用于产生三线激光的光学系统和三线光源时分探测方法技术方案

本申请涉及一种用于产生三线激光的光学系统和三线光源时分探测方法，其光学系统包括三线光源、准直镜和扩线装置，三线光源包括有第一线光源、第二线光源和第三线光源，第二线光源经过参考光轴，第一线光源和第三线光源对称设置于第三线光源的两侧；准直镜的光轴为参考光轴，且准直镜用于分别对第一线激光、第二线激光和第三线激光进行准直；扩线装置包括依次相连的三个扩线镜，分别位于三道线激光经过准直镜后的输出光路上，以分别对三道激光在不同方向上进行扩线。本申请具有通过一套镜组和一个探头达到常规技术中三套镜组和三个探头才能达到的效果，能够有效节约元件，具有成本低和体积小的优点，同时还能够有效减少后期组装操作量和调试难度。装操作量和调试难度。装操作量和调试难度。

【技术实现步骤摘要】
用于产生三线激光的光学系统和三线光源时分探测方法


[0001]本申请涉及光学技术的领域，尤其是涉及一种用于产生三线激光的光学系统和三线光源时分探测方法。

技术介绍

[0002]线结构光三维视觉测量是基于光学三角法测量原理的一种非接触式测量，具有测量速度快、精度高，结构简单、经济且易于实现等优点，在工业测量和检测、医学、工程设计、逆向工程等领域得到了越来越广泛的应用。比如，在工业测量和检测领域中，可应用于扫地机器人，服务机器人，仓储机器人，物流机器人等设备。其测量原理是首先将激光器发出的激光光束通过柱面镜展成为一个连续的激光平面，用它来照射被测物体，与被测物体表面相交形成一条变形结构光条纹；然后利用CMOS或CCD探头拍摄到的变形结构光条纹的图像几何信息，结合测量时系统运动参数来提取被测物体表面的三维形貌几何信息。其中，对变形结构光条纹图像的处理和计算，是三维测量的关键环节之一。
[0003]由于不同方向的探测需求，在扫地机器人上会安装多个线结构光传感器，多个线结构光传感器朝向不同的方向。每个线结构光传感器需要一个线光源与一个摄像模组，这就导致了扫地机器人上需要设置多个线光源与多个摄像模组，导致成本上升。

