一种用于机器视觉的消散斑激光光源装置的制作方法

本实用新型涉及机器视觉照明领域，特别是一种用于机器视觉的消散斑激光光源装置。

背景技术：

在机器视觉领域中，激光照明光源是一种常用的照明光源，尤其在涉及结构光照明的机器视觉领域，激光光源相比于其它照明光源，激光具有更好的方向性，更容易在较大工作行程范围内形成精细的结构光激光照明效果，因此激光光源是一种常用的结构光光源，可用于人脸识别、三维扫描、结构光3d成像等领域。但激光由于其单色性强，波长带宽短，容易在物体表面形成干涉散斑效果。所述干涉散斑效果在图像上表现为激光照明区域的像素亮度值的无序起伏涨落的散斑图案，使得图像细节缺失。现有解决方案是在图像算法上引入平滑滤波算法，对散斑图案进行匀化处理，这种方法只能在一定程度上减轻散斑噪声，不能从本质上提升对图像的细节特征的识别能力，当激光结构光的宽度细到一定程度以后，该方案甚至有可能失效。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种用于机器视觉的消散斑激光光源装置，既可以保留激光光源的方向性，又能在一定程度上消除激光散斑。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于机器视觉的消散斑激光光源装置，包括机械壳体和设于机械壳体内的半导体激光器，该半导体激光器的激光出口端设有激光扩束准直透镜，所述激光扩束准直透镜远离所述半导体激光器的一侧设有荧光粉光学元件、光束整形器和投影透镜，所述荧光粉光学元件、光束整形器和投影透镜均位于所述半导体激光器的激光光路上。

半导体激光器发出激光，激光经激光扩束准直透镜扩束后，可以提高光束能量分布的均匀性，改善光斑质量，同时减少单位面积内荧光粉受到的激光照射能量。所述荧光粉光学元件为一块透明玻璃，在其表面均匀施涂并固化有荧光粉材料，该荧光分材料可将激光激励转换为其它波长的光，如蓝光激励的红光荧光粉caalsin3:eu2+，可将蓝光激励转换为红光输出，并且由于转换出来的红光具有更宽的带宽(还可将蓝光转换为黄光、绿光等多种新波长的激光)，可极大地减轻或消除原有激光的散斑现象，通过光束整形器将激光进行整形，形成特定结构光图案，通过投影透镜将整形输出的结构光图案透射到焦平面处，产生清晰的结构光图形。

进一步地，所述机械壳体呈“l”字形，所述荧光粉光学元件位于所述机械壳体的拐角处，所述半导体激光器和激光扩束准直透镜分别设置在所述机械壳体的一端长条内，所述光束整形器和投影透镜分别设置在所述机械壳体的另一端长条内。

该结构可以减少整个装置的长度，适用与对长度有限制的应用。

进一步地，所述荧光粉光学元件为反射式荧光粉光学元件，所述光束整形器为光束整形衍射学元件doe，所述反射式荧光粉光学元件位于所述激光扩束准直透镜与所述光束整形衍射学元件doe之间，且所述反射式荧光粉光学元件分别与所述激光扩束准直透镜、光束整形衍射学元件doe呈45°角，所述光束整形衍射学元件doe远离所述反射式荧光粉光学元件的一侧设有投影透镜。

采用反射式荧光粉光学元件，该元件采用表面镀有反射膜的光学玻璃或金属材料，并在表面均匀施涂有荧光粉材料，通过反射式荧光粉光学元件将激光反射到光束整形衍射学元件doe上，光束整形衍射学元件doe对激光进行整形，形成特定结构光图案，然后通过投影透镜将整形输出的结构光图案透射到焦平面处，产生清晰的结构光图形。

