[实用新型]阵列激光投影装置及深度相机

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种阵列激光投影装置及深度相机。

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，光学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。已有的诸多方案在将体积减小的过程中会遇到诸多的问题，比如斑点噪声较大、斑点对比度低、斑点亮度不均匀等。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的光学投影模组在体积减小的过程中成像质量变差问题，提出一种阵列激光投影装置及一种深度相机。

本实用新型的阵列激光投影装置，将垂直腔面激光发射器VCSEL、微透镜阵列等光学元件有机结合以产生更高对比度且亮度均匀的斑点图案，包括： VCSEL阵列，所述VCSEL阵列包括多个垂直腔面发射激光器VCSEL，用于发射光束；微透镜阵列，包括与所述VCSEL数量一致且一一对应的多个微透镜单元，所述微透镜单元包括至少一个光学表面，所述光学表面与所述VCSEL间隔为第一距离，用于接收并发散与之对应的所述VCSEL发射的光束；主透镜，所述主透镜与所述微透镜阵列间隔为第二距离，用于接收并汇聚由所述微透镜阵列发散的光束；图案生成光学元件，用于接收经过所述主透镜汇聚的光束，并向外发射多个至少部分相互重叠的光束。

优选地，每个所述微透镜单元集成在每个所述VCSEL的出光口。

基于上述激光投影装置，本实用新型还提出一种深度相机，包括：上述的激光投影装置，用于向目标空间中投影结构化光束图像；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。

优选地，所述激光投影装置还包括：支撑部件，用来承载所述VCSEL阵列；散热部件，用来将所述VCSEL阵列产生的热量散失；控制部件，用来控制所述 VCSEL阵列工作，并且所述控制部件中开有孔洞，所述VCSEL阵列嵌入到所述孔洞中并与散热部件接触连接，此时散热部件起到支撑部件的作用，从而来使所述激光投影装置实现体积小和高散热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

本实用新型的阵列激光投影装置及深度相机，通过合理的布置与设计，微透镜阵列与主透镜组成二次成像光路，能够实现更低的放大倍数以及更小的体积，从而使激光投影装置及深度相机能够在减小体积的同时提高成像质量。

进一步地，根据不同的应用需求，可以改变微透镜阵列与主透镜之间距离，进而柔性地调节放大倍数以实现多种不同大小光斑点图案的输出。

进一步地，将微透镜单元与VCSEL光源进行集成，可以使得激光投影装置的整体体积更小，并且微透镜单元与VCSEL光源严格的保持一一对应的关系，不会受到安装等引起的误差影响。

另外，本实用新型深度相机中的激光投影装置，其底部设计成芯片嵌入式，不仅可以实现小体积、高散热、低功耗，还可以实现更低的放大倍数和更高的成像质量。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例中基于结构光的深度相机侧面结构示意图。

图2是本实用新型的一种实施例中阵列激光投影装置的结构示意图。

图3a是本实用新型的一种实施例中圆形微透镜单元的阵列示意图。

图3b是本实用新型的一种实施例中六角形微透镜单元的阵列示意图。

图3c是本实用新型的一种实施例中不同形状微透镜单元的阵列示意图。

图4是本实用新型的一种实施例中单个VCSEL的结构示意图。