專利名稱：一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微三維形貌測量儀器，具體的說是一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置。
技術背景隨著微電子工業的迅猛發展以及MEMS、MOEMS和光通信等技術的不斷興起，出現了大量的微米、毫米級器件。因此，微三維測量的市場需求越來越旺盛。但是，目前已有的微三維測量儀器要么是針對厘米以上器件的，如臺灣智泰公司、西安交大及清華大學推出的微三維測量儀，其測量精度一般都在幾十微米左右；要么是針對微納米級器件的，其測量精度一般能達到幾個或幾十納米。所以開發適合測量毫米量級器件且具有微納米量級精度的儀器已成為眾多研究者的共同目標。
常見的三維測量方法主要有結構光法和共焦法。
結構光法的關鍵是向被測物體投射結構光條紋，該條紋可以是由固定光柵片產生的干涉條紋，也可以通過DLP投影儀投射事先在電腦里編制生成的結構光條紋。被測物體的表面形貌會對所投射的結構光進行調制，調制結果是結構光條紋會依被測物體的表面起伏而發生扭曲，而這個扭曲變形中即包涵了物體的高度信息，調制圖像可以用CCD攝像機從與投射光軸有一定夾角的方向去拍攝，然后用三角法或相移法即可解算出被測物體上每一點的三個坐標值。
共焦法的核心是向被測物體表面投射微小光點，光點可以是單點，也可以由微透鏡陣列產生點陣，還可以通過DLP投影儀投射事先在電腦里編制生成的點陣。微小光點照到被測物體的表面后會發生反射，通過探測反射光的光強大小即可判斷出被測物體上每一點距探測器的距離，從而實現了三維形貌的測量。
結構光法測量微三維形貌的儀器中，數字條紋投影技術因具有無刻畫誤差、易于調整、無需運動配合、測量速度快等優點而被廣泛采用，相移法因重建精度較高也被經常采用。
但是，目前已有的微三維測量系統大多都采用臺架式結構，被測物體必須被放置在特定的工作臺上才能進行測量，因此難以對一個較大物體上的某一局部進行測量(如難以對人的牙齒測量)，也難以實現遠距離測量。這不僅大大限制了系統的應用范圍，同時也給測量帶來了諸多不便。
實用新型內容本實用新型的目的是在結構光法測量微三維形貌的儀器和數字條紋投影技術基礎上，利用光纖傳像束所具有的自由度大、能彎曲、易實現長光路等優點，提出了一種基于光纖傳像束和數字條紋投影技術的新型微三維測量系統。突破傳統三維形貌測量儀器的不能移動的缺陷。
本實用新型的技術方案如下一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置，包括有計算機(1)，與計算機(1)數據線連接的DLP投影儀(2)，其特征在于DLP投影儀(2)的投射光出口連接有物方像方遠心成像鏡組(3)的入射口，物方像方遠心成像鏡組(4)的入射口與物方像方遠心成像鏡組(3)出射口之間連接有光纖傳像束(5)，CCD攝像機(6)通過數據線與計算機(1)連接。
上述所述的裝置，其特征在于所述的CCD攝像機的鏡頭前連接物方像方遠心成像鏡組(7)的出射口，物方像方遠心成像鏡組(8)出射口與物方像方遠心成像鏡組(7)的入射口之間通過光纖傳像束(9)連接；物方像方遠心成像鏡組(8)與物方像方遠心成像鏡組(4)固定在探頭支架(9)上，二者光軸夾角為45度。
本實用新型采用面結構光測量原理，首先根據不同的測量需要，通過電腦編程的方法生成正弦光柵條紋、二元光柵條紋、點光源陣列或同心圓條紋等各種需要的面結構光；然后由DLP投影器將該結構光圖像投射出去。由于從DLP投影出來的圖像范圍較大，通常都在50厘米見方以上。由于光纖傳像束的有效截面直徑卻通常只有幾個毫米，因此為了將從DLP投射出來的結構光圖像完全耦合到光纖傳像束中去，在DLP投影器與光纖傳像束間加一個物方像方遠心成像鏡組，DLP投影器出來的結構光圖像經過物方像方遠心成像鏡組，完全成在光纖傳像束的輸入端面上。光纖傳像束會非常清晰的將其輸入端面上的圖像傳輸到輸出端面上；在光纖傳像束的輸出端連接有另一組物方像方遠心成像鏡組，該物方像方遠心成像鏡組將輸出端面上的結構光圖像以一定的像距成在被測物體上。
經被測物體表面調制后的結構光圖像由CCD攝像機采集。
為了方便測量，可以在CCD攝像機的鏡頭前安裝由二組物方像方遠心成像鏡組和光纖傳像束組成的物鏡成像系統，其工作原理是投射到被測物體表面的結構光，扭曲后的光信息由物方像方遠心成像鏡組接收，并在光纖傳像束的輸入端面成像，并經傳輸到達光纖傳像束的輸出端面，再經物方像方遠心成像鏡組成像，由CCD攝像機接收，經過圖像采集卡存儲，并通過數據線傳輸到計算機進行圖像信息處理。
