光学测量光学测头的应用趋势

　　图4 将一条由若干光点组成的光条纹投射到物体表面

　　更有测头用光栅将一束光分散并编码，形成一定模式的结构光光源，这样在传感器上就可以得到一组畸变光线，从而进一步提高采点的速度（图5）。

　　图5 测头用光栅将一束光分散并编码，形成一定模式的结构光光源

目前，各种光学测头采用的光源种类主要有激光和白光。激光作为一种准直、相干的单色光，广泛地作为点测头和线测头的光源。而白光则是由各种波长的光组成，因此颜色呈白色，目前较多地作为结构光光源。由于白光的物理特性，白光点测头也逐渐应用于测量领域中。激光和白光的最大区别在于，激光是一种单色光，因此拥有高度相干性，有些测头正是利用了激光的相干性来实现其功能；而白光是由各种波长的光组成，所以相干性相当微弱。如前所述，利用单色光的高度相干性可以根据某些原理进行测量，但事物的两面性同时说明，在有些地方相干性也会干扰测量。举例说明，激光测头利用物体表面的反射光进行三角测量时，照射到物体表面的激光会呈现颗粒状的结构，这种颗粒状的结构称为“散斑”，而这种现象称为“散斑效应”。散斑效应的产生，是由于激光照射在粗糙表面经反射造成的。大多数物体的表面与激光的波长相比都是粗糙的，因此当光波从物体表面反射时，表面各点都发出一束高度相干的子波，子波叠加的结果就形成了物体表面呈随机分布的散斑（图6）。

　　图6 子波叠加的结果就形成了物体表面呈随机分布的散斑

　　而白光由于由各种波长的光组成，因此相干性被大大削弱，所以在物体表面反射时，很难观察到散斑效应。这样的区别对于三角测量来说影响是十分巨大的。原因在于，三角测量是依靠像点在传感器上的位置来确定物点的空间位置的。而像点在传感器上通常不会是简单的一个点，反射光照射到传感器上使得一部分像素感光，计算机可以通过像素分析来确定这一群像素的中心，从而得到像点的位置。由于散斑效应的存在，使得要确定像点的位置变得非常困难，且误差较大。而分布均匀且对称的光点对像点位置的确定非常有利（图7）。这就是三角测量当中白光性能要优于激光的根本原因。