[发明专利]投影仪及深度相机

说明书

本发明提供一种投影仪及深度相机，其投影仪包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。该投影仪及深度相机除具备传统的结构光投影的功能外，还可以实现其他特有的功能，且不影响结构光图案的质量。

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种投影仪及深度相机。

背景技术

3D成像特别是应用于消费领域中的3D成像技术将不断冲击甚至取代传统的2D成像技术，3D成像技术除了拥有对目标物体进行2D成像能力之外还可以获取目标物体的深度信息，根据深度信息可以进一步实现3D扫描、场景建模、手势交互等功能。深度相机特别是结构光深度相机或TOF(时间飞行)深度相机是目前普遍被用来3D成像的硬件设备。

深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机所投影图案种类的不同，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。

采用VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列光源的深度相机因为具有体积小、功率大、光束集中等优点将会取代边发射激光发射器光源，VCSEL阵列光源的特点是在一个极其小的基底上通过布置多个VCSEL光源的方式来进行激光投影。对于结构光深度相机而言，其激光投影模组向外投射的斑点图案要求具有极高的不相关性，这一要求增加了VCSEL阵列上光源排列的设计难度。另一方面与VCSEL阵列光源配套的光学元件，比如衍射光学元件，其对VCSEL阵列光源发射出的光束的调制功能将直接决定了最终形成的结构光图案质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种多功能化的投影仪及深度相机。

本发明提供一种投影仪，包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。

在一些实施例中，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量大于所述次光源区域内VCSEL子光源的数量。优选地，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量与所述次光源区域内VCSEL子光源的数量位于不同的数量级上。

在一些实施例中，所述主光源区域内VCSEL子光源的排列密度大于所述次光源区域内VCSEL子光源的排列密度。

在一些实施例中，所述二维图案包括多个子图案，所述子图案包括主光源区域内的部分VCSEL子光源和所述次光源区域内的部分VCSEL子光源，至少两个所述子图案之间满足变换关系。其中，所述变换包含复制、平移、旋转、缩放、映射变换方式中的一种或多种。

在一些实施例中，所述结构光图案由多个子结构光图案相互邻接形成；当仅打开所述主光源区域内的VCSEL子光源时，所述子结构光图案与所述主光源区域内的VCSEL子光源排列对应；当同时打开所述主光源区域以及所述次光源区域内的VCSEL子光源时，所述子结构光图案与所述主光源区域内的VCSEL子光源排列和所述次光源区域内的VCSEL子光源排列叠加后的排列对应。