[发明专利]具全幅对焦的3D影像撷取装置及方法

权利要求书

1.一种用以撷取3D物体的影像的光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：

光源；

网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用；以及

第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽，用以通过所述网格屏蔽接收来自所述光源的图案化的光，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，

其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx³+βy³，其中α和β为系数。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一波前编码组件被设计成用以沿着所述网格屏蔽的多条网网格线集中至少60％的相位调变。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括侦测器，用以利用来自所述投影机臂的结构式照明侦测所述物体。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，还包括位于所述物体与所述侦测器之间的第二波前编码组件，以使在所述侦测器上的所述物体的第一影像与所述网格屏蔽的第二影像具有比不具有所述第二波前编码组件的影像更大的景深。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括循环对称波前编码组件。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述循环对称波前编码组件被表示成P(ρ)＝f(ρ)，其中ρ²＝x²+y²，ρ为所述侦测器的傅立叶平面的半径，而f(ρ)为高阶多项式。

8.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件包括高阶可分离函数。

9.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一与第二波前编码组件的每一个包括三次函数。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，关于所述第二波前编码组件的所述三次函数被表示为–(αX′³+βY′³)，其中Y′轴线位在与Y轴线相同的方向，Z′轴线位在与X轴线相同的方向，以及X′轴线位在z轴线的相反方向。

11.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二波前编码组件被设计成是可移动或可移除的。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述网格屏蔽与所述第一波前编码组件为单一组件的一部分，所述单一组件包括模压塑料。

13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，来自所述光源的光包括可见光与红外光的至少一个。

14.一种用以撷取3D物体的影像的折迭式光学系统，所述光学系统包括一种供所述物体的结构式照明用的投影机臂，其特征在于，所述投影机臂包括：

光源；

网格屏蔽，安置在所述光源与所述物体之间，以供所述物体的结构式照明用，

第一波前编码组件，具有安置在所述网格屏蔽与所述物体之间的相位调变屏蔽；以及

分光器，在所述第一波前编码组件与所述物体之间，用以改变来自所述光源的光方向，其中将所述第一波前编码组件并入所述系统允许与不具有所述第一波前编码组件的系统相比所述网格屏蔽被侦测遍及景深的较宽范围，以使所述网格屏蔽的矩心透过所述景深的所述较宽范围而被正确决定，

其中，关于方向z平行于所述投影机臂的光轴线的直角坐标系统(x,y,z)，所述第一波前编码组件具有的相位轮廓定义为P(x,y)＝αx³+βy³，其中α和β为系数。

15.根据权利要求14所述的折迭式光学系统，其特征在于，所述景深为相对于所述光源的中心波长的散焦的中心波长的至少一半。