小型数字投影结构光三维测量仪镜头设计

王 晨, 焦玢璋, 郑龙玉, 冯 胜, 张学明

(1.华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074;2.华中科技大学 材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074;3.华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074)

小型数字投影结构光三维测量仪镜头设计

王 晨1, 焦玢璋1, 郑龙玉2, 冯 胜3, 张学明1

(1.华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074;2.华中科技大学 材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074;3.华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074)

为了解决三维测量仪器的小型化问题,设计了一种数字投影结构光三维测量仪光路结构,并用Zemax软件进行了性能优化。该结构分为投影光路和照相光路,投影镜头采用反远距结构,由5片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.35。照相镜头采用双高斯结构,由6片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.12。两镜头口径均小于14 mm,长度小于40 mm,像面照度均大于90%,可以对80～120 mm远的物体进行测量。投影图像像素密度为1 028×768,相机拍摄图像像素密度为1 280×960,在工作距离100 mm处可以测量28 mm×21 mm的表面。镜头全部采用球面透镜。该结构具有测量精度高、成本低、加工容易、体积小等优点。

光学设计; 三维测量仪; Zemax; 反远距结构; 双高斯结构

引 言

光学非接触式三维测量在生物医学、逆向设计、文物鉴定等诸多领域中有着重要的应用[1-2]。按照照明和成像方式的不同,光学三维检测分为被动检测和主动检测两种,其主要区别在于是否用结构光照明[3-4]。主动三维测量技术中,向被测物体投射结构光,拍摄经物体表面调制而发生形变的结构光图像,此图像携带被测物体表面三维形貌信息,可以从中计算出被测物体形貌数据[5]。……