基于高精度光栅投影装置的光路系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于高精度光栅投影装置的光路系统。
【背景技术】
[0002]非接触式三维测量方法主要以声、光、电磁等为基础，随着数字投影技术和计算机视觉理论的快速发展，光学三维测量已经成为非接触式测量领域的主流方法。光栅投影法是一种结构光三维测量技术，将光栅投影于被测物体表面，通过CCD相机获取变形光栅图像，计算机将采集到的变形条纹进行图像处理，计算物体表面取样点的空间坐标，重构出物体表面的三维信息；在三维测量领域，高质量的光栅条纹与将条纹投射出去的投影技术处于同等重要的位置，而高质量的光栅条纹必须基于高精度的光路系统才可获得，而现有的光路系统精度都普遍较低，为此需要一种高精度的光路系统。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于高精度光栅投影装置的光路系统，该光路系统结构简单，可清晰呈现被测工件的表面纹理，轮廓层次分明。
[0004]本实用新型的技术方案在于:一种基于高精度光栅投影装置的光路系统，包括中心光轴呈水平状的蓝色LED光源及中心光轴呈竖直状的绿色LED光源和红色LED光源，所述蓝色LED光源的光依次透射其前侧的水平准直透镜组、第一分光片及第二分光片；所述绿色LED光源的光透射其上方的第一竖直准直透镜组，且经第一分光片反射并与蓝色LED光源相重合；所述红色LED光源的光透射其上方的第二竖直准直透镜组，且经第二分光片反射并与蓝色和绿色LED光源相重合；所述蓝色LED光源、绿色LED光源和红色LED光源的光重合后经位于第二分光片前侧的光路转换装置引导入位于前侧上方的DMD芯片，所述DMD芯片输出的光经投影镜头由后方输出成像。
[0005]进一步地，所述蓝色LED光源与水平准直透镜组及光路转换装置的中心光轴相重合，所述第一分光片及第二分光片与蓝色LED光源的中心光轴的夹角为45°。
[0006]进一步地，所述绿色LED光源的中心光轴与第一竖直准直透镜组的中心光轴相重合，所述红色LED光源的中心光轴与第二竖直准直透镜组的中心光轴相重合。
[0007]进一步地，所述光路转换装置包括沿光路依次设置的微透镜阵列、位于微透镜阵列前侧的斜置反光镜、依次位于反光镜上方的会聚透镜及棱镜，所述反光镜与微透镜阵列的中心光轴的夹角为35° ~55°。
[0008]进一步地，所述投影镜头包括沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。
[0009]进一步地，所述投影镜头为近场超低变形远心镜头、中场超低变形远心镜头或远场超低变形远心镜头，所述近场超低变形远心镜头的调焦范围为500?300?200mm，所述中场超低变形远心镜头的调焦范围为2500?1500?500mm，所述远场超低变形远心镜头的调焦范围为5000?600?200_。
[0010]与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点:该光路系统结构简单，可清晰呈现被测工件的表面纹理，轮廓层次分明，精确无误地放大20~125倍作精密测量被测工件；同时该光路系统可用于用于近场、中场和远场投影，能有效节省硬件成本，实新一物多用。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的结构示意图；
[0012]图中:1-蓝色LED光源2-绿色LED光源3-红色LED光源4-水平准直透镜组 5-第一分光片 6-第二分光片 7-第一竖直准直透镜组 8-第二竖直准直透镜组9-光路转换装置91-微透镜阵列92-反光镜93-会聚透镜94-棱镜10-DMD芯片11-投影镜头Ila-第一透镜Ilb-第二透镜Ilc-第三透镜Ild-第四透镜12-夹角13-夹角。
【具体实施方式】
[0013]为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。
[0014]参考图1
[0015]一种基于高精度光栅投影装置的光路系统，包括竖直设置的中心光轴呈水平状的蓝色LED光源I及水平设置的中心光轴呈竖直状的绿色LED光源2和红色LED光源3，所述蓝色LED光源的光依次透射位于其前侧的水平准直透镜组4、第一分光片5及第二分光片6 ;所述绿色LED光源的光透射设置于其上方的水平设置的第一竖直准直透镜组7，且经第一分光片反射后并与穿出第一分光片的蓝色LED光源相重合；所述红色LED光源的光透射设置于其上方的第二竖直准直透镜组8，且经第二分光片反射后与穿出第二分光片的重合后的蓝色和绿色LED光源相重合；所述蓝色LED光源、绿色LED光源和红色LED光源的光重合后经位于第二分光片前侧的光路转换装置9引导入位于前侧上方的DMD芯片10，所述DMD芯片为TI公司提供的0.45寸DMD芯片，亮度大于2601m，分辨率为720P。所述DMD芯片将接转换后输出的光信号经光路转换装置中的棱镜折射后反向透射位于棱镜后方的投影镜头11，并有投影镜头向后方输出成像。
