一種激光光幕投影掃描方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光光幕投影掃描方法及裝置，尤其是微型激光投影掃描裝置。屬于激光投影設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。其特征是將激光器產(chǎn)生散射激光光束，通過準(zhǔn)直透鏡整形后形成平行光束，由掃描振鏡的反射鏡反射成為比較窄的掃描光束，這些掃描光束通過曲面透鏡被發(fā)散成寬的掃描光束，同時(shí)遮擋窗調(diào)整出射角度和形狀進(jìn)一步控制掃描光束，由耦合的控制系統(tǒng)控制激光器的明滅，強(qiáng)度和掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，幅度和相位，形成所需要的二維投影。本發(fā)明由于采用平行光束通過掃描振鏡后再經(jīng)過透鏡將光束發(fā)散，同時(shí)解決了掃描模組光束均勻性和平行性兩大能難題。相比一般投影系統(tǒng)有更小的體積和更低的功耗。
【專利說明】
一種激光光幕投影掃描方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種激光光幕投影掃描方法及裝置，尤其是微型激光投影掃描裝置。屬于激光投影設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光投影裝置中，將特定圖案照射到待測物體上，再通過拍攝被物體表面調(diào)制的圖案計(jì)算出物體的信息，是目前常用的一種3D掃描成像技術(shù)。掃描圖案是3D掃描成像中一個(gè)重要技術(shù)，是3D掃描成像質(zhì)量的制約因素?；趻呙枵耒R的激光光幕投影掃描裝置，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量可調(diào)節(jié)的光幕，而且，可以節(jié)省大量的體積和重量。例如在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上，由于尺寸的限制，需要體積微小的投影掃描系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)采用傳統(tǒng)的單柱透鏡光掃描模組的兩大難題:其一是掃描光束能量分布不均勻，掃描光束呈現(xiàn)中間能量密度高，兩邊低的情況:其二是在掃描過程中光線移動(dòng)到非垂直入射角時(shí)，掃描光線兩邊出現(xiàn)彎曲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種激光光幕投影掃描方法及裝置，實(shí)現(xiàn)激光掃描和投影的功能，并擁有較小的體積和功耗。同時(shí)解決了傳統(tǒng)的單柱透鏡光掃描模組的兩大難題:其一是掃描光束能量分布不均勻，掃描光束呈現(xiàn)中間能量密度高，兩邊低的情況:其二是在掃描過程中光線移動(dòng)到非垂直入射角時(shí)，掃描光線兩邊出現(xiàn)彎曲。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案表現(xiàn)為:對于第一個(gè)問題，采用了一排直徑漸變并且按照一定算法排列的透鏡組。該透鏡組中間的透鏡直徑較小，對光線的散射能力強(qiáng)，邊緣的透鏡直徑較大，對光線的散射能力弱，再通過一定的算法最終確定能使光線均勻分布的透鏡組直徑大小;對于第二問題，本發(fā)明將原本的柱狀透鏡組改為曲面透鏡:這種設(shè)計(jì)使得光線在掃描過程中穿過透鏡時(shí)都為垂直入射，這樣掃描光束可以保持均勻的直線。從而大大提高投影掃描的實(shí)用范圍。
[0005]—種激光光幕投影掃描方法，其特征是將激光器產(chǎn)生散射激光光束，通過準(zhǔn)直透鏡整形后形成平行光束，由掃描振鏡的反射鏡反射成為比較窄的掃描光束，這些掃描光束通過曲面透鏡被發(fā)散成寬的掃描光束，同時(shí)遮擋窗調(diào)整出射角度和形狀進(jìn)一步控制掃描光束，由耦合的控制系統(tǒng)控制激光器的明滅，強(qiáng)度和掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，幅度和相位，形成所需要的二維投影。
[0006]所述的曲面透鏡為波浪曲面或者曲管狀透鏡組，其橫切面為曲率大小均勻漸變的波浪或者一系列直徑漸變排列的圓；而在其縱切面為一段圓環(huán)。所述曲面透鏡在水平方向?qū)⑵叫泄馐俅螀R聚后散射成具有一定發(fā)散角度均勻的線型光束，而在垂直方向上平行光束并不產(chǎn)生方向偏轉(zhuǎn)。
[0007]所述曲面透鏡在縱切面的焦點(diǎn)所組成的軸和掃描振鏡的中心軸重合。
