一种二进制编码组合光栅元件制造技术

一种二进制编码组合光栅元件，是采用掩模的方法在矩形玻璃片上刻出三组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图和两组等周期条纹图。变周期条纹图中任一幅条纹图的周期为前一幅的一半，第一组等周期条纹图的周期为变周期条纹图中最小周期的四分之一，第二组等周期条纹图的周期为第一组等周期条纹图的周期的四分之一。每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片上，条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片长边方向平行（或垂直），使条纹对齐精度和平行度得到充分保证，从而可以极大地提高结构光投影的质量，保证了光学三维测量的精度和稳定性，具有重要的工程实用价值和显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光栅元件，特别是一种基于掩模方法制作的包括一组变周期条纹图和两组等周期条纹图的二进制编码组合光栅元件，属于机械工程和光学测量

技术介绍
随着全球化市场竞争的日趋激烈和社会需求的多样化发展，快速产品开发和产品创新设计逐渐成为当代企业赢得全球竞争的重要手段，逆向工程作为其中的一项重要技术也逐渐得到广泛重视和应用。三维测量作为逆向工程的首要步骤，具有十分重要的作用。其中，目前应用最为广泛的是光学三维测量方法，在光学三维测量中，需要至少一个结构光投影装置和一个图像采集装置。由于目前还没有什么投影技术可以完全满足光学三维测量的要求，因此如何保证结构光投影的质量就成为光学三维测量中的关键问题。目前，用于结构光投影的常用系统有DMD投影仪、液晶投影仪和幻灯投影仪等。DMD投影仪为美国德州仪器公司的专利产品，具有数字编程功能，投影性能较好，但成本昂贵。液晶投影仪也是通过编程的方法投影数字光栅，具有较好的对齐性，但不能投影具有连续光强分布的条纹，对比度低，最大光强较低，景深较小。幻灯投影仪由若干幻灯片光栅和位移机构组成，可以获得较好的对比度以及非常高的光强，并能实现较大的景深，其不足在于无法保证幻灯片的精确排列，幻灯片之间的切换通过线性或旋转的精密位移机构实现，因此不能有效保证光栅的对齐精度。
技术实现思路
为克服现有技术的不足和缺陷，本专利技术提出一种基于掩模方法制作的二进制编码组合光栅元件，是采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片上制作出三组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图和两组等周期条纹图。每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)，使条纹对齐精度和平行度得到充分保证。变周期条纹图包含5或6幅条纹图，除第一幅外，任一幅条纹图的周期为前一幅的一半，并满足如下编码规则若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则n幅变周期条纹图形成n比特的二进制码，包括2n个码词，相邻的码词之间只有一位不同。以n＝4幅为例，4幅变周期条纹图形成的一种二进制码值表如表1所示，共包含24＝16个码词，即表中的C0至C15列，其中任意相邻两列间的码词只有一位不同，如C5的码词为0111，而C6的码词为0101，只有第3位与C5不同；表中的行r0、r1、r2、r3各表示一幅条纹图，其中任一幅条纹图均可取正码(如表所示)和反码两种形式，如r2可取表中的正码0011110000111100，也可取其反码1100001111000011。所有条纹图的排列顺序任意，各条纹图可采用完全编码形式的条纹，即取C0至C15的全部码词，也可采用不完全编码形式的条纹，即取其中部分相邻码词，如C4至C12之间的码词。表1 变周期条纹图编码码值表(n＝4幅) 第一组等周期条纹图包含4幅基本条纹图，其周期为变周期条纹图中最小周期的四分之一，并满足如下编码规则若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则形成的码值表如表2所示，条纹图r1、r2、r3的码值分别由r0、r1、r2向左偏移1位(即半个条纹)形成。根据光学三维测量结构光投影的实际要求，等周期条纹图可取上述基本条纹图中的任意1幅作为扩展，以保证三维测量的精度。第二组等周期条纹图也包含4或5幅条纹图，其周期为第一组等周期条纹图的周期的四分之一，编码规则与第一组等周期条纹图相同，所有条纹图的排列顺序任意。表2 等周期条纹图编码码值表 本专利技术采用掩模的方法在一块膨胀率极小的矩形玻璃片上制作所有条纹图，条纹方向相互平行，并与矩形玻璃长边方向平行(或垂直)，整齐排列于矩形玻璃片上，保证了条纹的对齐精度和平行度，从而可以极大地提高结构光投影的质量，保证了光学三维测量的精度和稳定性，具有重要的工程实用价值和显著的经济效益。附图说明图1是本专利技术二进制编码组合光栅元件结构示意图。图中，1是矩形玻璃片，2是变周期条纹图，3是第一组等周期条纹图，4是第二组等周期条纹图。图2是变周期条纹图结构示意图。图中为6幅变周期条纹图的条纹结构，每幅条纹图可任取(a)、(b)两种形式之一，条纹方向与图1中矩形玻璃片长边方向平行(或垂直)。图3是等周期条纹图结构示意图。图中为两组等周期条纹图中4幅基本条纹图的条纹结构，条纹方向与图2中条纹方向相同。