[实用新型]一种偏振态可控的结构光投射模组及3D成像装置

说明书

本实用新型公开一种偏振态可控的结构光投射模组以及具有该结构光投射模组3D成像装置，其中结构光投射模组包括：激光vcsel阵列光源，所述激光vcsel阵列光源的发光面具有高对比度光栅层，每个发光点的出射光经过高对比度光栅层后，具有一致且可控的偏振态；衍射光学元件，与所述偏振态匹配，用于复制所述出射光并扩散出射。本实用新型利用高对比度光栅层，使激光vcsel阵列光源的出射光具有一致且可控的偏振态，有效的提高整个3D成像装置的光能量利用率、投射pattern的均匀性，且有效降低了投射pattern的零级亮度，因而进一步提高了装置的成像精度。

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，具体涉及一种偏振态可控的结构光投射模组及3D成像装置。

背景技术

不同于传统的2D成像装置，如摄像机，只能获取物体的平面2D信息，3D成像装置还可以获取物体的深度信息，构建一个立体的3D模型，因此3D成像装置被广泛应用于工业测量，零件建模，医疗诊断，安防监控，机器视觉，生物识别，增强现实AR，虚拟现实VR等领域，具有极大的应用价值。

基于结构光技术的3D成像装置是一种体积小、成像精度高的新型技术装置，具备极大的商业应用潜力，目前在消费手机领域已经获得一定程度的应用。例如公开号CN206805630U的专利申请文件提供一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，包括：VCSEL阵列光源，所述VCSEL阵列光源包括：半导体衬底，以及至少两组VCSEL子阵列排列在半导体衬底上，所述VCSEL子阵列由VCSEL光源组成；衍射光学元件，所述衍射光学元件包括：至少两个衍射光学元件子单元；所述衍射光学元件子单元分别与所述VCSEL子阵列对应，用于将所述VCSEL子阵列的光源发射的光束以一定的倍数复制后向外投射。

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列光源由于体积小、功率大、光束发散角小、运行稳定等诸多优势将成结构光投射模组的首选光源。VCSEL光源阵列可以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，比如在2mm×2mm的半导体衬底上布置100甚至更多个VCSEL光源。

结构光3D成像装置中的核心部分在于结构光投射模组，当前市面上结构光3D成像装置中的投射模组的出射光都不具备偏振态可控的特性，因此具有光能量利用率低、投射pattern的均匀性差、零级较亮等缺点，对3D成像装置的精确度带来负面影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种偏振态可控的结构光投射模组，可以有效的提高整个3D成像装置的光能量利用率、投射pattern的均匀性，且有效降低了投射pattern的零级亮度，因而进一步提高了装置的成像精度。

本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种偏振态可控的结构光投射模组，包括：

激光vcsel阵列光源，所述激光vcsel阵列光源的发光面上方具有高对比度光栅(HCG)层，发光点的出射光经过高对比度光栅(HCG)层后，具有一致且可控的偏振态；

衍射光学元件，与所述出射光的偏振态匹配，用于复制所述出射光并扩散出射。

上述激光vcsel阵列光源的发光点是按照一定随机图案规则来分布排列的，构成的整个发光点阵列。所述的发光面可以理解为激光vcsel阵列光源的光束出射面，高对比度光栅(HCG)层中的亚波长光栅覆盖住所述的发光点阵列，每个发光点上方对应一个亚波长光栅微结构，各个亚波长光栅微结构相同一致。

所述激光vcsel阵列光源的出射光经过高对比度光栅(HCG)层后，其偏振状态将变成可控且一致。由于高对比度光栅层具备亚波长光栅微结构，包含了亚波长周期型与亚波长非周期型两种类型，所述发光点的出射光经过亚波长光栅微结构后，光的偏振方向将变得与亚波长光栅微结构的栅格方向一致。