干涉条纹投影光学系统和形状测定装置制造方法及图纸

具有：干涉条纹生成光学系统(11)，其生成干涉条纹；以及放大光学系统(21)，其将干涉条纹放大而投影到物体表面(70)上，放大光学系统(21)由形成干涉条纹的光束所入射的一侧的入射侧透镜组(22)和射出光束而朝向物体表面投影干涉条纹的一侧的射出侧透镜组(23)构成，在设入射侧透镜组(22)的焦距为f1，射出侧透镜组(23)的焦距为f2时，f1/f2＞3，入射侧透镜组(22)和射出侧透镜组(23)分别具有正屈光力，在设从入射侧透镜组(22)的射出侧主点到射出侧透镜组(23)的入射侧主点的距离为xd时，满足xd/(f1+f2)＜2。

Interferometric fringe projection optical system and shape measuring device

A: the interference fringes generated optical system (11), the generation of interference fringes; and zoom optical system (21), the interference fringes enlarged and projected to the surface of the object (70), zoom optical system (21) incident side lens group formed by the interference fringe beam side of the incident (22) and shot light toward the object surface projection and interference fringes on the side of the injection side lens group (23), in the design of the incident side lens group (22) of the focal length is F1, injection side lens group (23) of the focal length is F2, f1/f2 > 3, the incident side lens group (22) and the output side of the lens group (23) each having a positive refractive power, in a side incident from the lens group (22) of the injection side of the main point to the exit side of the lens group (23) of the incident side of the main point of the distance XD, meet xd/ (f1+f2 < 2).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】干涉条纹投影光学系统和形状测定装置
本专利技术涉及干涉条纹投影光学系统和使用该干涉条纹投影光学系统的形状测定装置。
技术介绍
作为形状测定装置，例如公知有图25所示的装置。图25所示的形状测定装置是专利文献1所公开的装置，插入到体腔等来对脏器等的表面形状进行计测。该形状测定装置具有干涉条纹投影光学系统100、摄像部200、由计算机等构成的运算控制部300，通过干涉条纹投影光学系统100将干涉条纹400投影到测定对象的物体表面上，使用摄像部200对投影的干涉条纹400进行拍摄，并使用运算控制部300对该拍摄出的干涉条纹400进行分析来计测物体表面的三维形状。另外，图25中，平面地示出干涉条纹400。干涉条纹投影光学系统100具有干涉条纹生成光学系统110和放大光学系统130。干涉条纹生成光学系统110具有光源111、准直透镜112、光隔离器113、耦合透镜114、偏振面保持光纤115、准直透镜116、双折射板117、偏振板118。放大光学系统130由单个投影透镜131构成。光源111例如由半导体激光器构成，通过运算控制部300而被驱动部120驱动而射出直线偏振的光。从光源111射出的光束在准直透镜112中成为平行光束而透射过光隔离器113之后，通过耦合透镜114而入射到偏振面保持光纤115，在该偏振面保持光纤115中导光而射出。从偏振面保持光纤115射出的光束在准直透镜116中成为平行光束之后，入射到双折射板117而被分离成两个偏振分量的光束，进而入射到偏振板118而仅被取出两个偏振分量中的可干渉分量从而生成干涉条纹。该干涉条纹被投影透镜131放大而作为干涉条纹400投影到物体表面上。图25所示的形状测定装置由于使用投影透镜131对干涉条纹生成光学系统110所生成的干涉条纹进行放大并进行投影，因此具有能够使配置在形状测定装置的前端部的准直透镜116、双折射板117、偏振板118以及投影透镜131小型化的优点。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第3009521号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题可是，根据本专利技术人的研究，判明了在图25所示的形状测定装置中，存在投影到物体表面上的干涉条纹400的对比度在周边降低从而测定精度降低这样的应该改良的点。其原因是，在双折射板117和偏振板118中将一个光束分离成两个并列的光束从而生成干涉条纹，但像图26的局部详细图所示那样并列的两个光束被投影透镜131分离而投影到物体表面上。其结果是，两个光束不以相同的强度重叠，从而发生干涉条纹的对比度降低的现象。另外，在图26中，平面地示出两个区域的投影区域。因此，鉴于上述观点而完成的本专利技术的目的在于，提供能够改善投影到物体表面上的干涉条纹的对比度的降低，从而能够高精度地测定物体表面的形状的干涉条纹投影光学系统和使用该干涉条纹投影光学系统的形状测定装置。用于解决课题的手段达成上述目的的本专利技术的干涉条纹投影光学系统具有：干涉条纹生成光学系统，其生成干涉条纹；以及放大光学系统，其将所述干涉条纹放大而投影到物体表面上，所述放大光学系统由形成所述干涉条纹的光束所入射的一侧的入射侧透镜组和射出所述光束而朝向所述物体表面投影所述干涉条纹的一侧的射出侧透镜组构成，在设所述入射侧透镜组的焦距为f1，所述射出侧透镜组的焦距为f2时，f1/f2＞3，所述入射侧透镜组和所述射出侧透镜组分别具有正屈光力，在设从所述入射侧透镜组的射出侧主点到所述射出侧透镜组的入射侧主点的距离为xd时，满足xd/(f1+f2)＜2。