[发明专利]一种结构光投影模组和深度相机

说明书

本发明提供一种结构光投影模组及深度相机，该结构光投影模组包括：光源阵列，包括以二维图案形式排列的多个子光源，用于发射与所述二维图案相对应的阵列光束；透镜，接收并汇聚所述阵列光束；衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述阵列光束，并投射出结构光斑点图案化光束；其中，所述结构光斑点图案由多个与所述二维图案对应的斑点块平铺排列而成，所述斑点块由所述多个子光源经衍射光学元件衍射后形成的相同衍射级数的斑点组成，所述斑点块的边缘为非直线且相互耦合。该结构光斑点图案具有非常高的不相关性，同时提高了相邻子斑点图案连接处斑点分布的随机性；密度分布、不相关度等关键指标实现了很好的统一。

技术领域

本发明涉及一种结构光投影模组和深度相机。

背景技术

3D成像技术是新一代人机交互技术的核心，随着移动终端设备对3D成像技术的硬性需求，深度相机将会被广泛应用于移动终端设备中，这也使得深度相机正朝着低功耗、高性能、小体积的方向发展。

结构光投影模组是基于结构光技术的深度相机中的核心设备，其主要利用光源发射出光束并经由光学元件调制后向外发射出结构光图案，结构光投影模组的大小、耗能以及性能决定了深度相机的体积、功耗以及性能。结构光斑点(散斑)图案是目前应用比较广泛和成熟的投影方案，其原理主要是利用激光光源、透镜以及衍射光学元件(DOE)，其中DOE可以将入射的光束进行分束以产生特定分布的斑点图案化光束向外发射。

结构光斑点图案的强度、分布形式等因素会影响到深度图像的计算精度以及视场角。强度越高会提高图案的对比度从而提高计算精度，然而衍射光学元件的零级衍射问题要求强度不能过高以避免发生激光安全问题，专利文献CN2008801199119中提出了利用双片DOE来解决零级衍射问题。激光斑点图案的分布形式，比如密度分布、不相关度(随机性)等也会影响到计算精度。另外，人们也期望以更少的功耗来实现更大视野的投影，比如采用数量较少的光源来产生尽可能大的投影区域结构光图案。

然而，目前的方案中难以在结构光投影模组的功耗、投影图案的密度分布、不相关度等关键指标上实现较好的统一。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，为解决以上问题中的一个或多个，提供一种结构光投影模组和具有该结构光投影模组的深度相机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种结构光投影模组，包括：光源阵列，包括以二维图案形式排列的多个子光源，用于发射与所述二维图案相对应的阵列光束；透镜，接收并汇聚所述阵列光束；衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述阵列光束，并投射出结构光斑点图案化光束；其中，所述结构光斑点图案由多个与所述二维图案对应的斑点块平铺排列而成，所述斑点块由所述多个子光源经衍射光学元件衍射后形成的相同衍射级数的斑点组成，所述斑点块的边缘为非直线且相互耦合。

在一些实施例中，所述二维图案为不规则排列图案。所述子斑点图案中斑点排列形式为规则排列。所述结构光斑点图案中多个所述斑点块的排列形式与所述子斑点图案中斑点排列形式相对应。

在一些实施例中，相邻的所述斑点块边缘之间邻接。在另一些实施例中，相邻的所述斑点块边缘之间有间隙。

在一些实施例中，所述光源阵列还包括衬底，所述多个子光源被配置在所述衬底上；所述子光源为垂直腔面激光发射器。

在一些实施例中，所述光源阵列包括可独立控制的多个子光源阵列，对所述多个子光源阵列进行单独或整体控制以产生多个密度分布不同的所述结构光斑点图案。

本发明还提供一种深度相机，包括如上所述的结构光投影模组，用于向空间中投射结构光图案；采集模组，用于获取所述结构光图案；处理器，接收所述结构光图案并计算出深度图像。