专利名称：一种结构光投影用矩形光栅元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光栅元件，特别是一种基于掩模方法制作的包括一组变周期条纹图和一组等周期条纹图的结构光投影用矩形光栅元件，属于机械工程和光学测量技术领域。
背景技术：
随着全球化市场竞争的日趋激烈，快速将多样化的产品推向市场是制造商把握市场先机而求生存的重要保障，因此产品研发速度逐渐成为当代企业赢得全球竞争的第一要素，三维测量技术作为快速产品开发和产品创新设计的重要技术之一，得到了越来越多的重视和应用。光学三维测量在反求工程、产品检测与质量控制、虚拟现实、人体测量、医学工程等领域得到了广泛应用，已成为三维测量的重要途径。在光学三维测量设备中，需要至少一个结构光投影装置和一个图像采集装置。由于目前还没有什么投影技术可以完全满足光学三维测量的要求，因此如何恰当解决结构光投影问题，是光学三维测量中的一个关键问题。
目前，常用的投影系统主要有液晶投影仪，幻灯投影仪等。液晶投影仪通过编程的方法投影数字光栅，具有较好的对齐性，但所投影条纹的光强分布不连续，对比度低，光强较低，景深较小。幻灯投影由若干幻灯片光栅组成，可以获得1100以上的对比度以及较高的光强，实现较大的景深；其不足在于无法保证幻灯片的精确排列，幻灯片之间的切换通过线性或旋转的位移机构实现，不能有效保证光栅的精确对齐。
发明内容
为克服现有技术的不足和缺陷，本发明提出一种基于掩模方法制作的矩形光栅元件，是采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片上制作出两组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图和一组等周期条纹图。每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)，使条纹对齐精度和平行度得到充分保证。
变周期条纹图中任一幅条纹图的周期为前一幅的一半，并满足如下编码规则若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则n幅变周期条纹图形成n比特的<p>图9为直流高压发生器9的一种实现方式，由T101高压工频变压器对输入的220V交流市电进行升压，由V101硅堆进行单向导通控制，由R101进行限流保护。
图5为直流电源的一种实现方式，由T201工频变压器对输入的220V交流市电进行变压和隔离，由B201整流桥进行整流，由R201进行限流保护。
采用上述方法和装置进行实地测试，其测试结果如下
通过上述数据可以看出，本发明能够在长距离的范围内对直敷、直埋或穿管敷设的电缆之电缆故障点进行快速初步测定，其信号强度对比明显，易于为使用者所掌握和实施。
由于本发明采用在待测电缆上注入一叠加音频脉动直流电流信号并检测其电流磁场的方式进行检测，当使用者带着磁场信号接收器沿电缆行进时，能明确的知道是否已走过故障点，对各种直敷、直埋或穿管敷设的电缆，可在大面积的范围内快速地判断故障点的大致位置，可大大缩短长距离敷设电缆的故障查找时间和处理工作量，减少停电故障对用户所造成的损失，其装置制作成本相对低廉，易于为用户接受和实施，便于推广。
本发明可广泛用于各种直埋、穿非金属管敷设或电缆隧道敷设的电缆的故障检测领域。
图1是本发明矩形光栅元件结构示意图。
图中，1是矩形玻璃片，2是变周期条纹图，3是等周期条纹图。
图2是变周期条纹图结构示意图。
图中为第1-n幅变周期条纹图的条纹结构，每幅条纹图可任取(a)、(b)两种形式之一，条纹方向与图1中矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)。
图3是等周期条纹图结构示意图。
图中为第1-4幅基本条纹图的条纹结构，条纹方向与图2中条纹方向相同，即与图1中矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明的矩形光栅元件是采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片1上刻出多幅条纹图，包括一组变周期条纹图2和一组等周期条纹图3，每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片1上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片1的长边方向平行(或垂直)。
如图2所示，变周期条纹图2中每幅条纹图可任取(a)、(b)两种形式之一，从第2幅条纹图开始，其周期依次比前一幅条纹图减小一半，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则n幅条纹图形成一种n比特的二进制编码，包含2n个码词，相邻的码词之间只有一位不同，其中第一幅条纹图的编码值为00...0011...11或11...1100...00，第二幅条纹图的编码值为00...001111...111100...00或11...110000...000011...11，依此类推，倒数第二幅条纹图的编码值为0011110000...000111100或1100001111...1111000011，最后一幅条纹图的编码值为01100...00110或10011...11001，各条纹图可采用图2中的完全形式，也可采用不完全形式，如图2中两虚线之间的部分，条纹图的数量n一般在6到10幅之间，取决于光学三维测量结构光投影的实际要求，各条纹图在矩形玻璃片1上的排列顺序任意。