和投影儀連接的光纖傳像束輸出端和CCD攝像機可以集成固定在一起，由于光纖傳像束和CCD攝像機后端的電纜都可任一彎曲，因而本實用新型可適應被測物體的方位。
以下對光纖傳像束的結構作一簡介普通的光導纖維主要是由具有較大折射率的纖芯和具有相對較小折射率的外包層組成的，當滿足入射角大于臨界角的條件時，光線即可從光纖的一端傳到另外一端。單根光纖只能傳遞一個點信號，而當大量的(一萬至幾十萬)光纖被按正方形或六角形規則一一對應的排列在一起的時候就構成了光纖傳像束，圖像就可以從光纖傳像束的一個端面完全不變的傳輸到另外一個端面，其中的每一根子光纖就相當于CCD攝像機的一個象素。
本實用新型的效果本實用新型突破了傳統三維形貌測量儀器的限制，利用光纖傳像束所具有的自由度大、能彎曲、易實現長光路等優點，提出了一種基于光纖傳像束和數字條紋投影技術的新型測量裝置，解決了局部測量、遠距離測量等一系列問題，方便了現場測量。
圖1本實用新型的結構示意圖。
圖2本實用新型的另一結構示意圖。
具體實施方式
實例1參見圖1。
本實用新型是一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置，有計算機1，與計算機1數據線連接的DLP投影儀2；根據不同的測量需要，通過編程的方法在計算機1內生成正弦光柵條紋、二元光柵條紋、點光源陣列或同心圓條紋等各種需要的面結構光；計算機1通過數據線將向DLP投影器2輸出信號，通過DLP投影器將該結構光圖像投射出去。DLP投影儀2的投射光出口連接有物方像方遠心成像鏡組3的入射口，物方像方遠心成像鏡組3由安裝在鏡筒10內的凸透鏡11、12組成，鏡筒10入射口與投影儀2投射光出口之間通過螺紋連接，鏡筒10出射口與光束傳像束5的接頭之間通過螺紋連接。凸透鏡11、12之間距離為二者的焦距之和，其入射口與出射口均在各端透鏡的焦點之外，物方像方遠心成像鏡組4入射口與物方像方遠心成像鏡組3出射口之間連接有光纖傳像束5，CCD攝像機6通過數據線與計算機1連接。
上述的物方像方遠心成像鏡組3、4結構相同，物方像方遠心成像鏡組和光束傳像束之間的連接結構也相同，但所選用的透鏡的參數根據需要有所不同，原理相同。
實例2參見圖2。
本實用新型的面結構光出光部分同實例1所述結構。其不同之處在于在CCD攝像機增加了圖像信息傳輸結構，該結構是CCD攝像機的鏡頭前連接物方像方遠心成像鏡組7的出射口，物方像方遠心成像鏡組8出射口與物方像方遠心成像鏡組7的入射口之間通過光纖傳像束9連接；物方像方遠心成像鏡組8與物方像方遠心成像鏡組4固定在探頭支架10上，二者光軸夾角為45度。物方像方遠心成像鏡組7、8結構同物方像方遠心成像鏡組3，也由安裝在鏡筒內的二組凸透鏡組成，但所選用的凸透鏡的參數根據需要有所不同。物方像方遠心成像鏡組7、8和光束傳像束9之間接頭、CCD攝像機的鏡頭之間也是通過螺紋連接。
本實用新型中物方像方遠心成像鏡組構成物方像方雙遠心光路。
權利要求1.一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置，包括有計算機(1)，與計算機(1)數據線連接的DLP投影儀(2)，其特征在于DLP投影儀(2)的投射光出口連接有物方像方遠心成像鏡組(3)的入射口，物方像方遠心成像鏡組(4)的入射口與物方像方遠心成像鏡組(3)出射口之間連接有光纖傳像束(5)，CCD攝像機(6)通過數據線與計算機(1)連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的CCD攝像機的鏡頭前連接物方像方遠心成像鏡組(7)的出射口，物方像方遠心成像鏡組(8)出射口與物方像方遠心成像鏡組(7)的入射口之間通過光纖傳像束(9)連接；物方像方遠心成像鏡組(8)與物方像方遠心成像鏡組(4)固定在探頭支架(9)上，二者光軸夾角為45度。
專利摘要本實用新型公開了一種基于光纖傳像束的新型微三維形貌測量裝置，包括有計算機(1)，與計算機(1)數據線連接的DLP投影儀(2)，其特征在于DLP投影儀(2)的投射光出口連接有物方像方遠心成像鏡組(3)的入射口，物方像方遠心成像鏡組(4)的入射口與物方像方遠心成像鏡組(3)出射口之間連接有光纖傳像束(5)，CCD攝像機(6)通過數據線與計算機(1)連接。本實用新型突破了傳統三維形貌測量儀器的限制，利用光纖傳像束所具有的自由度大、能彎曲、易實現長光路等優點，提出了一種基于光纖傳像束和數字條紋投影技術的新型測量裝置，解決了局部測量、遠距離測量等一系列問題，方便了現場測量。
文檔編號G01B11/24GK2784875SQ20052007007
公開日2006年5月31日 申請日期2005年3月22日 優先權日2005年3月22日
發明者范光照, 李瑞君 申請人:范光照, 李瑞君