CN105739103A - 将激光器芯片出射的发散光变为均匀散射线条的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将激光器芯片出射的发散光变为均匀散射线条的方法及装置，涉及3D结构光扫描技术领域，尤其涉及3D激光人脸识别扫描技术及装置。其特征是在激光器芯片出射口中心安装调整激光光束的光阑，在光阑的一侧依次安装由汇聚透镜和散射透镜构成的组合透镜，先将通过光阑的激光芯片出射光束准直为平行光束，然后在将平行光束散射成具有能量密度分布较均匀线条。本发明提供的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法和装置，由于采用特定的光阑，特性的汇聚透镜和特定的非柱面透镜，能够将激光芯片出射的发散光束散射成高质量的激光线条光束，并拥有较高的散射角度和较好的能量分布均匀性，具备激光扩散角度更大，线条更细小，能量分布均匀性更好的特征，能显著提升扫描精度和扫描面积。

Description

将激光器芯片出射的发散光变为均匀散射线条的方法及装置
技术领域
本发明公开了一种将激光器芯片出射的发散光变为均匀散射线条的方法及装置，涉及3D结构光扫描技术领域，尤其涉及3D激光人脸识别扫描技术及装置。
背景技术
在3D结构光扫描装置中，将特定的激光线条照射到待测物体上，再通过拍摄被物体表面调制的图案特征计算出物体的信息，是目前常用的一种3D结构光扫描技术。特定的激光线条是3D扫描成像中一个重要技术，是3D扫描成像质量的制约因素。在一般的类似产品中，激光线条的形成采用的光路结构是单纯的柱面镜或者单纯的鲍威尔棱镜。这一类产品均存在散射的激光线条较粗，能量分布均匀性较差的问题，影响扫描成像质量。因此高质量的激光线条，具备激光扩散角度更大，线条更细小，能量分布均匀性更好的特征，能显著提升扫描精度和扫描面积。
发明内容
本发明提供一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法及装置，实现将激光芯片出射的发散光束散射成线条光束的功能，并拥有较高的散射角度和较好的能量分布均匀性。
本发明的技术方案表现为采用组合透镜将激光芯片出射的发散光束散射成线条光束。
一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法，其特征是在激光器芯片出射口中心安装调整激光光束的光阑，在光阑的一侧依次安装由汇聚透镜和散射透镜构成的组合透镜，先将通过光阑的激光芯片出射光束准直为平行光束，然后在将平行光束散射成具有能量密度分布较均匀线条。
激光器芯片发射激光光束，依次通过光阑，汇聚透镜和散射透镜。光阑调整入射光束成合适大小，此光束大小和最终散射线条的宽度直接相关。然后光束入射汇聚透镜，准直成平行光束，继续经过非球面透镜后并散射成线型光束。
所述的汇聚透镜是球面镜，或者是非球面透镜。汇聚透镜的作用是将激光器汇聚成平行光束，或者在散射水平面为非平行光，而在相对的垂直面为平行光。其作用是光束进入散射透镜后，在散射方向光束不发生散射而在相对的垂直面发生散射。且当散射平面为非平行光时，可以通过其散射或者汇聚的程度来调整焦点的位置。
所述的散射透镜是柱面透镜，其横截面是圆形或半圆形，纵切面是矩形。其作用是在水平方法对入射光束进行散射。另外，散射透镜的横截面是柱面面或者非柱面，纵切面是矩形。
一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征是包括置于激光器芯片出射光束中心的光阑，在所述的光阑一侧还包括依次排列的汇聚透镜和散射透镜构成的组合透镜。、
进一步的，所述的光阑在汇聚透镜前面，或者在汇聚透镜和散射透镜之间，或者在散射透镜之后。
进一步的，设定所述光阑处于激光芯片和汇聚透镜之间，通过光阑孔径的大小，调整进入汇聚透镜光束的面积，入射光束的面积直接影响最终散射激光线条的粗细。而激光散射线条的粗细和最终在3D扫描应用过程中的扫描精度直接相关。因此，合适的光阑能够有效调整***的耦合效率和扫描精度。
进一步的，所述汇聚透镜为球面或者非球面凸透镜，汇聚透镜能够将通过光阑的入射光束汇聚成一束准直光束。
进一步的，所述散射透镜为非柱面透镜，散射透镜能够将汇聚透镜汇聚的平行光束汇聚再散射成一条激光线条。
本发明具体使用过程为，激光器芯片产生散射激光光束，通过光阑调整为面积合适的入射光束，然后通过汇聚透镜变化为准直光束，此平行光束再入射到散射透镜，散射透镜在水平方向继续汇聚并发散，而在垂直方向无变化，因而最终出射光束变化为一条线形光线。
本发明提供的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法和装置，由于采用特定的光阑，特性的汇聚透镜和特定的非柱面透镜，能够将激光芯片出射的发散光束散射成高质量的激光线条光束，并拥有较高的散射角度和较好的能量分布均匀性，具备激光扩散角度更大，线条更细小，能量分布均匀性更好的特征，能显著提升扫描精度和扫描面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置原理示意图(包含纵、横两方向)；
图2为本发明所述一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置能量分布图；
