[发明专利]一种无衍射栅型结构光条纹投影系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及条纹投影领域，尤其涉及一种无衍射栅型结构光条纹投影系统及其方法。

背景技术

基于条纹投影的相位测量技术可以实现物体三维形貌快速全场测量，该测量技术在很多领域有很好的应用前景，比如机器视觉、生物医学、质量控制和求逆工程等方面。基于条纹投影的相位测量系统中的投影条纹的特性直接影响到三维形貌测量系统的分辨率与测量精度，并且决定这种测量系统的成本、体积及功率消耗。

现有的用于三维形貌测量条纹投影的方法有：采用基于LCD或者DMD数字投影仪的投影系统，或者采用基于衍射光栅的投影系统，以及采用基于投射光栅的投影系统。

采用基于LCD和DMD投影的数字投影系统可以方便投射各种样式的条纹并且可以方便的实现移相，但是由于受LCD和DMD分辨率的限制，很难投射出比较细密的正弦条纹，并且投影条纹相位分布不是联系的，从而使系统测量精度受到限制；另外，投影仪的功率一般较高，发热量较大，对测量系统的稳定性影响较大。利用衍射光栅及投射光栅投射的条纹对比度较差，并且光栅加工难度较大，另外需要精密的调相机构，系统结构昂贵复杂。

发明内容

针对现有技术中产生投影条纹的相位分辨率不高，对比度低的问题，本发明提供一种无衍射栅型结构光投影系统及其方法，利用光强成正弦分布特性干涉条纹进行投影，得到分辨率高、对比度高的无衍射栅型结构光条纹，有利于提高测量系统的测量精度及抗噪声能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种无衍射栅型结构光条纹投影系统，包括激光器和滤波准直器，其特征在于，还包括第一分光棱镜、三角棱镜、全反射棱镜组、第二分光棱镜，其中，

所述第一分光棱镜，用于将经过所述滤波准直器空间滤波和准直后的光分成两束相干光，分别为第一光束和第二光束；

所述三角棱镜，用于将所述第一光束折射后产生微小的偏折，得到第一光束a；

所述全反射棱镜组，用于改变所述第二光束的光路，得到第二光束b；

所述第二分光棱镜，用于使所述第一光束a和所述第二光束b分别经其反射或者折射后产生干涉，形成空间无衍射栅型结构光条纹。

本发明所述的无衍射栅型条纹投影系统中，所述三角棱镜为实现光程调制的光楔。

本发明所述的无衍射栅型条纹投影系统中，该系统还包括用于将所述空间无衍射栅型结构光条纹进行扩束准直来实现宽间距无衍射栅型结构光条纹投影的透镜组合。

本发明所述的无衍射栅型条纹投影系统中，所述透镜组合包括至少两个不同焦距的透镜和至少一个消除光畸变的补偿透镜。

本发明所述的无衍射栅型条纹投影系统中，所述三角棱镜在X轴方向上固定，可沿与X轴垂直的Y轴方向精密移动，使经过其偏折后的第一光束产生沿X轴方向的波长量级位移。

本发明所述的无衍射栅型条纹投影系统中，所述全反射棱镜组包括第一全反射棱镜和第二全反射棱镜，所述第二光束顺次经过所述第一全反射棱镜和所述第二全反射棱镜被全反射，所述第二全反射棱镜在X轴方向被固定，可沿Y轴方向精密移动，调整经过其全反射后的所述第二光束的出射位置，即调整所述第一光束a和所述第二光束b的交汇区域，从而调整投影条纹区域。

本发明还提供了一种无衍射栅型结构光条纹投影方法，包括以下步骤：

A、将一束平行光经过滤波准直后分为两束相干光，分别为第一光束和第二光束；

B、使所述第一光束产生微小偏折，得到光程受调制的第一光束a；

C、改变所述第二光束的光路，使其与所述第一光束产生光程差，得到第二光束b；

D、使所述第一光束a和所述第二光束b产生干涉，产生无衍射栅型结构光投影条纹。

作为优化，所述步骤D还对无衍射栅型结构光投影条纹进行扩束，消除畸变与相差，得到宽间距无衍射栅型结构光投影条纹。

本发明所述的无衍射栅型结构光条纹投影方法中，步骤B中，调节所述第一光束，使其产生位移，从而调整投影条纹的相位，从而实现投影条纹的精密移相。

本发明所述的无衍射栅型结构光条纹投影方法中，步骤C中，调节第二光束，使其产生位移，从而调整投影条纹的空间分布。