[实用新型]一种消畸变的点阵投射装置

说明书

本申请公开一种消畸变的点阵投射装置，包括阵列光源、准直透镜和衍射光学元件；所述阵列光源发出的第一光束经准直透镜出射为第二光束，所述第二光束经衍射光学元件复制为出射的第三光束；所述第二光束102的视场角α、第三光束103的视场角γ和衍射光学元件的视场角β存在约束关系：α0.4γ，0.9γβ1.0γ。本申请可以消除投射器所投射的点阵图案畸变，以便更好的应用在D‑TOF 3D成像装置中。

技术领域

本实用新型涉及3D深度成像技术领域，具体涉及一种消畸变的点阵投射装置。

背景技术

能获取深度信息，也即物体与拍摄设备的距离信息，这样的成像装置我们称为3D成像装置。3D成像装置在市场上已经开始应用于一些电子消费产品，如体感游戏的动作识别，AR/VR对物理世界的3D应用，新一代iphone的3D人脸识别，车载激光雷达等等。3D成像装置可以大大地丰富用户的体验，提升产品竞争力。

TOF技术是实现3D成像的一种关键主流技术，TOF的全称是Time-Of-Flight，即飞行时间，是通过测量发射光从发射时刻到被物体反射至接收端的时间间隔，根据光速不变原理，可以实现距离测定。TOF技术分为I-TOF和D-TOF两种，目前市场上成熟且常用的是I-TOF技术，即Indirect Time-Of-Flight，I-TOF通过激光发射装置发射一束时间上周期性调制激光到物体表面上，返回光则在时序上产生一个相对于入射光的时间延迟，具体表现为相位延迟，相位延迟的大小与光的飞行时间具有对应的计算关系，即通过测量相位延迟来“间接”得到光的飞行时间，进而实现距离测量。D-TOF(Direct Time-Of-Flight)技术则是直接对光飞行时间进行测量，而不是通过其他手段间接获得，目前该技术在科研测试设备、大型工业测量设备、激光雷达等领域有一些应用，消费电子领域的小型化应用也即将开始兴起。

不管是何种主动式的3D成像装置，都包含光投射器和接收器两部分。在使用点阵方案的D-TOF技术中，必需面临点阵投射器的畸变控制问题，以便与采集sensor(如SPAD阵列)上的像素位置做精准匹配，否则会带来较大的测量误差。

现有技术中，公开号为CN 109946681A和CN 109754425A的专利申请文件提供的基于TOF的标定方法，均是用于TOF相机的内外参数和径向畸变参数标定，以消除畸变，并不是对装置本身部件的改进。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请提出一种消畸变的点阵投射装置，消除投射器所投射的点阵图案畸变，以便更好的应用在D-TOF 3D成像装置中。

为实现上述实用新型目的，本申请采用如下技术方案：

一种消畸变的点阵投射装置，包括阵列光源、准直透镜和衍射光学元件；

所述阵列光源发出的第一光束经准直透镜出射为第二光束，所述第二光束经衍射光学元件复制为出射的第三光束；所述第二光束的视场角α、第三光束的视场角γ和衍射光学元件的视场角β存在约束关系：α0.4γ，0.9γβ1.0γ。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各优选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个优选方式之间进行组合。

作为优选的，所述的阵列光源包括若干子光源，每个子光源发射一束子光束，所有出射的子光束组成所述的第一光束。

作为优选的，所述的阵列光源为vcsel阵列光源。

作为优选的，所述的准直透镜为单透镜或多个透镜组成的透镜组。

作为优选的，所述衍射光学元件的视场角β＞20°。

作为优选的，所述的衍射光学元件的表面微结构按照随机相位分布，即随机相位DOE。