如图3所示，等周期条纹图3中4幅基本条纹图的周期为变周期条纹图2中最小周期的一半或四分之一，第2至第4幅条纹图依次比前一幅条纹图向左偏移了半个条纹宽度即四分之一周期，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则第1幅条纹图的编码值为01100110...01100110，第2幅条纹图的编码值为11001100...11001100，第3幅条纹图的编码值为10011001...10011001，第4幅条纹图的编码值为00110011...00110011，根据光学三维测量结构光投影的实际要求，可取上述基本条纹图中的任意1到4幅作为扩展，各条纹图在矩形玻璃片1上的排列顺序任意。
根据图1-图3的结构在Ledit软件中设计光栅，设计的每幅条纹图大小相同，条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片1的长边方向平行(或垂直)，使条纹对齐精度和平行度得到充分保证，从而保证了结构光投影的质量。
然后，将设计好的电子文件输入到掩模设备的控制程序，采用掩模方法在矩形玻璃片1上制作光栅元件。在矩形玻璃片1表面覆上一层薄膜，薄膜上再覆上一层电子感光材料，掩模设备将设计的光栅条纹图刻到矩形玻璃片1上，曝光以后，表面曝光的地方用溶剂移去薄膜，即得到所设计的光栅。
最后，对制作好的玻璃片进行适当剪裁，获得光栅元件。
权利要求
一种结构光投影用矩形光栅元件，其特征在于采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片(1)上刻出两组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图(2)和一组等周期条纹图(3)，每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片(1)上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片(1)的长边方向平行(或垂直)，变周期条纹图(2)中从第2幅条纹图开始，其周期依次比前一幅条纹图减小一半，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则n幅条纹图形成一种n比特的二进制编码，包含2n个码词，相邻的码词之间只有一位不同，其中第一幅条纹图的编码值为00...0011...11或11...1100...00，第二幅条纹图的编码值为00...001111...111100...00或11...110000...000011...11，依此类推，倒数第二幅条纹图的编码值为0011110000...000111100或1100001111...1111000011，最后一幅条纹图的编码值为01100...00110或10011...11001，各条纹图可采用完全编码形式，也可采用不完全编码形式，条纹图的数量n一般在6到10幅之间，取决于光学三维测量结构光投影的实际要求；等周期条纹图(3)中4幅基本条纹图的周期为变周期条纹图(2)中最小周期的一半或四分之一，第2至第4幅条纹图依次比前一幅条纹图向左偏移了半个条纹宽度即四分之一周期，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则第1幅条纹图的编码值为01100110…01100110，第2幅条纹图的编码值为11001100…11001100，第3幅条纹图的编码值为10011001…10011001，第4幅条纹图的编码值为00110011…00110011，根据光学三维测量结构光投影的实际要求，可取上述基本条纹图中的任意1到4幅作为扩展。
全文摘要
一种结构光投影用矩形光栅元件，是采用掩模的方法在矩形玻璃片上刻出两组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图和一组等周期条纹图。变周期条纹图中任一幅条纹图的周期为前一幅的一半，形成的二进制码相邻的码词之间只有一位不同；等周期条纹图的周期为变周期条纹图中最小周期的一半或四分之一，各条纹图依次比前一幅向左偏移四分之一周期。每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片上，条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)，使条纹对齐精度和平行度得到充分保证，从而可以极大地提高结构光投影的质量，保证了光学三维测量的精度和稳定性，具有重要的工程实用价值和显著的经济效益。
文档编号G02B27/22GK1719304SQ20051002782
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月18日 优先权日2005年7月18日
发明者蔡怿春 申请人:蔡怿春