【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学设计，尤其涉及一种基于2k高分辨率lcos显示芯片的高亮度数字条纹投射器光学系统。
技术介绍
1、高速数字条纹投射器是高精度三维视觉测量仪的核心组件，其作用是向被测物体表面投射条纹图案，投射器的响应速度、分辨率、亮度、均匀性、畸变等关键指标将严重制约三维视觉测量仪的测量精度、测量速度及测量范围等性能指标。
2、数字条纹投射器需要在极短时间内投射多张条纹图像，投射速度越快，测量速度越快，这就要求提高投射器的响应速度。数字条纹投射器的亮度影响着测量仪的测量范围，亮度不足将会导致投射器只能照亮小范围，不利于该测量系统进行大范围表面测量。投射器的分辨率直接影响测量仪的测量精度，普通分辨率的投射器不能胜任高精度测量应用。
3、高精度三维视觉测量仪的主要误差源是相机镜头和数字条纹投射器的畸变和均匀性，图像畸变和不均匀会严重影响三维视觉测量仪的测量精度，不利于该测量系统在高精度场景的应用。相机镜头可以通过优化算法进行标定，而投射器的畸变和均匀性校正是比较困难的。因此数字条纹投射器的低畸变高均匀性设计有利于提高三维视觉测量的精度。
4、目前市场上家用或者普通商用投射器的亮度、分辨率、均匀性、畸变等指标无法满足三维视觉测量仪测量精度、测量范围和测量速度要求，从而限制了三维视觉测量仪的高精度应用。
技术实现思路
1、本专利技术主要目的在于提供一种可提高三维视觉测量仪的测量精度、测量速度和测量范围的数字条纹投射器光学系统。
2、本专利技术
3、提供一种数字条纹投射器光学系统，包括：
4、led光源合色系统，用于将rgb三色led发出的光经过准直后合色成白光；
5、lcos均匀照明系统，用于将白光匀光后入射到lcos芯片上；
6、投射镜头系统，为反远摄结构，沿光轴方向依次包括后组透镜组、光阑、前组透镜组，该投射镜头系统用于将lcos芯片上的条纹图像投射到被测物体上。
7、接上述技术方案，led光源合色系统包括绿光led、红光led、蓝光led、准直透镜组和垂直放置的两个二向色镜，两个二向色镜分别与光轴呈45°放置形成四个区域，三个led及相应的准直透镜组分别置于其中三个区域中，三色光各自准直后通过二向色镜混合为白光。
8、接上述技术方案，lcos均匀照明系统包括双排复眼透镜阵列、偏振光转换器、中继透镜一、折转反射镜、中继透镜二、偏振片一、偏振分光棱镜、1/4波片、lcos芯片和偏振片二；双排复眼透镜阵列的前排复眼透镜将白光光束分为多束细光束汇聚于后排复眼透镜上；偏振光转换器为多块条状棱镜和1/2波片胶合而成，紧贴于后排复眼透镜，将多束细光束分为p偏振光和s偏振光，经中继透镜一、折转反射镜、中继透镜二、偏振片一、偏振分光棱镜后，p偏振光又经过偏振光转换器中的1/2波片转换成s偏振光入射lcos芯片，lcos芯片发出的条纹图像通过偏振分光棱镜、偏振片二入射到投射镜头系统。
9、接上述技术方案，复眼透镜与偏振光转换器配合设计，双排复眼透镜阵列的每个单元的尺寸是偏振光转换器尺寸的2倍，长宽比为lcos芯片的长宽比。
10、接上述技术方案，后组透镜组依次包括共光轴的后组透镜一、后组透镜二、后组胶合透镜、后组透镜三。
11、接上述技术方案，前组透镜组依次包括共光轴的前组透镜一、前组透镜二、前组透镜三、前组透镜四。
12、接上述技术方案，投射镜头系统的镜头焦距为17.7mm，投射比1.35，最大畸变0.1%。
13、接上述技术方案，投射镜头系统的视场角为40.6°×40.6°，最大视场相对照度为95.5%。
14、接上述技术方案，偏振光转换器、两个偏振片及偏振分光棱镜都采用无机材料制作。
15、本专利技术还提供一种三维视觉测量仪，其包括上述技术方案所述的数字条纹投射器光学系统。
16、本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的led光源合色系统通过将rgb三色光并合成白光，有利于提高数字条纹投射器的亮度。通过lcos均匀照明系统将混色后的白光匀化整形到lcos靶面上，提高光的均匀性。
17、进一步地，采用反远摄的结构，以及像方远心光路设计，增大系统后截距和视场，提高像面的相对照度，有利于提高投射器输出图像均匀性。
18、进一步地，通过将复眼透镜阵列与偏振光转换器配合设计，提高能量利用率及均匀性。
19、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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1.一种数字条纹投射器光学系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，LED光源合色系统包括绿光LED、红光LED、蓝光LED、准直透镜组和垂直放置的两个二向色镜，两个二向色镜分别与光轴呈45°放置形成四个区域，三个LED及相应的准直透镜组分别置于其中三个区域中，三色光各自准直后通过二向色镜混合为白光。
3.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，LCOS均匀照明系统包括双排复眼透镜阵列、偏振光转换器、中继透镜一、折转反射镜、中继透镜二、偏振片一、偏振分光棱镜、1/4波片、LCOS芯片和偏振片二；其中：
4.根据权利要求3所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，复眼透镜与偏振光转换器配合设计，双排复眼透镜阵列的每个单元的尺寸是偏振光转换器尺寸的2倍，长宽比为LCOS芯片的长宽比。
5.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，后组透镜组依次包括共光轴的后组透镜一、后组透镜二、后组胶合透镜、后组透镜三。
6.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统
7.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，投射镜头系统的镜头焦距为17.7mm，投射比1.35，最大畸变0.1%。
8.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，投射镜头系统的视场角为40.6°×40.6°，最大视场相对照度为95.5%。
9.根据权利要求3所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，偏振光转换器、两个偏振片及偏振分光棱镜都采用无机材料制作。
10.一种三维视觉测量仪，其特征在于，其包括如权利要求1-9中任一项所述的数字条纹投射器光学系统。
...【技术特征摘要】
1.一种数字条纹投射器光学系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，led光源合色系统包括绿光led、红光led、蓝光led、准直透镜组和垂直放置的两个二向色镜，两个二向色镜分别与光轴呈45°放置形成四个区域，三个led及相应的准直透镜组分别置于其中三个区域中，三色光各自准直后通过二向色镜混合为白光。
3.根据权利要求1所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，lcos均匀照明系统包括双排复眼透镜阵列、偏振光转换器、中继透镜一、折转反射镜、中继透镜二、偏振片一、偏振分光棱镜、1/4波片、lcos芯片和偏振片二；其中：
4.根据权利要求3所述的数字条纹投射器光学系统，其特征在于，复眼透镜与偏振光转换器配合设计，双排复眼透镜阵列的每个单元的尺寸是偏振光转换器尺寸的2倍，长宽比为lcos芯片的长宽比。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：向康，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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