图3为本发明所述一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置能量分布图。
图中：1-激光器芯片、2-光阑、3-汇聚透镜、4-散射透镜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
为本发明所述的一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征是包括置于激光器芯片1出射光束中心的光阑2，在所述的光阑一侧依次由汇聚透镜3和散射透镜4构成的组合透镜。
进一步的，所述的光阑2处于汇聚透镜3前面，或者在汇聚透镜3和散射透镜4之间，或者在散射透镜4之后，也可以在以上位置各放一个光阑2。
进一步的，限定所述光阑2处于激光芯片1和汇聚透镜3之间，通过光阑2孔径的大小，调整进入汇聚透镜3光束的面积。入射光束的面积直接影响最终散射激光线条的粗细，而激光散射线条的粗细和最终在3D扫描应用过程中的扫描精度直接相关。因此，合适的光阑2能够有效调整***的耦合效率和扫描精度。
进一步的，所述汇聚透镜3一般为球面或者非球面凸透镜，汇聚透镜3能够将通过光阑2的入射光束汇聚成一束准直光束。
进一步的，所述散射透镜4为非柱面透镜。其将汇聚透镜3汇聚的平行光束汇聚再散射成一条激光线条。
所述的光阑2将激光器芯片1出射光束大小调整为适合的投射面积；汇聚透镜3将激光芯片1的出射光束准直为平行光束；散射透镜4将平行光束散射成具有能量密度分布较均匀线条。
激光器芯片1发射激光光束，依次通过光阑2，汇聚透镜和散射透镜。光阑调整入射光束成合适大小，此光束大小和最终散射线条的宽度直接相关。然后光束入射汇聚透镜3，准直成平行光束，继续经过散射透镜4散射成线型光束。
图1为本发明所述一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置原理示意图。
在一些实施例中，汇聚透镜是球面镜，在另外一些实施例中，汇聚透镜是非球面透镜。汇聚透镜的作用是将激光器汇聚成平行光束，或者在散射水平面为非平行光，而在相对的垂直面为平行光。其作用是光束进入散射透镜后，在散射方向光束不发生散射而在相对的垂直面发生散射。且当散射平面为非平行光时，可以通过其散射或者汇聚的程度来调整焦点的位置。
在一些实施例中，散射透镜是柱面透镜或者非柱面透镜，其横截面是圆形或抛物线形，纵切面是矩形。其作用是在水平方法对入射光束进行散射。
如图2所示，激光器光束从激光芯片出射到经过本发明光学结构后，形成一个先汇聚后散射的线型光束。
如图3所示较高的能量分布均匀性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法，其特征是在激光器芯片出射口中心安装调整激光光束的光阑，在光阑的一侧依次安装由汇聚透镜和散射透镜构成的组合透镜，先将通过光阑的激光芯片出射光束准直为平行光束，然后再将平行光束散射成具有能量密度分布较均匀线条。
2.根据权利要求1所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法，其特征是所述的汇聚透镜是球面镜，或者是非球面透镜，汇聚透镜的作用是将激光器汇聚成平行光束，或者在散射水平面为非平行光，而在相对的垂直面为平行光，其作用是光束进入散射透镜后，在散射方向光束不发生散射而在相对的垂直面发生散射，且当散射平面为非平行光时，可以通过其散射或者汇聚的程度来调整焦点的位置。
3.根据权利要求1所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的方法，其特征是所述的散射透镜是柱面透镜或者非柱面透镜，其横截面是圆形或者抛物线形，纵切面是矩形，其作用是在水平方法对入射光束进行散射。
4.一种将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征是包括置于激光器芯片出射光束中心的光阑，在所述的光阑一侧还包括依次排列的汇聚透镜和散射透镜构成的组合透镜。
5.根据权利要求4所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征在于所述的光阑在汇聚透镜前面，或者在汇聚透镜和散射透镜之间，或者在散射透镜之后。
6.根据权利要求4所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征是所述光阑处于激光芯片和汇聚透镜之间，通过光阑孔径的大小，调整进入汇聚透镜光束的面积，入射光束的面积直接影响最终散射激光线条的粗细。
7.根据权利要求4所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征所述汇聚透镜为球面或者非球面凸透镜，汇聚透镜能够将通过光阑的入射光束汇聚成一束准直光束。
8.根据权利要求4所述的将激光器芯片出射的发散光变化为均匀散射线条的装置，其特征所述散射透镜为非柱面透镜，散射透镜能够将汇聚透镜汇聚的平行光束汇聚再散射成一条激光线条。
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