技术实现思路

[0004]为了实现摄像模组和镜组的高效利用，从而降低成本，本申请提供一种用于产生三线激光的光学系统和三线光源时分探测方法。
[0005]第一方面，本申请提供的一种用于产生三线激光的光学系统，采用如下的技术方案：一种用于产生三线激光的光学系统，包括：三线光源，包括有第一线光源、第二线光源和第三线光源，所述第二线光源经过参考光轴，所述第一线光源和所述第三线光源位于第三线光源的两侧且对称设置；准直镜，所述准直镜的光轴同轴于参考光轴，且所述准直镜用于分别对第一线激光、第二线激光和第三线激光在各自的线光源长度方向上进行准直，其中，第一线激光、第二线激光和第三线激光分别由第一线光源、第二线光源和第三线光源发出；扩线装置，包括依次相连的第一扩线镜、第二扩线镜和第三扩线镜，分别位于第一线激光、第二线激光和第三线激光经过准直镜后的输出光路上，用于对第一线激光、第二线激光和第三线激光进行扩线。
[0006]可选的，所述第一线光源和所述第二线光源位于准直镜光轴的两侧且相互平行设置，所述第三线光源的长度方向垂直于所述第一线光源和第二线光源的长度方向。
[0007]可选的，所述第一线光源、第二线光源和第三线光源由若干线排布的激光光源组成，所述激光光源为边发激光器或者面发激光器。
[0008]可选的，所述激光光源为EEL边发射激光器、VCSEL激光器或HCSEL激光器。
[0009]可选的，所述激光光源的孔径为3～20um。
[0010]可选的，所述激光光源的孔径为8um。
[0011]可选的，所述第一线光源和所述第三线光源相对于参考光轴的离轴高度为1.5～4.0mm，所述第一线光源、所述第二线光源和所述第三线光源的线长小于2.5mm。
[0012]可选的，所述准直镜为旋转对称的双凸透镜，中心厚度为1～10mm，孔径为5～18mm，焦距为2～10mm，折射率为1.3～2；所述准直镜的前表面曲线表达式为：其中，α0＝0，3≤r<4,n≥0,当n＝0时，式
①
中各参数的范围值分别为：c＝(
‑
2～1)；所述准直镜的后表面曲线表达式为：其中，α0＝0，
‑
20≤r<
‑
2,n≥6,当n＝6时，式
②
中各参数的范围值分别为：c＝(
‑
2～10)；α1＝(
‑
10～10)；α2＝(
‑9×
104～10)；α3＝(
‑
50～9
×
104)；α4＝(
‑9×
106～1
×
102)；α5＝(
‑3×
102～6
×
107)；α6＝(
‑9×
109～2
×
102)。
[0013]可选的，所述第一扩线镜、第二扩线镜和第三扩线镜用于将第一线激光、第二线激光、第三线激光扩线为光照度分布函数趋于E
w
的出射光，光照度分布函数为1≤n≤4，E0为轴上点光照度。
[0014]可选的，所述准直镜由光学塑料、玻璃、石英或晶体制成。
[0015]可选的，所述准直镜的折射率的典型值取1.529。
[0016]可选的，所述第一扩线镜、所述第二扩线镜和所述第三扩线镜均为具有波浪结构的透镜，所述波浪结构包括多个并列排布的凸齿，所述第一扩线镜、所述第二扩线镜和所述第三扩线镜上的凸齿的排列方向分别为所述第一线光源、第二线光源和第三线光源上激光光源的线排布方向，且齿尖朝向准直镜，齿背位于同一平面上。
[0017]可选的，所述第一线激光经过所述第一扩线镜后的最大发散角为30～150
°
。
[0018]可选的，所述第一线激光经过所述第一扩线镜后的最大发散角为65
°
。
[0019]可选的，所述第二线激光经过所述第二扩线镜后的最大发散角为30～150
°
。
[0020]可选的，所述第二线激光经过所述第二扩线镜后的最大发散角为120
°
。
[0021]可选的，所述第三线激光经过所述第三扩线镜后的最大发散角为30～150
°
。
[0022]可选的，所述第三线激光经过所述第三扩线镜后的最大发散角为65
°
。
[0023]可选的，所述第一扩线镜的延展方向垂直于所述第一线激光经过准直镜后的出射方向，其中，所述出射方向为线激光发散角为0时的传播方向。
[0024]可选的，所述第二扩线镜的延展方向垂直于所述第二线激光经过准直镜后的出射方向，其中，所述出射方向为线激光发散角为0时的传播方向。
[0025]可选的，所述第三扩线镜的延展方向垂直于所述第三线激光经过准直镜后的出射方向，其中，所述出射方向为线激光发散角为0时的传播方向。
[0026]可选的，所述第一扩线镜和所述第二扩线镜成(30
°±
20
°
)的夹角。
[0027]可选的，所述第一扩线镜和所述第二扩线镜成30
°
的夹角。
[0028]可选的，所述第二扩线镜和所述第三扩线镜成(30
°±
20
°
)的夹角。
[0029]可选的，所述第二扩线镜和所述第三扩线镜成30
°
的夹角。
[0030]可选的，所述第一扩线镜、所述第二扩线镜和所述第三扩线镜为一体设置。
[0031]可选的，所述第一扩线镜和所述第二扩线镜为可拆卸连接。
[0032]可选的，所述第一扩线镜和所述第二扩线镜通过夹具连接。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于产生三线激光的光学系统，其特征在于，包括：三线光源，包括有第一线光源、第二线光源和第三线光源，所述第二线光源经过参考光轴，所述第一线光源和所述第三线光源对称设置于所述第二线光源的两侧；准直镜，所述准直镜的光轴同轴于参考光轴，且所述准直镜用于分别对第一线激光、第二线激光和第三线激光进行准直，其中，第一线激光、第二线激光和第三线激光分别由第一线光源、第二线光源和第三线光源发出；扩线装置，包括依次相连的第一扩线镜、第二扩线镜和第三扩线镜，分别位于第一线激光、第二线激光和第三线激光经过准直镜后的输出光路上，用于对第一线激光、第二线激光和第三线激光进行扩线。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一线光源和所述第二线光源位于准直镜光轴的两侧且相互平行设置，所述第三线光源的长度方向垂直于所述第一线光源和第二线光源的长度方向。3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述第一线光源、第二线光源和第三线光源由若干线排布的激光光源组成，所述激光光源为边发激光器或者面发激光器。4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述激光光源为EEL边发射激光器、VCSEL激光器或HCSEL激光器。5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述激光光源的孔径为3～20um。6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述激光光源的孔径为8um。7.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第一线光源和所述第三线光源相对于参考光轴的离轴高度为1.5～4.0mm，所述第一线光源、所述第二线光源和所述第三线光源的线长小于2.5mm。8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述准直镜为旋转对称的双凸透镜。9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，中心厚度为1～10mm，孔径为5～18mm，焦距为2～10mm，折射率为1.3～2；所述准直镜的前表面曲线表达式为：其中，α0＝0，3≤r<4,n≥0,当n＝0时，式
①
中各参数的范围值分别为：c＝(
‑
2～1)；所述准直镜的后表面曲线表达式为：其中，α0＝0，
‑
20≤r<
‑
2,n≥6,当n＝6时，式
②
中各参数的范围值分别为：c＝(
‑
2～10)；α1＝(
‑
10～10)；α2＝(
‑9×
104～10)；
α3＝(
‑
50～9
×
104)；α4＝(
‑9×
106～1
×
102)；α5＝(
‑3×
102～6
×
107)；α6＝(
‑9×
109～2
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖志林，
申请(专利权)人：深圳市柠檬光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：