[0008]—種激光光幕投影掃描裝置，其特征是包括依次排列的激光器、準(zhǔn)直透鏡、掃描振鏡、曲面透鏡、擋窗，以及電源和控制系統(tǒng)，所述的準(zhǔn)直透鏡是由匯聚透鏡和散射曲面透鏡組成的組合光學(xué)透鏡，所述掃描振鏡包括能夠鏡面反射激光光束的反射鏡、使反射鏡能夠其做往復(fù)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸和固定回轉(zhuǎn)軸并提供支撐的基座，所述遮擋窗包括殼體和遮擋窗口，通過更改窗口的大小和形狀，來控制光束掃射的角度和掃描形狀，所述角度包括水平和垂直兩個(gè)方向的角度，所述控制系統(tǒng)包括激光器控制和掃描振鏡控制單元，所述激光器控制和掃描振鏡控制單元是耦合工作，通過相應(yīng)關(guān)系可以控制掃描投影的明暗、形狀、密度等參數(shù)。
[0009]所述的激光器為可見光和紅外光，具有典型的高斯激光光束，且激光器可以被高速調(diào)制。
[0010]本發(fā)明工作時(shí)，激光器產(chǎn)生散射激光光束，通過準(zhǔn)直透鏡整形后形成平行光束，由掃描振鏡的反射鏡反射成為比較窄的掃描光束，這些掃描光束通過曲面透鏡被發(fā)散成寬的掃描光束，同時(shí)遮擋窗調(diào)整出射角度和形狀進(jìn)一步控制掃描光束。由耦合的控制系統(tǒng)控制激光器的明滅，強(qiáng)度和掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，幅至和相位，因此能夠形成所需要的二維投影。
[0011]本發(fā)明提供的激光光幕投影掃描裝置，由于采用特定的光學(xué)透鏡組，能夠?qū)吸c(diǎn)的激光光源提前整形成線型光束，使掃描振鏡由兩軸掃描降低為單軸掃描。再通過協(xié)同控制方法，即能輸出所需二維投影。使得掃描裝置的成本、尺寸和功耗大為降低。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1模組簡化示意圖。
[0014]圖2傳統(tǒng)柱鏡問題I示意圖。
[0015]圖3傳統(tǒng)柱鏡問題2示意圖。
[0016]圖4改良曲面透鏡光路示意圖。
[0017]圖5曲面透鏡光路模擬示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明所述曲面透鏡模組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明所述激光光幕投影掃描裝置原理示意圖。
[0020]圖中:1-激光器、2-準(zhǔn)直透鏡、3-掃描振鏡、4-曲面透鏡、5-擋窗。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例的激光光幕投影掃描裝置適用于激光光幕掃描投影應(yīng)用，本發(fā)明實(shí)施例并不限定，下面實(shí)施例中僅用二維光學(xué)掃描裝置進(jìn)行說明。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例涉及的光纖耦合系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品尺寸較大，功耗較高的問題。
[0024]下面以具體地實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。下面這幾個(gè)具體的實(shí)施例可以相互結(jié)合，對于相同或相似的概念或過程可能在某些實(shí)施例不再贅述。
[0025]圖6為本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]激光器發(fā)射的為散射激光束，通過匯聚透鏡將入射的散射激光束匯聚形成平行光束，然后再通過曲面透鏡形成均勻的線性光束。
[0027]在一些實(shí)施例中，曲面透鏡其橫截面是一系列相切的直徑漸變的圓，縱切面是彎曲的柱體。其作用是在豎直方向?qū)θ肷涔馐M(jìn)行散射。而在另外一些實(shí)施例中，散射透鏡的橫截面是雙波浪形，縱切面是曲柱面，作用相同。
[0028]當(dāng)光束進(jìn)入曲柱透鏡前面后鏡面出射時(shí)，光束被匯集并在出射后鏡面后開始匯集成很多焦點(diǎn)，通過焦點(diǎn)后被發(fā)散成散射光束。此情況只發(fā)散在水平面，由于垂直面曲面透鏡通過調(diào)整曲率使掃描光束在入射曲面透鏡時(shí)都為垂直入射，并不對光束產(chǎn)折射。因此，最終經(jīng)過透鏡組的光束被散射成具有焦點(diǎn)的線型光束。
[0029]本發(fā)明的另一實(shí)施例參見圖1、圖7。
[0030]—種激光光幕投影掃描裝置，其特征是包括依次排列的激光器1、準(zhǔn)直透鏡2、掃描振鏡3、曲面透鏡4、擋窗5，以及電源和控制系統(tǒng)，所述的準(zhǔn)直透鏡是由匯聚透鏡和散射曲面透鏡組成的組合光學(xué)透鏡，所述掃描振鏡包括能夠鏡面反射激光光束的反射鏡、使反射鏡能夠其做往復(fù)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸和固定回轉(zhuǎn)軸并提供支撐的基座。