进一步地，所述反射式荧光粉光学元件为表面涂有荧光粉材料的反光玻璃或反光金属件。

采用表面涂有荧光粉材料的反光玻璃或反光金属件，提高反射效率。

进一步地，所述荧光粉光学元件为透射式荧光粉光学元件，所述光束整形器为光束整形衍射学元件doe，所述透射式荧光粉光学元件位于所述激光扩束准直透镜与所述光束整形衍射学元件doe之间，所述光束整形衍射学元件doe远离所述透射式荧光粉光学元件的一侧设有投影透镜。

通过透射式荧光粉光学元件进行光波长转换，并且由于转换出来的新波长的激光具有更宽的带宽，可极大地减轻或消除原有激光的散斑现象，通过光束整形衍射学元件doe对激光进行整形，再通过投影透镜将光图形投影出去。

进一步地，所述透射式荧光粉光学元件为表面涂有荧光粉材料的透明玻璃。

采用表面涂有荧光粉材料的透明玻璃，增加激光透射效率。

进一步地，所述荧光粉光学元件为透射式荧光粉光学元件，所述光束整形器为光束整形棱镜，所述透射式荧光粉光学元件位于所述激光扩束准直透镜与所述投影透镜之间，所述投影透镜远离所述透射式荧光粉光学元件的一侧设有光束整形棱镜。

投影透镜设置位于荧光粉光学元件的右侧，它将激光准直并汇聚成点激光；光束整形器为鲍威尔棱镜或柱面镜，用于将点激光扩散为一字结构激光；该一字结构光光能分布均匀，一字线精细，且没有散斑现象。

进一步地，所述半导体激光器的激光出口端设有保护窗口玻璃，所述半导体激光器远离激光出口的一端设有激光驱动信号接口。

通过保护窗口玻璃可有效阻绝灰尘和水汽，提高半导体激光器的使用可靠性。

本实用新型的有益效果是：

1、通过极大地减轻或一定程度上消除激光照明的散斑现象，达到改善机器视觉照明效果，提升展现图像细节的作用；

2、机械壳体可设计成“l”字形，可以减少整个装置的长度，适用于对长度有限制的应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的结构示意图。

附图标记说明：

1、半导体激光器；2、激光扩束准直透镜；3-1、透射式荧光粉光学元件；3-2、反射式荧光粉光学元件；4-1、光束整形衍射学元件doe；4-2、光束整形棱镜；5、投影透镜；6、机械壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种用于机器视觉的消散斑激光光源装置，包括机械壳体6和设于机械壳体6内的半导体激光器1，该半导体激光器1的激光出口端设有激光扩束准直透镜2，所述激光扩束准直透镜2远离所述半导体激光器1的一侧设有荧光粉光学元件、光束整形器和投影透镜5，所述荧光粉光学元件、光束整形器和投影透镜均位于所述半导体激光器1的激光光路上。

所述荧光粉光学元件为透射式荧光粉光学元件，所述光束整形器为光束整形衍射学元件doe，所述透射式荧光粉光学元件位于所述激光扩束准直透镜与所述光束整形衍射学元件doe之间，所述光束整形衍射学元件doe远离所述透射式荧光粉光学元件的一侧设有投影透镜。