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施作进一步描述。如图1所示，本专利技术的矩形光栅元件是采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片1上刻出多幅条纹图，包括一组变周期条纹图2、第一组等周期条纹图3和第二组等周期条纹图4，每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片1上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片1的长边方向平行(或垂直)。如图2所示，变周期条纹图2包含前5幅或全部6幅条纹图，其中每幅条纹图可任取(a)、(b)两种形式之一，从第2幅条纹图开始，其周期依次比前一幅条纹图减小一半，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则n幅条纹图形成一种n比特的二进制编码，包含2n个码词，相邻的码词之间只有一位不同，其中第一幅条纹图的编码值为00...0011...11或11...1100...00，第二幅条纹图的编码值为00...001111...111100...00或11...110000...000011...11，依此类推，倒数第二幅条纹图的编码值为0011110000...000111100或1100001111...1111000011，最后一幅条纹图的编码值为01100...00110或10011...11001，各条纹图可采用图2中的完全形式，也可采用不完全形式，如图2中两虚线之间的部分，各条纹图在矩形玻璃片1上的排列顺序任意。如图3所示，两组等周期条纹图中4幅基本条纹图的条纹结构相同，第一组等周期条纹图3的周期为变周期条纹图2中最小周期的四分之一，第2至第4幅条纹图依次比前一幅条纹图向左偏移了半个条纹宽度即四分之一周期，若以黑、白条纹分别表示逻辑值0、1，则第1幅条纹图的编码值为01100110...01100110，第2幅条纹图的编码值为11001100...11001100，第3幅条纹图的编码值为10011001...10011001，第4幅条纹图的编码值为00110011...00110011，根据光学三维测量结构光投影的实际要求，可取上述基本条纹图中的任意1幅作为扩展；第二组等周期条纹图4也包含4或5幅条纹图，其周期为第一组等周期条纹图3的周期的四分之一，编码规则与第一组等周期条纹图3相同，所有条纹图在矩形玻璃片1上的排列顺序任意。根据图1-图3的结构在Ledit软件中设计组合光栅，设计的每幅条纹图大小相同，条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片1的长边方向平行(或垂直)，使条纹对齐精度和平行度得到充分保证，从而保证了结构光投影的质量。然后，将设计好的电子文件输入到掩模设备的控制程序，采用掩模方法在矩形玻璃片1上制作光栅元件。在矩形玻璃片1表面覆上一层薄膜，薄膜上再覆上一层电子感光材料，掩模设备将设计的组合光栅条纹图刻到矩形玻璃片1上，曝光以后，表面曝光的地方用溶剂移去薄膜，即得到所设计的光栅。最后，对制作好的玻璃片进行适当剪裁，获得光栅元件。权利要求一种二进制编码组合光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二进制编码组合光栅元件，其特征在于：采用掩模的方法在膨胀率极小的矩形玻璃片（１）上刻出三组符合一种特定二进制编码规则的条纹图，包括一组变周期条纹图（２）、第一组等周期条纹图（３）和第二组等周期条纹图（４），每幅条纹图的大小相同，整齐排列于矩形玻璃片（１）上，所有条纹方向相互平行，并与矩形玻璃片（１）的长边方向平行（或垂直），变周期条纹图（２）包含５或６幅条纹图，其中从第２幅条纹图开始，其周期依次比前一幅条纹图减小一半，若以黑、白条纹分别表示逻辑值０、１，则形成的二进制编码相邻的码词之间只有一位不同，其中第一幅条纹图的编码值为００．．．００１１．．．１１或１１．．．１１００．．．００，第二幅条纹图的编码值为００．．．００１１１１．．．１１１１００．．．００或１１．．．１１００００．．．００００１１．．．１１，依此类推，倒数第二幅条纹图的编码值为００１１１１００００．．．０００１１１１００或１１００００１１１１．．．１１１１００００１１，最后一幅条纹图的编码值为０１１００．．．００１１０或１００１１．．．１１００１，各条纹图可采用完全编码形式，也可采用不完全编码形式；第一组等周期条纹图（３）的周期为变周期条纹图（２）中最小周期的四分之一，第２至第４幅条纹图依次比前一幅条纹图向左偏移了半个条纹宽度即四分之一周期，若以黑、白条纹分别表示逻辑值０、１，则第１幅条纹图的编码值为０１１００１１０…０１１００１１０，第２幅条纹图的编码值为１１００１１００…１１００１１００，第３幅条纹图的编码值为１００１１００１…１００１１００１，第４幅条纹图的编码值为００１１００１１…００１１００１１，根据光学三维测量结构光投影的实际要求，可取上述基本条纹图中的任意１幅作为扩展；第二组等周期条纹图（４）也包含４或５幅条纹图，其周期为第一组等周期条纹图（３）的周期的四分之一，编码规则与第一组等周期条纹图（３）相同。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇峰，
申请(专利权)人：冯宇峰，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]