[发明专利]一种多光路投影装置、三维测量系统及方法

权利要求书

1.一种多光路投影装置，其特征在于，包括：

均匀光源模块，用于发射包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源；

光源调制模块，用于调制均匀光源模块发射的光源，使所述光源分解为两束不同相位的偏振光且包含设定的投影图案；

投影模块，接收光源调制模块调制后的光源并投射到待测物体上，包括若干对投影出口，每个投影出口用于投射单一偏振状态的光源，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；各个投影出口的位置相互配合，以使所有投影出口的投影区域重合。

2.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述均匀光源模块，包括：

多个发射不同颜色光的光源，所述光源前设置有准直光学元件，以调整光源发出的光为准直光；

光源合束装置，用于将不同颜色的准直光源合并为一束光源；

均匀光学组件，用于对合并后的光源进行光束匀化，得到包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源。

3.根据权利要求2所述的多光路投影装置，其特征在于，所述不同颜色的光为红、绿、蓝三种颜色的光；所述光源合束装置为X形合束棱镜。

4.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述光源调制模块，包括：

第一偏振分光装置，用于将均匀光源模块发射的光源分为两束不同相位的偏振光：S偏光和P偏光；所述S偏光和P偏光分别照射到对应的LCOS芯片上；

LCOS芯片，用于反射并调制照射到其上的S偏光和P偏光，使反射的光源包含设定的投影图案；所述调制还包括：将所述S偏光反射后转换为P偏光，将所述P偏光反射后转换为S偏光；

经过LCOS反射的两束偏振光沿着原光路反射逆向进入第一偏振分光装置，合并为一束光源并经过成像镜头进入所述投影模块。

5.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述投影模块，包括：

第二偏振分光装置，用于将光源调制模块发射的两束偏振光分离；

光路分离装置，用于根据光线的颜色将每束偏振光分离，使分离后的不同颜色的光源到达不同的投影出口；

反射镜，设置于光路分离装置与投影出口之间，用于改变光线的方向，并调整光源包含的投影图案的方向；

若干对投影出口，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；各个投影出口的位置相互配合，再通过反射镜的调节，以使所有投影出口的投影区域重合。

6.根据权利要求5所述的多光路投影装置，其特征在于，所述光路分离装置为双色片或双色棱镜，所述双色片或双色棱镜将相对较短波长的光反射，相对较长波长的光透射，从而根据光线的颜色将每束偏振光分离。

7.根据权利要求4或5所述的多光路投影装置，其特征在于，所述第一偏振分光装置和第二偏振分光装置为偏振分束棱镜或偏振分束平板；

所述光源调制模块和投影模块之间设置有若干反光镜，用于改变光源调制模块调制后的光源的方向。

8.一种三维测量系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的多光路投影装置；

一台或多台相机，用于获取所述多光路投影装置投影到待测物体上的图像；

上位机，与所述多光路投影装置相连，用于控制所述LCOS芯片反射出设定的投影图案，并对所述均匀光源模块进行时序控制；所述上位机和所述相机相连，用于控制相机进行拍摄并接收相机获取的图像进行三维测量。

9.一种三维测量方法，其特征在于，包括：

设置不同空间频率和不同相位的条纹图案；

如权利要求1至7任意所述的多光路投影装置分别投影不同颜色的所述条纹图案于待测物体上；

一台或多台相机获取不同颜色的所述条纹图案投影到待测物体上的图像；

根据相机获取的图像对被测物体进行三维重建，根据三维重建模型得到三维测量结果。

10.根据权利要求9所述的三维测量方法，其特征在于，还包括：

所述多光路投影装置交替投射出红、绿、蓝三种颜色的无条纹图案光源，以使所述相机获取待测物体表面的二维彩色图像。