1.引言

工业4.0时代，机器视觉已经从2D向3D发展,同时促进了3D打印、3D测量和人工智能等众多领域的发展。随着测量精度的提高，高性能的投影模块应运而生。本公司自主研发了一系列高精度投影工业模块，分辨从1280*720到1920*1080。模块集光学，机械，电子于一体，采用高精度的光学设计，高精密的机械设计及工业级电路设计，是可编程高速光图形的最佳解决方案。

2.性能参数

对于投影测量领域来说，投影条纹的精度对测量精度起决定作用，博众的产品正是为了满足高精度测量仪器的要求。整个模块实现了主控制板和光机模块的一体化设计，结构小巧，外形美观，它拥有以下优点：

1）优良的光学性能：

通过专业的软件设计与模拟，性能达到最佳水平：

· 成像光路采用高质量光学玻璃，即使模块长时间工作，依然能保证投影图案的高清晰度，不跑焦；

 ·景深大，蓝色/RGB光源，极高的光学传递函数（简称MTF，如图1所示），图形边缘锐利；

· 畸变低，综合畸变小于0.05%（图2所示），高于目前市场上的同类产品；

· 均匀度>95%，采用了特制的照明光束调节镜头；

大景深是3D测量和3D打印系统的重要参数。在设计时，光学模拟的控制参数是影响系数较大的环节。不仅分辨率要达到衍射极限，球差、慧差、像散都会压缩到极小，提高整个系统的光学性能，加大投影的景深。 

利用光学传递函数来评价光学系统的成像质量，是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶级数（物函数为周期函数）或傅里叶积分（物函数为非周期函数）的形式。若把光学系统看成是线性不变的系统，那么物体经过光学系统成像，可视为物体经过光学系统传递后，其传递效果是频率不变，但其对比度下降，相位要发生推移，并在某一频率处截止，即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系我们称之为光学传递函数。

光学传递函数反映光学系统对物体不同频率成分的传递能力。一般来说，高频部分反映物体的细节传递情况，中频部分反映物体的层次传递情况，而低频部分则反映物体的轮廓传递情况。表明各种频率传递情况的则是调制传递函数（MTF）。

图1 MTF曲线某款投影镜头的曲线，因DMD的像元是5.4um，所以我们对应的MTF曲线截止频率计算得93lp/mm。在93lp/mm时，MTF>0.8，曲线已经和衍射极限基本重合，说明该系统像质极佳。我们在投影时，可以清晰的看到DMD的像元成像，中心视场和边缘视场效果基本一致。

图2 是某款投影镜头的畸变曲线，设计理论畸变值不超过0.02%，实际测试不超过0.05%，投影幅面方正，无弯曲形变。

图1 MTF函数曲线

图2 畸变曲线

图3 最小体积的模块

2）兼容的硬件：

· 控制板，光机模块一体设计；

· 集成高速flash芯片，可存储超过1000个一维图形，同时可存储最多4张二维图形；

· 提供扩展卡，方便二次开发；

3）精致的机械结构：

· 体积小巧，最小体积的模块小于成人手掌（如图3所示）；

· 主机结构兼容性强，更换投影镜头可以适应不同的投影视场；

· 方便搭建单，双目结构光检测系统；

3.高分辨率工业投影模块

本公司最新产品是一款1920*1080像素的高分辨率工业投影模块,型号为OPR407185（图4所示）。在此基础上，我们开发了多款拥有不同投射角度的投影镜头以满足不同客户的需求。

目前斜投影模块基于沙姆定律设计（图5所示），图像显示芯片（DMD）所在平面、投影镜头光轴的中垂面以及屏幕所在的平面相交于一条直线。保证整个投影幅面的图形清晰，扩大投影景深。

图4 OPR407185工业投影模块

图5 沙姆定律的斜投影模块示意图

10-光源 20-图像显示芯片（DMD）30-投影镜头40-屏幕

表1 OPR407系列产品列表

高精度的工业投影模块是3D高精度测量仪器的标准模块。博众精工的产品具有大景深，低畸变，投影分辨率高，体积小等优点，是高精度3D测量仪器的最佳选择。