另外，达成上述目的的本专利技术的形状测定装置具有：上述干涉条纹投影光学系统；摄像部，其拍摄所述干涉条纹的投影像作为图像。以及运算部，其根据来自该摄像部的图像信号来对所述物体表面的凹凸信息进行运算。专利技术效果根据本专利技术，能够改善投影到物体表面上的干涉条纹的对比度的降低，从而能够高精度地测定物体表面的形状。附图说明图1是第一实施方式的形状测定装置的主要部分的概略结构图。图2是图1的局部放大图。图3是示出干涉条纹的对比度特性的图。图4是示出光束的强度分布的图。图5A是示出图1的偏振面保持光纤和放大光学系统的光轴一致的状态的图。图5B是示出图5A的光轴状态偏移后的状态的图。图6A是示出在图5A的偏振面保持光纤和放大光学系统的光轴的偏移量δ为0mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图6B是示出在图5B的光轴的偏移量δ为0.01mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图6C是示出在图5B的光轴的偏移量δ为0.03mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图6D是示出在图5B的光轴的偏移量δ为0.1mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图7A是为了与图5A进行比较而示出在由单个透镜构成放大光学系统的情况下偏转面保持光纤和透镜的光轴一致的状态的图。图7B是示出图7A的光轴状态偏移后的状态的图。图8A是示出在图7A的偏振面保持光纤和透镜的光轴的偏移量δ为0mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图8B是示出在图7B的光轴的偏移量δ为0.01mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图8C是示出在图7B的光轴的偏移量δ为0.03mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图8D是示出在图7B的光轴的偏移量δ为0.1mm的情况下所投影的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图9是示出第二实施方式的干涉条纹投影光学系统的主要部分的结构的图。图10是示出第三实施方式的干涉条纹投影光学系统的主要部分的结构的图。图11是示出图10的双折射板的形状的变形例的图。图12是示出第四实施方式的干涉条纹投影光学系统的主要部分的结构的图。图13是示出第五实施方式的干涉条纹投影光学系统的主要部分的结构的图。图14是示出第六实施方式的干涉条纹投影光学系统的主要部分的结构的图。图15是示出被缩窄的光束的性质的图。图16是示出被缩窄的光束的光点直径d2与光束在距离z处的大小d之间的关系的图。图17是按光强度的降低示出光束相对于距离z的大小d(z)的图。图18是示出第四实施方式中的放大光学系统的RDN的面编号的图。图19是示出在第四实施方式中投影到从放大光学系统的前端离开20mm的物体表面上的干涉条纹的强度分布的模拟结果的照片。图20是示出图19的X-X剖面中的干涉条纹的强度分布的图。图21是示出图19的干涉条纹的对比度分布的图。图22是示出式(10)的Q值比1大地偏差的情况下的图19的X-X剖面中的强度分布的图。图23是示出式(10)的Q值比1大地偏差的情况下的对比度分布的图。图24是示出对比度最低的位置处的对比度与Q值之间的关系的图。图25是示出现有的形状测定装置的图。图26是图25的局部详细图。具体实施方式下面，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。(第一实施方式)图1是第一实施方式的形状测定装置的主要部分的概略结构图。图1所示的形状测定装置与图25所示的形状测定装置同样地是插入到体腔等来对脏器等的表面形状进行计测的装置，具有干涉条纹投影光学系统1、摄像部30、由计算机等构成的运算控制部50。干涉条纹投影光学系统1具有干涉条纹生成光学系统11和放大光学系统21。干涉条纹生成光学系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干涉条纹投影光学系统，其具有：干涉条纹生成光学系统，其生成干涉条纹；以及放大光学系统，其将所述干涉条纹放大而投影到物体表面上，所述放大光学系统由形成所述干涉条纹的光束所入射的一侧的入射侧透镜组和射出所述光束而朝向所述物体表面投影所述干涉条纹的一侧的射出侧透镜组构成，在设所述入射侧透镜组的焦距为f1，设所述射出侧透镜组的焦距为f2时，f1/f2＞3，所述入射侧透镜组和所述射出侧透镜组分别具有正屈光力，在设从所述入射侧透镜组的射出侧主点到所述射出侧透镜组的入射侧主点的距离为xd时，满足xd/(f1+f2)＜2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种干涉条纹投影光学系统，其具有：干涉条纹生成光学系统，其生成干涉条纹；以及放大光学系统，其将所述干涉条纹放大而投影到物体表面上，所述放大光学系统由形成所述干涉条纹的光束所入射的一侧的入射侧透镜组和射出所述光束而朝向所述物体表面投影所述干涉条纹的一侧的射出侧透镜组构成，在设所述入射侧透镜组的焦距为f1，设所述射出侧透镜组的焦距为f2时，f1/f2＞3，所述入射侧透镜组和所述射出侧透镜组分别具有正屈光力，在设从所述入射侧透镜组的射出侧主点到所述射出侧透镜组的入射侧主点的距离为xd时，满足xd/(f1+f2)＜2。2.根据权利要求1所述的干涉条纹投影光学系统，其特征在于，所述干涉条纹生成光学系统具有并列地位于所述放大光学系统的入射侧的两个光射出部。3.根据权利要求2所述的干涉条纹投影光学系统，其特征在于，所述两个光射出部由两根光纤各自的射出端面构成。4.根据权利要求1所述的干涉条纹投影光学系统，其特征在于，所述干涉条纹生成光学系统具有：光射出部，其配置在所述放大光学系统的入射侧；以及双折射元件，其并列形成多个该光射出部的实像或虚像。5.根据权利要求4所述的干涉条纹投影光学系统，其特征在于，所述双折射元件配置在所述光射出部与所述放大光学系统之间。6.根据权利要求4所述的干涉条纹投影光学系统，其特征在于，所述双折射元件配置在所述放大光学系统的射...

【专利技术属性】
技术研发人员：松本浩司，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP