[发明专利]彩色复合相移条纹结构光投影装置和方法

摘要

本发明公开了一种彩色复合相移条纹结构光投影装置和方法，属于投影显示领域。所述的彩色复合相移条纹结构光投影装置包括第一单色光源、第二单色光源、第三单色光源、第四单色光源、第一硅基液晶阵列、第二硅基液晶阵列、第三硅基液晶阵列、第四硅基液晶阵列、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第三半透半反镜、投影光组和壳体。所述的复合相移条纹结构光投影方法通过调整四个硅基液晶阵列的对应关系和控制硅基液晶阵列进行光线调制，使不同波段条纹结构光无时差复合，并经投影光组扩束实现投影功能。本发明结构紧凑，投影速度快，适用于光学三维形貌测量速度要求高的场合，且可针对动态运动目标。 1

主权项

1.一种彩色复合相移条纹结构光投影装置，其特征在于，包括第一单色光源(1)、第二单色光源(2)、第三单色光源(3)、第四单色光源(4)、第一硅基液晶阵列(5)、第二硅基液晶阵列(6)、第三硅基液晶阵列(7)、第四硅基液晶阵列(8)、第一半透半反镜(9)、第二半透半反镜(10)、第三半透半反镜(11)、投影光组(12)和壳体(13)；

所述的第一单色光源(1)发出结构光投影所需的第一波段光线，投射到所述的第一硅基液晶阵列(5)的基面上；所述的第一硅基液晶阵列(5)对第一波段光线在二维空间上进行强度调制，并将经调制的第一波段光线传送给所述的第一半透半反镜(9)；所述的第二单色光源(2)发出结构光投影所需的第二波段光线，投射到所述的第二硅基液晶阵列(6)的基面上；所述的第二硅基液晶阵列(6)对第二波段光线在二维空间上进行强度调制，并将经调制的第二波段光线传送给所述的第一半透半反镜(9)；所述的第一半透半反镜(9)将经调制的第一波段光线和经调制的第二波段光线叠加为第一复合相移光线，并将第一复合相移光线传送给所述的第三半透半反镜(11)；所述的第三单色光源(3)发出结构光投影所需的第三波段光线，投射到所述的第三硅基液晶阵列(7)的基面上；所述的第三硅基液晶阵列(7)对第三波段光线在二维空间上进行强度调制，并将经调制的第三波段光线传送给所述的第二半透半反镜(10)；所述的第四单色光源(4)发出结构光投影所需的第四波段光线，投射到所述的第四硅基液晶阵列(8)的基面上；所述的第四硅基液晶阵列(8)对第四波段光线在二维空间上进行强度调制，并将经调制的第四波段光线传送给所述的第二半透半反镜(10)；所述的第二半透半反镜(10)将经调制的第三波段光线和经调制的第四波段光线叠加为第二复合相移光线，并将第二复合相移光线传送给所述的第三半透半反镜(11)；所述的第三半透半反镜(11)将第一复合相移光线和第二复合相移光线叠加为复合相移条纹结构光，并将复合相移条纹结构光传送给所述的投影光组(12)；所述的投影光组(12)改变轴向放大率，将复合相移条纹结构光投射出装置；所述的壳体(13)用于固定光学元件，并对光路进行密封以避免外界干扰光进入；所述的第一单色光源(1)、第二单色光源(2)、第三单色光源(3)和第四单色光源(4)为不同波段单色光源；所述的第一硅基液晶阵列(5)、第二硅基液晶阵列(6)、第三硅基液晶阵列(7)和第四硅基液晶阵列(8)型号相同；所述的第一硅基液晶阵列(5)在所述的第一半透半反镜(9)右侧，与所述的第一半透半反镜(9)的基面成45°角；所述的第二硅基液晶阵列(6)在所述的第一半透半反镜(9)下方，与所述的第一半透半反镜(9)的基面成45°角；所述的第三硅基液晶阵列(7)在所述的第二半透半反镜(10)右侧，与所述的第二半透半反镜(10)的基面成45°角；所述的第四硅基液晶阵列(8)在所述的第二半透半反镜(10)下方，与所述的第二半透半反镜(10)的基面成45°角；所述的第一半透半反镜(9)在所述的第三半透半反镜(11)右侧，与所述的第三半透半反镜(11)的基面平行；所述的第二半透半反镜(10)在所述的第三半透半反镜(11)下方，与所述的第三半透半反镜(11)的基面平行；所述的第三半透半反镜(11)的基面与所述的投影光组(12)主面成45°角。

2.一种彩色复合相移条纹结构光投影方法，其特征在于，采用如权利要求1所述彩色复合相移条纹结构光投影装置进行投影，包括以下步骤：

步骤一、调整所述的第一硅基液晶阵列5、第二硅基液晶阵列6、第三硅基液晶阵列7和第四硅基液晶阵列8的晶元对应位置使各硅基液晶阵列的晶元一一对应，即阵列坐标相同的晶元投影重合；

步骤二、给所述的第一单色光源1、第二单色光源2、第三单色光源3和第四单色光源4通电；所述的第一单色光源1、第二单色光源2、第三单色光源3和第四单色光源4经过电光转换，分别向所述的第一硅基液晶阵列5、第二硅基液晶阵列6、第三硅基液晶阵列7和第四硅基液晶阵列8发射不同波段光束；其中，所述的第一单色光源1的光强分布为E₁(x,y)，所述的第二单色光源2的光强分布为E₂(x,y)，所述的第三单色光源3的光强分布为E₃(x,y)，所述的第四单色光源4的光强分布为E₄(x,y)，x和y分别是硅基液晶阵列的列坐标和行坐标；

步骤三、控制所述的第一硅基液晶阵列5、第二硅基液晶阵列6、第三硅基液晶阵列7和第四硅基液晶阵列8同步进行光线调制，光线调制函数分别为：

公式(1)中，FPF[·]为周期条纹函数；P(x,y)为所述的第一硅基液晶阵列5、第二硅基液晶阵列6、第三硅基液晶阵列7和第四硅基液晶阵列8的条纹调制周期；θ₀为调制初相位，是可任意设定的固定值；在一次彩色复合相移条纹结构光投影中，各硅基液晶阵列的P(x,y)和θ₀相同；

步骤四、所述的第一半透半反镜9、第二半透半反镜10和第三半透半反镜11将经调制的第一波段光线、经调制的第二波段光线、经调制的第三波段光线和经调制的第四波段光线叠加为复合相移条纹结构光，并通过所述的投影光组12投射出装置，此时的投影光强分布D(u,v)为：

公式(2)中，F(x,y,u,v)是硅基液晶阵列面到投影面的点扩散函数，u和v分别是投影面的横坐标和纵坐标，k是经调制光线序列数，D(u,v)的物理意义是四个波段的条纹结构光依次以π/2的相位差混合而成的彩色复合相移条纹结构光的光强分布；

可见，经过步骤一、二、三、四，能够实现彩色复合相移条纹结构光投影。