结构光模式的投射系统

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柯勒照明原理： 柯勒镜把光源放大成像在聚光镜后组的前焦平面上，照明系统的孔径 光阑就位于该平面，聚光镜后组又把孔径光阑成像在无限远处，即与物镜
的入射光瞳重合。照明系统的视场光阑紧贴在柯勒镜后，被聚光镜成像在
物平面上。照明系统的孔径光阑确定了照明系统的孔径角，也决定了分辨 率和对比度，而柯勒镜后的视场光阑决定了被照明的物平面的大小。
用衍射法产生的光条投射器
采用激光衍射法投影器原理：
为了改善投射器输出与相应的光带质量，采用激光衍射法。有 半导体激光器出射的光经准直透镜1后得到一椭圆形光斑，经过衍 射光栅G和柱面镜L发散后形成光带，光栅衍射方向和柱面镜的轴相 互垂直。L和G可互换，效果一样。衍射光栅的作用是让入射光束 衍射形成空间列项分布的衍射斑，柱面镜的作用是让这些光斑在 Y方向做适当的拉伸，然后交叠成线，形成光平面。
大多采用柯勒照明型式。 投影物镜：物方远心光路系统

照明系统：像方远心光路系统
2.2 投影物镜的结构形式
正、负、正三组投影结构形式
类似于倒置的摄影系统。普通摄影倒置使用时，均可用作为投影物镜系统，
如匹兹伐尔型物镜、天塞物镜、双高斯物镜等。
投影物镜的具体结构形式很多，其基本形式多属于三组（正、负、正）的物
2. 光学投影系统
由照明系统和投影物镜组成，原理与幻灯机光学系统相似
2.1 照明系统
照度的大小：光源的发光强度、光源的尺寸、聚光系统的光学特性 分类： 结构形式：透射、反射、折反 照明方式：临界照明、柯勒照明
临界照明示意图
光源的像成在物平面上。临界照明的聚光镜的出射光瞳和像方视场分别 与物镜的入射光瞳和物方视场重合。一般物镜的入射光瞳在无限远，所 以聚光镜的可变光阑放在其前焦平面上。 光源表面亮度的不均匀性会影响物平面的照射效果。
结构光光模式投射系统
讲解人： 时 间：2012.6.28
主要内容：
1. 激光投射系统 2. 光学投影系统
1. 激光投射系统
透 镜 点 线 多线
光模式结构示意图
半导体激光器
激光器
光模式
光学系统
He—Ne激光器
He—Ne激光器
光 线：平行性 光切面
半导体激光器
球面镜：较小的激光光斑
柱面镜：一个方向发散
体
积：小得多
光
斑：高斯分布 光带不均匀
发散角：约 35 11 ，椭圆形分布
扩展方向：边缘下降快，
两种激光器的简单比较
LD线结构光投射器
LD线结构光投射器原理简述：
将LD发光面元放在柱面镜额焦点上，使其在 一个方向进行垂直，而在另一个方向让他自由发 散，即在空间形成光平面。与He-Ne形成的光平面 类似。其截面也称高斯分布，但在扩展方向靠近忠 言的一段光带还是较为令人满意的。
聚光镜：
照明透镜，多个正透镜组成，具有较大的球差和色差。孔径角越大，垂 轴放大倍率越大，结构型式越复杂。照明系统提供的光想要全部进入投影物 镜，且有均匀的照明视场，照明系统与投影物镜必须有很好的衔接。 衔接条件：一是照明系统的拉赫不变量 J1 要大于投影物镜系统的拉赫不变量
J 2 ，二是保证两个系统的光瞳衔接和成像关系。
方远心光路系统。上图中物镜前组1由若干透镜组成，为正组；物镜3多用单片或
者双胶合透镜组成，为负组；物镜组4是由若干透镜组成，为正组。3、4组合成 物镜后组，和前组适当组合，可以组成长工作距物镜结构。孔径光阑放在物镜前
组的像方焦点处，构成物方远心光路。