专利名称：一种微观条纹结构光投影装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微观投影装置，尤其是一种用于三维微观物体表面形貌测量中的微观条纹结构光投影装置。
背景技术：
现今三维微观物体表面形貌的测量，在微机械，微电子、医学、刑事侦查、自动在线检测、质量控制及许多生产过程中越来越广泛地应用，人们对三维微观形貌测量的要求也越来越高。条纹结构光三维微观形貌测量应用中，由于投影和成像的视场均较小故一般采用交叉光轴光路，即投影臂与成像臂成一定的角度，以使投影视场与成像视场重叠(参阅图 1)，其中R为被测面，D为投影透镜、成像透镜工作距或物距，Lp为投影透镜，L1为成像透镜， Op为投影光路光轴，O1为成像光路光轴，B为投影光路光轴与成像光路光轴的距离，V为重叠视场。目前常用的条纹结构光投影装置主要包括多频率条纹投影机和单频率条纹投影机， 前者主要以数字投影机为代表后者主要是以光栅或LED为代表的光学投影机。由于数字条纹投影机的灵活性与精度均好于光学条纹投影机，所以数字条纹投影机得到愈来愈广泛的应用。由于投影臂与成像臂的光轴成较大角度且投影视场较小，投影成像透镜的景深难以满足要求，不论是数字条纹投影机还是光学条纹投影机的投影镜头均采用沙尔定律光路。德国GFM公司的MicroCAD采用普通镜头的数字条纹投影机(参阅图2)，投影机 1’的投影透镜为普通镜头2’，其中R为被测面，0为光源。根据相位测量条纹结构光投影原理，投射的条纹需要等间距。而投射等间距的条纹需选用双侧远心镜头，但是对于数字条纹投影机而言，由于双侧远心镜头一般较长、投影芯片与投影光源一般为一体，不宜采用沙尔定律光路，因此数字条纹投影机不能投射等间距的条纹。意大利Opto-engineering公司采用双侧远心镜头光学条纹投影机(参阅图3)， 投影机1”的投影透镜为双侧远心镜头2”，光源0与双侧远心镜头2”之间设有光栅3”，光栅3”与投影镜头2”的光轴倾斜，满足沙尔定律要求。其中R为被测面。该光学条纹投影机能投出清晰的单频等间距条纹，但无法实现多频等间距条纹投影。综上所述，现有技术尚无能够投射等间距条纹的多频数字条纹投影机。有鉴于此特提出本实用新型。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种采用小孔径孔径光阑的双侧远心镜头，以实现大角度交叉光轴光路多频率条纹等间距投影的微观条纹结构光投影装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是一种微观条纹结构光投影装置，所述投影装置的光学引擎中的投影镜头为双侧远心投影透镜，双侧远心投影透镜的孔径光阑为小孔径光阑。[0009]所述的小孔径光阑是指相对于现有双侧远心投影透镜的孔径光阑的孔径大小，现有的孔径光阑的孔径均大于2. 5mm。所述的孔径光阑为孔径可变光阑。所述的孔径光阑的孔径大小与投影装置的投影光轴和水平面之间的倾斜角度有关，倾斜角度越小孔径越小。所述的孔径光阑的孔径小于等于2mm。优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于1. 5mm。再优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于1mm。更优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于0. 5mm。所述投影装置的投影视场与配合投影装置使用的成像装置的成像视场在被测面重合，成像装置成像光轴垂直于被测面，投影装置的投影光轴与被测面之间的夹角为锐角。或者，所述的投影镜头和投影装置的本体为分体结构。采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。本实用新型所述的投影装置采用小孔径光阑的双侧远心镜头，实现了大角度交叉光轴的多频率条纹投影，且能够在被测面上投射出清晰、等间距的条纹图，结构简单、成本低；另外，投影装置的本体和投影镜头分体设计，能够消除投影时振动所带来的影响，提高测量精度。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的描述。
图1是现有条纹结构光交叉光轴光路示意图；图2是现有技术采用普通镜头的多频率数字条纹投影机投影示意图；图3是现有技术采用双侧远心镜头的单频率光学条纹投影机投影示意图；图4是本实用新型微观数字条纹结构光投影装置投影示意图。
具体实施方式