[0016]本实施例中，所述蓝色LED光源与水平准直透镜组及光路转换装置的中心光轴相重合，以便直接透射水平准直透镜组，所述第一分光片5及第二分光片6与蓝色LED光源的中心光轴的夹角12分别为45°，以便由第一竖直透镜透射出的绿色LED光经第一分光片折射后与穿出第一分光片的蓝色LED光相重合，同时便于第二竖直透镜透射出的红色LED光经第二分光片折射后与相重合后穿出第二分光片的蓝色LED光及绿色LED光相重合。
[0017]本实施例中，所述绿色LED光源的中心光轴与第一竖直准直透镜组的中心光轴相重合，以便绿色LED光源透射第一竖直准直透镜组，所述红色LED光源的中心光轴与第二竖直准直透镜组的中心光轴相重合，以便红色LED光源透射第二竖直准直透镜组。
[0018]本实施例中，所述光路转换装置包括沿光路依次设置的微透镜阵列91、位于微透镜阵列前侧的斜置反光镜92、依次位于反光镜上方的会聚透镜93及棱镜94，所述反光镜与微透镜阵列的中心光轴的夹角13为35° ~55°。
[0019]本实施例中，所述投影镜头包括沿光路依次设置的第一透镜11a、第二透镜11b、第三透镜Ilc及第四透镜lid。
[0020]本实施例中，所述投影镜头为近场超低变形远心镜头、中场超低变形远心镜头或远场超低变形远心镜头，所述近场超低变形远心镜头的调焦范围为500?300?200mm，其畸变小于0.15% ;所述中场超低变形远心镜头的调焦范围为2500?1500?500mm，其畸变小于0.45% ;所述远场超低变形远心镜头的调焦范围为5000?600?200mm，其畸变小于0.3%ο
[0021]同时所述投影镜头距离300mm时单面可扫描400X300mm2面积，测量景深一般为30_50mm。精度高达 0.002mm。
[0022]该光路系统的工作原理:通过计算机制造出的所需数字光栅条纹经光路转换装置引导入DMD芯片中，该DMD芯片将数字光栅信号转化为光栅，再通过投影镜头将该光栅投影到物体上。
[0023]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【主权项】
1.一种基于高精度光栅投影装置的光路系统，包括中心光轴呈水平状的蓝色LED光源及中心光轴呈竖直状的绿色LED光源和红色LED光源，其特征在于，所述蓝色LED光源的光依次透射其前侧的水平准直透镜组、第一分光片及第二分光片；所述绿色LED光源的光透射其上方的第一竖直准直透镜组，且经第一分光片反射并与蓝色LED光源相重合；所述红色LED光源的光透射其上方的第二竖直准直透镜组，且经第二分光片反射并与蓝色和绿色LED光源相重合；所述蓝色LED光源、绿色LED光源和红色LED光源的光重合后经位于第二分光片前侧的光路转换装置引导入位于前侧上方的DMD芯片，所述DMD芯片输出的光经投影镜头由后方输出成像。
2.根据权利要求1所述的基于高精度光栅投影装置的光路系统，其特征在于，所述蓝色LED光源与水平准直透镜组及光路转换装置的中心光轴相重合，所述第一分光片及第二分光片与蓝色LED光源的中心光轴的夹角为45°。
3.根据权利要求1或2所述的基于高精度光栅投影装置的光路系统，其特征在于，所述绿色LED光源的中心光轴与第一竖直准直透镜组的中心光轴相重合，所述红色LED光源的中心光轴与第二竖直准直透镜组的中心光轴相重合。
4.根据权利要求1所述的基于高精度光栅投影装置的光路系统，其特征在于，所述光路转换装置包括沿光路依次设置的微透镜阵列、位于微透镜阵列前侧的斜置反光镜、依次位于反光镜上方的会聚透镜及棱镜，所述反光镜与微透镜阵列的中心光轴的夹角为.35。-55° 。
5.根据权利要求1所述的基于高精度光栅投影装置的光路系统，其特征在于，所述投影镜头包括沿光路依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。
6.根据权利要求1或5所述的基于高精度光栅投影装置的光路系统，其特征在于，所述投影镜头为近场超低变形远心镜头、中场超低变形远心镜头或远场超低变形远心镜头，所述近场超低变形远心镜头的调焦范围为500?300?200mm，所述中场超低变形远心镜头的调焦范围为2500?1500?500mm，所述远场超低变形远心镜头的调焦范围为5000?.600 ?200mm。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于高精度光栅投影装置的光路系统，包括中心光轴呈水平状的蓝色LED光源及中心光轴呈竖直状的绿色LED光源和红色LED光源，所述蓝色LED光源的光依次透射其前侧的水平准直透镜组、第一分光片及第二分光片；所述绿色LED光源的光透射其上方的第一竖直准直透镜组，且经第一分光片反射并与蓝色LED光源相重合；所述红色LED光源的光透射其上方的第二竖直准直透镜组，且经第二分光片反射并与蓝色和绿色LED光源相重合；所述蓝色LED光源、绿色LED光源和红色LED光源的光重合后经位于第二分光片前侧的光路转换装置引导入位于前侧上方的DMD芯片，所述DMD芯片输出的光经投影镜头由后方输出成像。该光路系统结构简单，可清晰呈现被测工件的表面纹理，轮廓层次分明。
【IPC分类】G01B11-25, G02B27-10
【公开号】CN204479039
【申请号】CN201520117957
【发明人】杨敏, 刘青, 王兰, 马帅
【申请人】福建浩蓝光电有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月27日