[发明专利]激光投影模组及深度相机

说明书

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种激光投影模组及深度相机。

背景技术

深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果，微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango 项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。

深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机种类的不同，激光投影模组的结构与功能也有区别，比如专利CN201610977172A中所公开的投影模组用于向空间中投射斑点图案以实现结构光深度测量，这种斑点结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。随着深度相机应用领域的不断扩展，激光投影模组将向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。

另外，在激光投影模组的制造、安装以及使用等过程中，均会使得激光投影模组的投影功率与设计产生偏差。一般在设计时会要求激光投影模组达到一定级别的激光安全，比如class1激光安全标准。然而在制造以及安装过程中会出现偏差，另外在使用过程中，温度对光源以及光学元件都有较大的影响，可能会使得激光的强度过高，达不到安全标准从而可能会对投影视场中的人体造成伤害，或者使得激光的强度过低，投射出的光束对比度和测量距离均较小，影响激光投影模组的使用性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的激光投影模组体积大的问题，提出一种激光投影模组及深度相机。

本发明的激光投影模组，包括：光源，用于发射光束；汇聚透镜，用于接收并汇聚所述光源发出的光束；特定光学元件，包括具有反射功能的光学表面，用于反射至少部分所述光束；图案生成器，接收经所述特定光学元件反射的所述光束，并向外发射结构光图案。

在一些实施方案中，所述激光投影模组还包括准直透镜或汇聚透镜，所述准直透镜或汇聚透镜位于所述特定光学元件与所述图案生成器之间，用于准直或汇聚所述光束。在其中一个实施方案中，所述特定光学元件被设置在所述汇聚透镜的焦距位置。

在一些实施方案中，所述光源为边发射激光器或垂直腔面发射激光器；或者由多个边发射激光器或者垂直腔面发射激光器组成的阵列。当所述光源为阵列光源时，所述汇聚透镜包括微透镜阵列以及透镜，所述微透镜阵列中的各个微透镜单元分别与所述阵列光源中的各个光源一一对应，用于准直所述阵列光源中的各个光源发出的光束；所述透镜用于汇聚经所述微透镜阵列准直后的光束。在其中一个实施方案中，所述图案生成器为衍射光学元件、光栅、微透镜阵列中的一种。

在一个实施方案中，特定光学元件的光学表面还具有透射功能，用于透射部分所述光束，所述光学表面的反射与透射之比大于1，所述激光投影模组还包括光束检测器，用于接收至少部分由所述光学表面透射的光束，并检测其强度。所述激光投影模组还包括光源控制器，所述光源控制器接收所述光束检测器所检测到光强度信号，并预设阈值执行以下操作：当所述光强度超过预设的阈值时，降低所述光源的功率或者关闭所述光源；当所述光强度低于预设的阈值时，增加所述光源的功率。

本发明还提出一种深度相机，包括上面任一所述的自适应调整的激光投影模组，用于向目标空间中投射结构化光束图像；图像采集装置，用于采集目标空间中的所述结构化光束图像；处理器，接收由所述图像采集装置采集的结构化光束图像，并根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像；所述根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像，指的是利用匹配算法计算所述结构化光束图像与参考光束图像之间的偏离值，根据所述偏离值计算出所述深度图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明的激光投影模组，通过设置具有汇聚功能的汇聚透镜和具有反射功能的特定光学元件，可以使得激光投影模组具备更小的体积。

进一步地，本发明的激光投影模组，还包括位于所述特定光学元件与所述图案生成器之间的准直透镜或汇聚透镜，双透镜的设置可以使得本发明的激光投影模组具有更低的放大倍数，从而能够实现更高对比度的结构光图案投影。