如图4所示，本实用新型所述的投影装置包括光学引擎3，所述光学引擎3中的投影镜头4为双侧远心投影透镜，双侧远心投影透镜的孔径光阑5为小孔径光阑，光学引擎3 包括投影光源1和投影芯片2，为一体结构，投影光源1、投影芯片2、双侧远心投影透镜4及孔径光阑5均对应同一投影光轴。一般的，投影装置需要与成像装置即摄像机配合使用才能完成微观三维形貌测量的工作，成像透镜7与摄像机8构成的成像光轴垂直于被测面6，而投影芯片2和双侧远心投影透镜4对应的投影光轴与被测面6成夹角，现有的双侧远心投影透镜在被测面6上只能投出中间清晰两侧模糊的等间距条纹图像。本实用新型在现有的投影装置上作出了改进，在双侧远心投影透镜的前后两端透镜之间设置孔径小于现有孔径光阑的小孔径光阑5， 使双侧远心投影透镜4在被测面6上能投出全视场清晰的等间距条纹图像。孔径光阑5的孔径小于等于2mm，孔径大小与投影装置的投影光轴和水平面之间的倾斜角度有关，倾斜角度越小孔径越小。优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于1. 5mm ；再优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于Imm ；更优选的，所述的孔径光阑的孔径小于等于0. 5mm。[0027]虽然小孔径光阑将使投影透镜的分辨率降低，但由于本实用新型用投影透镜对条纹图投影，条纹图所需的分辨率较低，所以本实用新型的小孔径光阑在投影时能够满足需要；由于结构光投影需要投影等间距的条纹，而双侧远心镜头可以投射等间距条纹。利用计算机编程可以投射出不同频率的条纹图像。综上所述采用小孔径光阑的双侧远心镜头可投射出清晰、间距相等的多频率条纹图像。本实用新型所述的投影装置可用于直径最大达到50mm物体的投影。本实用新型所述的投影装置的本体和投影镜头还能够分体设计，申请人在之前申请的专利号为ZL200720151851. 1的中国实用新型专利公开了一种投影条纹显微三维测量装置，投影机和投影镜头相分离设置，分别可调地安装于固定架上，投影机光路与投影镜头对应于一条线上。因此投影装置的本体和投影镜头4的分体安装不再一一表述。本实用新型所述的投影装置采用小孔径孔径光阑的双侧远心镜头，实现了大角度交叉光轴的多频率条纹投影，且能够在被测面上投射出清晰、等间距的条纹图，结构简单、 成本低；另外，投影装置的本体和投影镜头还可以分体设计，能够消除投影时振动所带来的影响，提高测量精度。上述实施方式并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述投影装置的光学引擎中的投影镜头为双侧远心投影透镜，双侧远心投影透镜的孔径光阑为小孔径光阑。
2.根据权利要求1所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑为孔径可变光阑。
3.根据权利要求1或2所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑的孔径大小与投影装置的投影光轴和水平面之间的倾斜角度有关，倾斜角度越小孔径越小。
4.根据权利要求1或2所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑的孔径小于等于2mm。
5.根据权利要求4所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑的孔径小于等于1. 5mm。
6.根据权利要求5所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑的孔径小于等于1mm。
7.根据权利要求6所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的孔径光阑的孔径小于等于0. 5mm。
8.根据权利要求3所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述投影装置的投影视场与配合投影装置使用的成像装置的成像视场在被测面重合，成像装置成像光轴垂直于被测面，投影装置的投影光轴与被测面之间的夹角为锐角。
9.根据权利要求1所述的一种微观条纹结构光投影装置，其特征在于所述的投影镜头和投影装置的本体为分体结构。
专利摘要本实用新型公开了一种微观条纹结构光投影装置，所述投影装置的光学引擎中的投影镜头为双侧远心投影透镜，双侧远心投影透镜的孔径光阑为小孔径光阑；所述的孔径光阑的孔径小于等于2mm。本实用新型所述的投影装置采用小孔径孔径光阑的双侧远心镜头，实现了大角度交叉光轴光路的多频率条纹投影，且能够在被测平面上投射出清晰、等间距的条纹图，结构简单、成本低。
文档编号G02B27/20GK202256888SQ201120398009
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者万小新, 刘威, 刘浪, 庞淑屏, 战玉臣 申请人:沈阳同联集团高新技术有限公司