[發明專利]一種無衍射柵型結構光條紋投影系統及其方法

無效

• 申請號: 201110004062.6
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102147239A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 周莉萍;干江紅;徐龍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及條紋投影領域，尤其涉及一種無衍射柵型結構光條紋投影系統及其方法。

背景技術

基于條紋投影的相位測量技術可以實現物體三維形貌快速全場測量，該測量技術在很多領域有很好的應用前景，比如機器視覺、生物醫學、質量控制和求逆工程等方面。基于條紋投影的相位測量系統中的投影條紋的特性直接影響到三維形貌測量系統的分辨率與測量精度，并且決定這種測量系統的成本、體積及功率消耗。

現有的用于三維形貌測量條紋投影的方法有：采用基于LCD或者DMD數字投影儀的投影系統，或者采用基于衍射光柵的投影系統，以及采用基于投射光柵的投影系統。

采用基于LCD和DMD投影的數字投影系統可以方便投射各種樣式的條紋并且可以方便的實現移相，但是由于受LCD和DMD分辨率的限制，很難投射出比較細密的正弦條紋，并且投影條紋相位分布不是聯系的，從而使系統測量精度受到限制；另外，投影儀的功率一般較高，發熱量較大，對測量系統的穩定性影響較大。利用衍射光柵及投射光柵投射的條紋對比度較差，并且光柵加工難度較大，另外需要精密的調相機構，系統結構昂貴復雜。

發明內容

針對現有技術中產生投影條紋的相位分辨率不高，對比度低的問題，本發明提供一種無衍射柵型結構光投影系統及其方法，利用光強成正弦分布特性干涉條紋進行投影，得到分辨率高、對比度高的無衍射柵型結構光條紋，有利于提高測量系統的測量精度及抗噪聲能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種無衍射柵型結構光條紋投影系統，包括激光器和濾波準直器，其特征在于，還包括第一分光棱鏡、三角棱鏡、全反射棱鏡組、第二分光棱鏡，其中，

所述第一分光棱鏡，用于將經過所述濾波準直器空間濾波和準直后的光分成兩束相干光，分別為第一光束和第二光束；

所述三角棱鏡，用于將所述第一光束折射后產生微小的偏折，得到第一光束a；

所述全反射棱鏡組，用于改變所述第二光束的光路，得到第二光束b；

所述第二分光棱鏡，用于使所述第一光束a和所述第二光束b分別經其反射或者折射后產生干涉，形成空間無衍射柵型結構光條紋。

本發明所述的無衍射柵型條紋投影系統中，所述三角棱鏡為實現光程調制的光楔。

本發明所述的無衍射柵型條紋投影系統中，該系統還包括用于將所述空間無衍射柵型結構光條紋進行擴束準直來實現寬間距無衍射柵型結構光條紋投影的透鏡組合。

本發明所述的無衍射柵型條紋投影系統中，所述透鏡組合包括至少兩個不同焦距的透鏡和至少一個消除光畸變的補償透鏡。

本發明所述的無衍射柵型條紋投影系統中，所述三角棱鏡在X軸方向上固定，可沿與X軸垂直的Y軸方向精密移動，使經過其偏折后的第一光束產生沿X軸方向的波長量級位移。

本發明所述的無衍射柵型條紋投影系統中，所述全反射棱鏡組包括第一全反射棱鏡和第二全反射棱鏡，所述第二光束順次經過所述第一全反射棱鏡和所述第二全反射棱鏡被全反射，所述第二全反射棱鏡在X軸方向被固定，可沿Y軸方向精密移動，調整經過其全反射后的所述第二光束的出射位置，即調整所述第一光束a和所述第二光束b的交匯區域，從而調整投影條紋區域。

本發明還提供了一種無衍射柵型結構光條紋投影方法，包括以下步驟：

A、將一束平行光經過濾波準直后分為兩束相干光，分別為第一光束和第二光束；

B、使所述第一光束產生微小偏折，得到光程受調制的第一光束a；

C、改變所述第二光束的光路，使其與所述第一光束產生光程差，得到第二光束b；

D、使所述第一光束a和所述第二光束b產生干涉，產生無衍射柵型結構光投影條紋。

作為優化，所述步驟D還對無衍射柵型結構光投影條紋進行擴束，消除畸變與相差，得到寬間距無衍射柵型結構光投影條紋。

本發明所述的無衍射柵型結構光條紋投影方法中，步驟B中，調節所述第一光束，使其產生位移，從而調整投影條紋的相位，從而實現投影條紋的精密移相。

本發明所述的無衍射柵型結構光條紋投影方法中，步驟C中，調節第二光束，使其產生位移，從而調整投影條紋的空間分布。