[发明专利]高密度的结构光投影仪

说明书

技术领域

本发明涉及电子及光学元器件制造领域，尤其涉及一种高密度的结构光投影仪。

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。

结构光深度相机中的核心部件是结构光投影仪，用于向外投射出结构光图案。投影仪的主要部件有光源以及光学元件，其共同决定了结构光图案的特性。比如利用单个激光器与衍射光学元件(DOE)可以投影出斑点图案，斑点的密度、亮度、视场角等都会影响到深度相机的深度图像获取质量。然而，要想投射出高密度、大视场角的斑点图案，往往要求激光器拥有较大的功率，同时考虑到衍射光学元件的零级衍射效应，其零级光斑将拥有非常高的光强，容易造成伤害，而采用一些技术手段来消除零级又会增加成本。

发明内容

本发明为了解决不增加零级光斑强度的情况下获取高密度、大视场角的斑点图案问题，提供一种高密度的结构光投影仪。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种结构光投影仪，用于发射结构光光束，包括：由在半导体衬底上排列的至少两个子光源组成的VCSEL阵列光源；透镜，用于接收及汇聚由所述VCSEL 阵列光源中所述子光源发射出的光束；斑点图案生成器，接收由所述透镜汇聚的所述子光源发射出的光束后产生与所述子光源对应的结构光子光束，由至少两个所述结构光子光束组合成所述结构光光束。所述至少两个结构光子光束邻近排列以形成大视场的所述结构光光束；所述至少两个子光源以不规则二维图案形式排列在所述半导体衬底上；所述透镜为单个透镜或微透镜阵列中的一种或组合，所述微透镜阵列中各个微透镜单元与所述VCSEL阵列光源中各个子光源一一对应；所述斑点图案生成器为光栅、微透镜阵列、衍射光学元件中的至少一种。

本发明提供的结构光投影仪，所述至少两个结构光子光束相互交叉以形成高密度的所述结构光光束；所述结构光子光束在距离为D的平面上形成的结构光图案中斑点间距M满足：M＝knD/d，其中，k为大于1的整数，n为所述子光源的之间的间距，d为所述子光源与所述斑点图案生成器之间的距离。所述至少两个结构光子光束相互交叉的区域占单个子光束形成区域的90％以上；所述交叉为二维交叉。

本发明还提供一种深度相机，包括：如上任一所述的结构光投影模组，用于向空间中发射结构化图案光束；采集模组，与所述结构光投影模组设置在同一条基线上，用于采集所述结构化光束图案；处理器，利用所述结构化光束图案计算出深度图像。

本发明的有益效果为：本发明提供一种高密度的结构光投影仪，通过采用 VCSEL阵列光源，并利用斑点图案生成器实现对各个子光源的同步扩束，从而在不增加光源强度的基础上获得高密度、大视场的结构光图案投影，避免产生较强的零级衍光斑。

附图说明

图1是本发明一个实施例的基于结构光的深度相机示意图。

图2是本发明一个实施例的结构光投影仪的示意图。

图3是本发明一个实施例的结构光投影仪投射的结构光图案的示意图。

图4是本发明又一个实施例的结构光投影仪的示意图。

图5是本发明又一个实施例的结构光投影仪投射的结构光图案的示意图。

其中，101-深度相机，102-处理器，103-主板，104-结构光投影仪，105- 采集模组，106-接口，107-RGB相机，108-进光/出光窗口，201-底座，202-衬底，203-光源，204-镜座，205-透镜，206-衍射光学元件，207-第一子光束，208- 第二子光束，209-第三子光束，2071-第一子光束形成的斑点，2081-第二子光束形成的斑点，2091-第三子光束形成的斑点，401-底座，402-衬底，403-光源， 404-镜座，405-透镜，406-DOE，407-子光束，408-子光束，409-子光束。4071- 子光束形成的斑点，4081-子光束形成的斑点，4091-子光束形成的斑点。

具体实施方式