[0031]所述遮擋窗包括殼體和遮擋窗口，通過更改窗口的大小和形狀，來控制光束掃射的角度和掃描形狀，所述角度包括水平和垂直兩個(gè)方向的角度。
[0032]所述控制系統(tǒng)包括激光器控制和掃描振鏡控制單元，所述激光器控制和掃描振鏡控制單元是耦合工作，通過相應(yīng)關(guān)系可以控制掃描投影的明暗、形狀、密度等參數(shù)。
[0033]所述的激光器為可見光和紅外光，具有典型的高斯激光光束，且激光器可以被高速調(diào)制。
[0034]所述的曲面透鏡為波浪曲面或者曲管狀透鏡組，其橫切面為曲率大小均勻漸變的波浪或者一系列直徑漸變排列的圓；而在其縱切面為一段圓環(huán)。所述曲面透鏡在水平方向?qū)⑵叫泄馐俅螀R聚后散射成具有一定發(fā)散角度均勻的線型光束，而在垂直方向上平行光束并不產(chǎn)生方向偏轉(zhuǎn)。
[0035]所述曲面透鏡在縱切面的焦點(diǎn)所組成的軸和掃描振鏡的中心軸重合。
[0036]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光光幕投影掃描方法，其特征是將激光器產(chǎn)生散射激光光束，通過準(zhǔn)直透鏡整形后形成平行光束，由掃描振鏡的反射鏡反射成為比較窄的掃描光束，這些掃描光束通過曲面透鏡被發(fā)散成寬的掃描光束，同時(shí)遮擋窗調(diào)整出射角度和形狀進(jìn)一步控制掃描光束，由耦合的控制系統(tǒng)控制激光器的明滅，強(qiáng)度和掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，幅度和相位，形成所需要的二維投影。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光幕投影掃描方法，其特征是所述的曲面透鏡為波浪曲面或者曲管狀透鏡組，其橫切面為曲率大小均勻漸變的波浪或者一系列直徑漸變排列的圓，而在其縱切面為一段圓環(huán)，所述曲面透鏡在水平方向?qū)⑵叫泄馐俅螀R聚后散射成具有一定發(fā)散角度均勻的線型光束，而在垂直方向上平行光束并不產(chǎn)生方向偏轉(zhuǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光幕投影掃描方法，其特征是所述曲面透鏡在縱切面的焦點(diǎn)所組成的軸和掃描振鏡的中心軸重合。4.一種激光光幕投影掃描裝置，其特征是包括依次排列的激光器(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、掃描振鏡(3)、曲面透鏡(4)、擋窗(5)，以及電源和控制系統(tǒng)，所述的準(zhǔn)直透鏡是由匯聚透鏡和散射曲面透鏡組成的組合光學(xué)透鏡，所述掃描振鏡包括能夠鏡面反射激光光束的反射鏡、使反射鏡能夠其做往復(fù)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)軸和固定回轉(zhuǎn)軸并提供支撐的基座。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光幕投影掃描裝置，其特征是所述遮擋窗包括殼體和遮擋窗口，通過更改窗口的大小和形狀，來控制光束掃射的角度和掃描形狀，所述角度包括水平和垂直兩個(gè)方向的角度。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光幕投影掃描裝置，其特征是所述控制系統(tǒng)包括激光器控制和掃描振鏡控制單元，所述激光器控制和掃描振鏡控制單元是耦合工作，通過相應(yīng)關(guān)系可以控制掃描投影的明暗、形狀、密度等參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光幕投影掃描裝置，其特征是所述的激光器為可見光和紅外光，具有典型的尚斯激光光束，且激光器可以被尚速調(diào)制。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光幕投影掃描裝置，其特征是所述的曲面透鏡為波浪曲面或者曲管狀透鏡組，其橫切面為曲率大小均勻漸變的波浪或者一系列直徑漸變排列的圓，而在其縱切面為一段圓環(huán)，所述曲面透鏡在水平方向?qū)⑵叫泄馐俅螀R聚后散射成具有一定發(fā)散角度均勻的線型光束，而在垂直方向上平行光束并不產(chǎn)生方向偏轉(zhuǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光光幕投影掃描裝置，其特征是所述曲面透鏡在縱切面的焦點(diǎn)所組成的軸和掃描振鏡的中心軸重合。
【文檔編號】G02B27/09GK106019581SQ201610239654
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】杜先鵬, 謝創(chuàng)
【申請人】青島小優(yōu)智能科技有限公司