前述柱面透镜位于该近似无衍射区域内，该柱面透镜到前置三角棱镜的距离小于近似无衍射区域的长度且大于柱面透镜的焦距。

作为一种优选方案，所述前置三角棱镜和后置三角棱镜均为等腰三角棱镜。

作为一种优选方案，所述前置三角棱镜和后置三角棱镜均具有一垂直光路方向设置的入射面，所述前置三角棱镜的底角及后置三角棱镜的底角均由相应的入射面和入射面的相邻面夹设而成。

作为一种优选方案，所述柱面透镜外表面两侧具有相互对称的圆弧面结构。

作为一种优选方案，所述柱面透镜的截面呈椭圆形结构。

本发明采用上述技术方案后，其有益效果在于，通过改变柱面透镜的焦距、柱面透镜和后置三角棱镜之间的距离及前置三角棱镜和后置三角棱镜的底角之差可以调节近似无衍射栅型线结构光的焦深（最大近似无衍射距离）；利用具有一定发散角的柱面波照射三角棱镜来产生大焦深的近似无衍射栅型线结构光，该光束的最大近似无衍射距离相对普通三角棱镜产生的近似无衍射栅型线结构光大大增加，且光斑发散相对较小，有效提高了光束质量及能量利用率，有效解决了现有技术产生的投影条纹应用于条纹投影相位测量技术时分辨率较低、对比度较差等问题；同时，各光学元件易于加工制作、降低了生产成本。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：

附图说明

图1是近似无衍射线结构光的横向光强分布（栅型结构）示意图；

图2是本发明之较佳实施例中各光学元件的布置结构示意图；

图3是本发明之较佳实施例中柱面透镜的立体结构示意图；

图4是本发明之较佳实施例中三角棱镜的立体结构示意图；

图5是本发明之较佳实施例中产生近似无衍射线结构光的光路示意图。

附图标识说明：

10、光学导轨                20、激光器

30、望远镜准直扩束系统      40、矩形光阑

50、前置三角棱镜            51、入射面

52、相邻面                  53、相邻面

60、柱面透镜                70、后置三角棱镜

71、入射面                  72、相邻面

73、相邻面

具体实施方式