所述半导体激光器1的激光出口端设有保护窗口玻璃，所述半导体激光器1远离激光出口的一端设有激光驱动信号接口。

上述半导体激光器1、激光扩束准直透镜2、荧光粉光学元件、光束整形器和投影透镜5依次设置在机械壳体6内，上述半导体激光器1为半导体激光器1或全固态半导体激光器1，可减少体积，降低成本，一般选择450nm的蓝光半导体激光器1，上述激光扩束镜为单片式非球面准直透镜，单片或多片式球面准直透镜，半导体激光器1发出激光，激光经激光扩束准直透镜2扩束后，可以提高光束能量分布的均匀性，改善光斑质量，同时减少单位面积内荧光粉受到的激光照射能量，所述荧光粉光学元件为一块透明玻璃，在其表面均匀施涂并固化有包含稀土元素加工组成的荧光粉材料，该荧光分材料可将激光激励转换为其它波长的光，如蓝光激励的红光荧光粉caalsin3：eu2+，该荧光分材料可将蓝光激励转换为红光输出，并且由于转换出来的红光具有更宽的带宽(还可将蓝光转换为黄光、绿光等多种具有更宽带宽的新波长的激光)，可极大地减轻或消除原有激光的散斑现象，通过光束整形衍射学元件doe4-1将激光进行整形，形成特定结构光图案，如多条平行线的结构光，网格状结构光，同心圆结构光，点阵结构光等；也可用于产生矩形，圆形或其它形状的能量均匀分布准直光斑，通过多组投影透镜5将整形输出的结构光图案透射到焦平面处，产生清晰的结构光图形。

所述机械壳体6为横截面为圆形或矩形的中空柱状结构，用于容纳并固定上述光学元件。为了方便装配，将机械壳体6分为两段，左侧为半导体激光器腔，右侧为整形光路腔，生产时，可用螺纹或结构胶将二者组装并固定在一起。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，如图2所示，所述机械壳体6呈“l”字形，所述荧光粉光学元件位于所述机械壳体6的拐角处，所述半导体激光器1和激光扩束准直透镜2分别设置在所述机械壳体6的一端长条内，所述光束整形器和投影透镜5分别设置在所述机械壳体6的另一端长条内。该结构可以减少整个装置的长度，适用于对长度有限制的应用。

其中，所述荧光粉光学元件为反射式荧光粉光学元件3-2，所述光束整形器为光束整形衍射学元件doe4-1，所述反射式荧光粉光学元件3-2位于所述荧光粉光学元件与所述光束整形衍射学元件doe4-1之间，且所述反射式荧光粉光学元件3-2分别与所述激光扩束准直透镜2、光束整形衍射学元件doe4-1呈45°角，所述光束整形衍射学元件doe4-1远离所述反射式荧光粉光学元件3-2的一侧设有投影透镜5。

采用反射式荧光粉光学元件3-2，该反射式荧光粉光学元件3-2为表面涂有荧光粉材料的反光玻璃或反光金属件，该元件位于激光光路中，激光从该元件表面反射通过，通过反射式荧光粉光学元件3-2将激光反射到光束整形衍射学元件doe4-1上，光束整形衍射学元件doe4-1对激光进行整形，形成特定结构光图案，然后通过投影透镜5将整形输出的结构光图案透射到焦平面处，产生清晰的结构光图形。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，如图3所示，取消了单独的荧光粉光学元件，将荧光粉直接均匀喷涂在激光扩束准直透镜2的后表面，使得从激光扩束准直透镜2出射的激光转换为已消除散斑的光波，然后通过光束整形衍射学元件doe4-1对激光进行整形，准直，形成特定结构光图案，如多条平行线的结构光，网格状结构光，同心圆结构光，点阵结构光等；也可用于产生矩形，圆形或其它形状的能量均匀分布准直光斑，与投影透镜5配合形成激光平行光管的光路结构，再通过投影透镜5将光图形投影出去。可减少体积，并可进一步降低成本。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上，如图4所示，所述荧光粉光学元件为透射式荧光粉光学元件3-1，该透射式荧光粉光学元件3-1为表面涂有荧光粉材料的透明玻璃，所述光束整形器为光束整形棱镜4-2，所述透射式荧光粉光学元件3-1位于所述激光扩束准直透镜2与所述投影透镜5之间，所述投影透镜5远离所述透射式荧光粉光学元件3-1的一侧设有光束整形棱镜4-2。

投影透镜5设置位于荧光粉光学元件的右侧，它将激光准直并汇聚成点激光；光束整形器为光束整形棱镜4-2，如鲍威尔棱镜或柱面镜，用于将点激光扩散为一字结构激光，本实施例产生的一字结构激光光能分布均匀，一字线精细，且没有散斑现象。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。