点源全息图测距装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种点源全息图测距装置，该装置沿着光路前进方向依次设置有半导体激光器（10）、平面反射镜（9）、测量点（1）、透镜（2）、线偏振片（3）、1/4波片（4）、双折射晶体（5）、线偏振片（6）、电子耦合器件（7）以及计算机处理系统（8），所述装置在线偏振片（3）与线偏振片（6）的光轴相互垂直时采集第一全息图，在二者的光轴相互平行时采集第二全息图，根据该第一全息图和第二全息图的差值处理得到测量点（1）的实际距离。本实用新型由于采用了共轴光路测量系统，可以大大增强系统的抗干扰性，具有稳定、高效率及不受被测表面特性影响的特点，可以达到1微米的测量精度，在工业领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】点源全息图测距装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种激光测距装置，具体涉及到一种点源全息图测距装置。
【背景技术】
[0002]自激光面世以来，激光测距技术在大地勘测、工业控制及三维外形轮廓获取等方面具有重要的应用，并不断得到飞速的发展。
[0003]飞行时间法是一种典型的激光测距技术。这种技术中，通过向合作目标发射激光脉冲，测量激光脉冲从合作目标返回的时间来获得待测距离。该技术利用了激光脉冲持续时间短，能量在时间上相对集中，瞬时功率大的特点，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。在进行几公里的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射也可以进行测距。飞行时间法一般进行中长程距离的测量，测量精度一般为I米左右。
[0004]相位法是另外一种典型的激光测距技术。这种技术利用固定频率的高频正弦信号，对连续激光进行幅度调制并测定调制光往返一次所产生的相位延迟，再根据调制信号的频率，换算该相位延迟所代表的距离。相位法激光测距一般用于中短程距离的测量，测量精度最闻可以达到晕米量级。
[0005]三角法是用一束激光照射到被测物体上产生光斑，由物体表面散射或反射的光经过透镜将光斑成像在焦平面上，焦平面上放置位置敏感器件。当物体移动或用光束扫描物体外形轮廓时，光斑位置发生移动，其位于焦平面附近的像相应的发生位置变化，通过位置敏感器件可以测出物体的位移量或其外形轮廓。三角法测距时容易受测量斜面的限制。
[0006]上述现有的测距技术存在一些缺陷，例如，当应用到工业领域的三维面型测量时，这些技术的测距精度达不到要求，并且容易受到测量表面结构的影响而导致测量结果不稳定。因此，需要开发一种新型的激光测距技术，以克服现有技术的上述缺陷。
实用新型内容
[0007]本实用新型涉及到一种点源全息图测距装置，其利用点光源拍摄全息图的共光路测量系统，可以达到I微米的测量精度，且具有抗干扰性好，稳定、高效率及不受被测表面特性影响的特点，在工业领域具有广泛的应用前景。
[0008]根据本实用新型的第一方面，提供了一种点源全息图测距装置，沿着光路前进方向依次设置有半导体激光器10、平面反射镜9、测量点1、透镜2、线偏振片3、1/4波片4、双折射晶体5、线偏振片6、电子耦合器件(CCD)7以及计算机处理系统8，其中:半导体激光器10用于发出激光；反射镜9设置在半导体激光器10的前方，用于将激光的光路改变至测量点I上；测量点I将激光漫反射出；透镜2用于会聚测量点I漫反射的光，并将测量点成像在1/4波片4之后；线偏振片3设置成偏振方向能够绕系统主轴旋转，用于改变入射光线的偏振方向；1/4波片4设置成其光轴沿竖直方向；双折射晶体5设置成Z轴沿系统主轴方向，y轴沿竖直方 向，χ-y面与系统主轴垂直；线偏振片6设置成光轴与竖直方向的夹角为右偏45°，用于改变入射光线的偏振方向；CCD7用于采集全息图像信号并发送给计算机处理系统8 ;计算机处理系统8用于对所接收的全息图像信号进行处理以得到测量点I到透镜的实际距离；其中所述CCD7在线偏振片3与线偏振片6的光轴相互垂直时采集第一全息图，在二者的光轴相互平行时采集第二全息图，所述计算机处理系统8根据该第一全息图和第二全息图的差值处理得到测量点I的实际距离。
[0009]其中，将线偏振片3设置成使其光轴方向相对竖直方向左偏45°以实现与线偏振片6的光轴相互垂直,将线偏振片3设置成使其光轴方向相对竖直方向右偏45°以实现与线偏振片6的光轴相互平行。
[0010]可选的，所述透镜2设置成使测量点I成像在1/4波片4与双折射晶体5之间。
[0011]可选的，所述线偏振片3是液晶光阀，通过控制液晶光阀的电压实现其偏振方向的改变。
