[发明专利]一种产生宽测量区域近似无衍射结构光的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，具体是指一种产生宽测量区域近似无衍射结构光的光学系统。

背景技术

近似无衍射结构光在基于光学技术的非接触三维形貌测量中有着广泛的应用，其光强成正弦分布特性，并在其焦深范围内保持不变。和目前大部分商用设备采用数字投影仪、投射光栅等得到的结构光相比，其具有对比度高，分辨率高，焦深长的特点。目前用于产生近似无衍射结构光的方法主要有：三角形截面棱镜、组合三角形截面棱镜、改进的马赫-泽德干涉光学系统等。这些方法都存在共同的问题：所得到正弦条纹的分布区域很窄（如图1所示，图中斜线部分为正弦条纹的分布区域，其最大宽度L等于入射光束尺寸的一半），不适合应用于大范围全场测量的场合。有文献采用球面透镜组对已经产生的近似无衍射结构光进行放大，拓展测量范围。但是在扩大测量范围的同时也将正弦条纹间距放大，这样会造成系统测量分辨率的下降。

有鉴于此，本发明人对近似无衍射结构光产生机理进行深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生宽测量区域近似无衍射结构光的光学系统，兼具有宽的测量区域和保持高测量分辨率特点；而且系统结构简单、元件加工方便，同时易于操作，能够方便的对所产生近似无衍射结构光的相关参数进行调整，以适应不同测量场合的需要。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种产生宽测量区域近似无衍射结构光的光学系统，包括激光器、滤波准直器、分光棱镜、二扩束棱镜组；所述激光器、滤波准直器及分光棱镜沿光路依次设置，该激光器发出的激光束通过滤波准直器形成平行光，该平行光通过所述分光棱镜形成不相平行的两束相干光，该两束相干光分别通过所述二扩束棱镜组后交汇干涉产生宽测量区域近似无衍射结构光。

所述扩束棱镜组包括沿光路设置的二扩束棱镜。

所述扩束棱镜组的扩束棱镜表面镀有减反膜。

采用上述方案后，本发明相对于现有技术的有益效果在于：系统中，激光器作为系统光源，滤波准直器对激光束进行空间滤波和准直以产生性能良好的平行光；分光棱镜将入射平行光分成存在一定夹角的两束相干光（分别为第一光束和第二光束）。之后通过两组扩束棱镜组的折射作用，一方面改变第一光束和第二光束的空间角度，使其分别通过对应棱镜组后能够在空间交汇产生干涉，形成近似无衍射结构光；另一方面对第一光束和第二光束的束宽进行扩展，使两束输出光束的束宽能够大于入射光束的束宽，以达到增加正弦条纹的分布区域宽度的目的。

综上，本发明光学系统结构简单、元件加工方便，同时易于操作，既具有宽的测量区域（即正弦条纹的分布区域宽）又能够保持高测量分辨率。具体实施时还可通过对扩束棱镜组的空间位置和角度进行调节，来调整所产生近似无衍射结构光的相关参数，以适应不同测量场合的需要。另外本发明光学系统中未采用各种类型的透镜，因此还能够有效避免因为透镜像差带来的测量误差。

附图说明

图1是现有技术三角棱镜产生近似无衍射结构光的示意图；

图2是本发明较佳实施例产生近似无衍射结构光的光路示意图；

图3是本发明扩束棱镜示意图。

标号说明

激光器          1       滤波准直器      2

分光棱镜        3       扩束棱镜组      4

扩束棱镜       41

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本案涉及一种产生宽测量区域近似无衍射结构光的光学系统，如图2-3所示，包括激光器1、滤波准直器2、分光棱镜3及二扩束棱镜组4。具体实施时，上述各光学元件依次放置于稳定的工作平台，所述激光器1、滤波准直器2及分光棱镜3沿激光器1光路依次设置，二扩束棱镜组4并排设于分光棱镜3的后方。

如图2所示，激光器1作为系统光源，其发出的激光束通过滤波准直器2，由该滤波准直器2对激光束进行空间滤波和准直以产生性能良好的平行光；该平行光通过分光棱镜3形成不相平行的两束相干光，即分光棱镜3将入射平行光分成两束相干光，得到第一光束和第二光束，该两束平行光之间存在一定夹角；两束相干光分别通过二扩束棱镜组4后交汇干涉，即产生近似无衍射结构光（图2中斜线部分）。该近似无衍射结构光具有宽测量区域，由二扩束棱镜组4作用，所述第一光束和第二光束的束宽（M）进行扩展，使两束输出光束的束宽能够大于入射光束的束宽，以达到增加正弦条纹的分布区域宽度的目的。