[发明专利]纵向干涉条纹图案投影透镜、光学系统及三维图像采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纵向干涉条纹图案投影透镜、光学系统以及三维图像采集装置，具体涉及适于对由光束干涉形成的纵向干涉条纹图案进行投影的纵向干涉条纹图案投影透镜。

背景技术

例如在JP-A-2005-331784(这里所用的术语“JP-A”是指“未审公开的日本专利申请”)中描述了一种通过引起光束干涉而形成同心干涉图案的光学透镜系统，该专利申请未描述纵向干涉条纹图案的形成。迄今，已经利用衍射光栅来形成纵向干涉条纹图案。利用宽度为光的波长等级的狭缝(或开口)作为衍射光栅的构成部件。为了提高光的利用效率，在利用狭缝的衍射光栅中，通常布置多个狭缝以增加通过狭缝并被其衍射的光的量。然而，在光栅中布置有多个狭缝的情况下，传统光栅的缺陷在于尽管对应于零级干涉的光强极高，然而光强随着像第一级、第二级、第三级…的干涉等级的增加而迅速降低。为解决该缺陷，采用了将狭缝数量减小到例如两个的方法。然而，光的利用效率(即光通过狭缝的比率)大大降低。

可选的是，采用利用光学棱镜形成干涉条纹图案的方法。该方法在形成尺寸可与棱镜尺寸相当的干涉条纹图案的情况下是有效的。然而，该方法不适用于干涉条纹图案的广角投影。在使用棱镜对干涉条纹图案进行广角投影的情况下，图案中央部分的光强比图案周边部分的光强大得多。即，与图案中央部分的光强相比，图案周边部分的光强极低。

在使用狭缝(例如，两个狭缝)作为用于干涉条纹图案的广角投影部件的情况下，光强较低。因而不能利用该方法。在利用光学棱镜的情况下，图案中央部分的光强极高。图案周边部分的光强极低。因而，不能实现干涉条纹图案的广角投影。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够以高光强对纵向干涉条纹图案进行广角投影的纵向干涉条纹图案投影透镜。

(1)根据本发明的第一方面，一种纵向干涉条纹图案投影透镜包括：透镜主体；透镜第一表面，该透镜第一表面构成所述透镜主体的一个表面，并具有沿恒定方向彼此平行地延伸且形状相同的两个凸部或凹部；以及透镜第二表面，该透镜第二表面构成所述透镜主体的另一表面，其中，通过一个凸部或凹部的激光与通过另一凸部或凹部的激光相干涉，从而形成纵向干涉条纹图案。

(2)如第(1)项所述的纵向干涉条纹图案投影透镜，其中，所述两个凸部或凹部在所述透镜第一表面上彼此平行地线性延伸；并且所述透镜第二表面具有平面形状。

(3)如第(1)项所述的纵向干涉条纹图案投影透镜，其中，所述透镜第一表面和所述透镜第二表面位于绕一点形成的同心圆的圆弧上。

(4)如第(1)至第(3)项中任一项所述的纵向干涉条纹图案投影透镜，其中，所述两个凸部或凹部的位于沿所述透镜主体的光轴的平面内的截面形状均由表达为下式(1)的曲线表示：

x＝a*||y|-b|^n    (1)

其中，a、b和n表示实数，a不等于0，b大于0，n大于0而小于4，||表示绝对值，^表示取幂。

(5)根据本发明的第二方面，一种光学系统包括：前透镜，该前透镜将从光源放射的光束改变成平行光线；纵向干涉条纹图案投影透镜，该纵向干涉条纹图案投影透镜包括透镜主体、透镜第一表面和透镜第二表面，该透镜第一表面构成所述透镜主体的一个表面，并具有沿恒定方向彼此平行地延伸且形状相同的两个凸部或凹部，该透镜第二表面构成所述透镜主体的另一表面，并且所述纵向干涉条纹图案投影透镜使从所述前透镜输出的、通过一个凸部或凹部的光与通过另一凸部或凹部的激光相干涉，从而投影出纵向干涉条纹图案；以及后透镜，该后透镜对从所述纵向干涉条纹图案投影透镜输出的光进行广角投影。

(6)根据本发明的第三方面，一种光学系统包括：前透镜，该前透镜将从光源放射的光束改变成平行光线；纵向干涉条纹图案投影透镜，该纵向干涉条纹图案投影透镜包括透镜主体、透镜第一表面和透镜第二表面，该透镜第一表面构成所述透镜主体的一个表面，并具有形状相同且沿恒定方向延伸的两个凸部或凹部，该透镜第二表面构成所述透镜主体的另一表面，并且所述透镜第一表面和所述透镜第二表面位于绕一点形成的同心圆的圆弧上，其中，所述纵向干涉条纹图案投影透镜使从所述前透镜输出的、通过一个凸部或凹部的光与通过另一凸部或凹部的激光相干涉，从而投影出纵向干涉条纹图案。

(7)如第(5)或(6)项所述的光学系统，该光学系统还包括限制投影范围的窗口，该投影范围即所述纵向干涉条纹图案投影透镜投影出纵向干涉条纹图案的范围，从而使由所述纵向干涉条纹图案投影透镜投影的纵向干涉条纹图案的条纹数为期望值。