[发明专利]一种单色激光投影系统及3D相机

说明书

本发明公开了一种单色激光投影系统，包括激光组件、光路组件以及投影镜头组件；其中，光路组件包括光路模组以及光路固定组件，光路模组包括沿单色激光前进方向依次设置的缩束单元、扩散单元、均光单元、中继单元、棱镜单元以及空间光调制器；光路固定组件对应包括缩束管组件、扩散单元固定组件、均光固定组件以及棱镜固定组件，单色激光经缩束单元、扩散单元、均光单元以及中继单元调至后形成一个横截面与空间光调制器同比例设置且大于空间光调制器尺寸的第二均匀光斑，空间光调制器用于接收并调制第二均匀光斑以输出投影图案至投影镜头，其在简化投射器结构、降低成本的同时，还有效减少了由于激光相干性产生的散斑。

技术领域

本发明涉及一种结构光相机投射机构，具体涉及到是用于工业领域的单色激光投影系统及3D相机。

背景技术

随着现代精密测量技术的不断发展，三维测量技术在医疗、考古、工业设计、虚拟现实等领域的需求日益增加，与之相对应，对三维测量技术的精度与速度也提出了更高的要求。

三维测量技术中，依据检测方式包括接触式测量与非接触式测量，接触式测量通过探针结合运动机构扫描进行检测，因其使用机械式探头，精度低，实用性不高，逐渐被市场淘汰。非接触式测量以光学原理和计算机图像处理为主要手段，分为飞行时间法、干涉法、摄影法、莫尔轮廓法、结构光法等。他们具有非接触、无损伤、高精度、高速地以及易于在计算机控制下实行自动化测量等一系列特点。近年来，随着光电、图像和计算机等技术的发展，非接触式测量技术突飞猛进，获得了广泛的应用。

现行的非接触测量方法主要有立体视觉测量法、干涉测量法、结构光测量法等。其中，立体视觉测量是一种被动试的测量方法，是用两台摄像机获取同一视场的两幅图像后根据视差计算被测面的三维信息。原理简单，对物体及背景等因素要求低，在大型的单位测量中优势较为明显，但两幅图中多点的匹配算法计算量大，精度也较低。

干涉测量法的基本原理是运用物体波前和参考波前发生干涉产生干涉条纹，从干涉条纹的变形情况判读出被测物的几何形状，此类方法是常用的高精度、高分辨力测量方法之一。但是系统测量范围通常较小，而且对环境条件要求苛刻，温湿度、气压、震动等都会极大影响稳定性。

结构光法是一种主动式测量技术，此类方法测量速度快，测量精度高，在工业检测、产品设计中有较大的应用前景。通常的技术方案是投射一个载频条纹到被测物体表面，利用成像设备从另外一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像，再从获取的变形条纹图中解调出被测物体的三维数字像。投射出结构光的质量高低将严重影响三维测量精度，结构光三维测量(3D相机)的速度和精度需要良好正弦型的条纹光线和精密、高速的时移装置。

当前市场上3D相机种类较多，结构复杂，衡量产品质量的标准基本在点云质量和运算速度两方面，而点云质量往往与相机投射器的投射精度和亮度密切相关；相机投射器中光路结构影响着产品的精度和质量，通过设计合理的光路结构来提高投射器的投射精度和亮度，是当前3D相机中重要的环节。投射器作为3D相机中主动发光部分,投射出的光强对点云质量影响很大，因此选择合适的光源是投射器设计中的一个重要的环节。当前市场上多采用LED作为投射器的发光原件，虽然LED发热量小，光路结构简单，但亮度低，合成的点云质量差，不能用在有较高精度要求的环境如工业领域中；因此激光因其高亮度等特性被广泛的应用到结构光相机投射器中，但同时也伴随着高发热、光路复杂等问题，而复杂的光路往往伴随着要求结构件有较高的精度，同时也必须保证一些列防尘、防水等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单色激光投影系统，其在简化投射器结构、缩减系统体积和重量，降低成本的同时，还有效减少了由于激光相干性产生的散斑，保证3D相机的成像效果，且防水防尘。