[0012]可选的，所述的双折射晶体5是LiNb03或方解石。
[0013]本实用新型的点源全息图测距装置由于采用了共轴光路测量系统，可以大大增强系统的抗干扰性，具有稳定、高效率及不受被测表面特性影响的特点，可以达到I微米的测量精度。另外，也有利于将光路部分集成在一个较小的体积空间内，便于将其与其它系统，如工业控制系统、测绘系统等实现整合设计，在工业领域具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1显示了本实用新型的点源全息图测距装置的结构示意图；
[0015]图2显示了本实用新型点源全息图测距装置中双折射晶体的工作示意图；
[0016]图3显示了本实用新型点源全息图测距装置中CXD采集到的全息图像示意图，图3a为线偏振片3和6光轴垂直时拍摄的全息图像，图3b为线偏振片3和6光轴平行时拍摄的全息图像；
[0017]图4显示了经过处理后得到的二值化图像和骨架化图像，其中图4a为二值化图像，图4b为骨架化图像。
【具体实施方式】
[0018]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
[0019]图1显示了本实用新型的点源全息图测距装置的结构示意图。
[0020]如图1所示，本实用新型的点源全息图测距装置主要包括光路部分和计算机处理系统8，其中，光路部分沿着光路前进方向依次包括:半导体激光器10、平面反射镜9、测量点1、透镜2、线偏振片3、1/4波片4、双折射晶体5、线偏振片6以及电子耦合器件(CXD)7。
[0021]半导体激光器10用于发出激光。在一个优选实施例中，半导体激光器10发出直径为0.5_，波长为650nm的激光。但本实用新型不限制于此，也可以根据具体情况采用其它类型或波段的激光器。
[0022]反射镜9设置在半导体激光器10的前方，用于将半导体激光器10发出的激光的光路改变至测量点I上。半导体激光器10发出的激光经反射镜9反射后照射到测量点1，测量点I将激光漫反射出。
[0023]透镜2用于会聚测量点I漫反射的光，并将测量点成像在1/4波片4之后。在一个优选实施例中，测量点I成像在1/4波片4与双折射晶体5之间，但本实用新型不限制于此，也可以将测量点成像在双折射晶体5的表面或内部，而不影响本实施例的实施。
[0024]其中，测量点I与透镜2的距离与像点与透镜2的距离满足透镜成像公式:
【权利要求】
1.一种点源全息图测距装置，沿着光路前进方向依次设置有半导体激光器(10)、平面反射镜(9)、测量点(I)、透镜(2)、线偏振片(3)、1/4波片(4)、双折射晶体(5)、线偏振片(6)、电子耦合器件(7)以及计算机处理系统(8)，其中: 半导体激光器(10)用于发出激光； 平面反射镜(9)设置在半导体激光器(10)的前方，用于将激光的光路改变至测量点(I)上； 测量点(I)将激光漫反射出； 透镜(2)用于会聚测量点(I)漫反射的光，并将测量点成像在1/4波片(4)之后； 线偏振片(3)设置成偏振方向能够绕系统主轴旋转，用于改变入射光线的偏振方向； 1/4波片(4)设置成其光轴沿竖直方向； 双折射晶体(5)设置成Z轴沿系统主轴方向，y轴沿竖直方向，x-y面与系统主轴垂直； 线偏振片(6)设置成光轴与竖直方向的夹角为右偏45° ,用于改变入射光线的偏振方向； 电子耦合器件7用于采集全息图像信号并发送给计算机处理系统(8)； 计算机处理系统⑶用于对所接收的全息图像信号进行处理以得到测量点⑴到透镜的实际距离；其中 所述电子I禹合器件7在线偏振片(3)与线偏振片(6)的光轴相互垂直时米集第一全息图，在二者的光轴相互平行时采集第二全息图，所述计算机处理系统(8)根据该第一全息图和第二全息图的差值处理得到测量点(I)的实际距离。
2.根据权利要求1所述的点源全息图测距装置，其中，将线偏振片(3)设置成使其光轴方向相对竖直方向左偏45°以实现与线偏振片(6)的光轴相互垂直,将线偏振片(3)设置成使其光轴方向相对竖直方向右偏45°以实现与线偏振片(6)的光轴相互平行。
3.根据权利要求1所述的点源全息图测距装置，所述透镜(2)设置成使测量点(I)成像在1/4波片⑷与双折射晶体(5)之间。
4.根据权利要求1所述的点源全息图测距装置，所述线偏振片(3)是液晶光阀，通过控制液晶光阀的电压实现其偏振方向的改变。
5.根据权利要求1所述的点源全息图测距装置，其特征在于，所述的双折射晶体(5)是LiNb03或方解石。
【文档编号】G01S17/08GK203759246SQ201420034754
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】赵晓波, 王文斌 申请人:杭州先临三维科技股份有限公司