激光投影仪及其深度相机制造技术

本发明专利技术公开了一种激光投影仪及其深度相机。该投影仪包括：基底、至少两个发光元件、控制器、至少两个透镜及衍射光学元件；至少两个发光元件固定在基底面向衍射光学元件一侧，且在控制器的控制下发射激光；衍射光学元件设置在与基底间隔第一距离的位置上，用于上述激光扩束后发射激光图案；至少两个透镜设置于基底与衍射光学元件之间和/或衍射光学元件背向基底的一侧，用于聚焦和/或准直上述激光，且设置至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与至少两个发光元件间隔的第二距离。该投影仪能够在满足输出功率及体积要求的同时提高激光图案的不相关性，从而提高其深度相机获取深度图像的速度及精度。

Laser projector and depth camera

The invention discloses a laser projector and a depth camera thereof. The projector includes: a substrate, at least two light emitting element and a controller, at least two lens and diffractive optical elements; at least two light emitting elements fixed on the substrate facing side of diffractive optical element and the laser under the control of the controller; a diffractive optical element is disposed in the first position and distance interval for the substrate, laser expansion after the laser beam pattern; at least two lens set between the substrate and the diffractive optical element and / or diffractive optical elements back to one side of a substrate, for focusing and / or collimation of the laser, and is provided with at least two lens having at least two different focal length and / or at least two different and at least two the second light emitting element spacing distance. The projector can improve the correlation between the laser pattern and the output power and the volume requirement, so as to improve the speed and the precision of the depth image obtained by the depth camera.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种激光投影仪及其深度相机。
技术介绍
激光投影仪被用来向目标空间发射设定的光学图案，在基于光学的三维测量领域，激光投影仪得到了广泛应用。激光投影仪一般由光源、准直镜以及衍射光学元件组成，其中光源可以是单个边发射激光光源也可以是由多个垂直腔面发射激光组成的面阵激光光源等。基于单个边发射激光光源的激光投影仪能够发射不相关性较高的激光图案，但其体积会随着输出功率的增大而明显增大，且该激光图案的均匀性较差；而基于由至少两个垂直腔面发射激光光源的激光投影仪可以以更小的体积发射出相同功率且具有更高均匀性的激光图案，但该激光图案的不相关性较低，而激光图案的不相关性的高低直接影响着其深度图像精度的高低及获取速度的快慢。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种激光投影仪及其深度相机，以解决现有技术中为满足激光投影仪的输出功率及体积要求，而导致其发射的激光图案的不相关性降低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光投影仪，包括：基底、至少两个发光元件、控制器、至少两个透镜及衍射光学元件；所述衍射光学元件设置在与所述基底间隔第一距离的位置上；所述至少两个发光元件固定在所述基底面向所述衍射光学元件一侧；所述至少两个透镜设置于所述基底与所述衍射光学元件之间；所述发光元件在所述控制器的控制下发射激光；所述至少两个透镜用于聚焦和/或准直由所述至少两个发光元件发射出的激光，其中所述至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述至少两个发光元件间隔的第二距离；所述衍射光学元件用于将经所述至少两个透镜聚焦和/或准直之后的激光扩束后向空间中发射激光图案。其中，所述至少两种不同的焦距中的最大值与最小值的差值小于设定的第一阈值。其中，所述至少两种不同的第二距离中的最大值与最小值的差值小于设定的第二阈值。其中，所述激光投影仪进一步包括：设置在所述衍射光学元件背向所述基底的一侧的具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述衍射光学元件间隔的第三距离的至少两个透镜。其中，所述控制器对所述至少两个发光元件进行单独控制、分组控制或者整体控制。其中，所述至少两个透镜与所述至少两个发光元件成一对一或一对多的对应关系。其中，所述发光元件为垂直腔面发射激光器。其中，所述衍射光学元件发射的激光图案为散斑颗粒图案，所述散斑颗粒图案中颗粒至少具有两种不同的尺寸大小。为解决上述技术问题，本专利技术还提供另一种激光投影仪，包括：基底、至少两个发光元件、控制器、至少两个透镜及衍射光学元件；所述衍射光学元件设置在与所述基底间隔第一距离的位置上；所述至少两个发光元件固定在所述基底面向所述衍射光学元件一侧；所述至少两个透镜设置于所述衍射光学元件背向所述基底的一侧；所述发光元件在所述控制器的控制下发射激光；所述衍射光学元件用于将所述至少两个发光元件发射出的激光扩束；所述至少两个透镜用于聚焦和/或准直由所述衍射光学元件扩束后的激光向空间中发射激光图案，其中所述至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述至少两个发光元件间隔的第二距离。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种深度相机，包括：图像采集单元、处理器及所述的激光投影仪；所述图像采集单元用于采集由所述激光投影仪向目标空间中投射的所述激光图案；所述处理器用于通过对所述激光图案进行处理得到深度图像。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术，本专利技术一种激光投影仪及其深度相机通过使用至少两个发光元件满足激光投影仪的输出功率及体积要求，同时通过设置至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或具有至少两种不同的透镜与发光元件之间的距离使得通过至少两个透镜的激光具有至少两种不同的束腰半径及扩散角，该激光通过衍射光学元件的扩束后能发射形成具有至少两种发光面积的激光图案，从而提高激光投影仪发射的激光图案的不相关性，进一步提高其深度相机获取该激光图案的深度图像的速度及精度。附图说明图1是本专利技术激光投影仪第一实施例的结构示意图；图2是图1实施例中激光图案的示意图；图3是本专利技术激光投影仪中透镜阵列一实施例的结构示意图；图4是图1实施例中发光元件的分布示意图；图5是本专利技术激光投影仪第二实施例的结构示意图图6是图1实施例中控制器对发光元件控制方式第一实施例的示意图；图7是图1实施例中控制器对发光元件控制方式第二实施例的示意图；图8是图1实施例中控制器对发光元件控制方式第三实施例的示意图；图9是本专利技术激光投影仪第三实施例的结构示意图图10是图9实施例中激光图案的示意图；图11是本专利技术深度相机一实施例的结构示意图。具体实施方式参阅图1，图1是本专利技术激光投影仪一实施例的结构示意图。本实施例激光投影仪包括基底10、至少两个发光元件11与12、控制器13、至少两个透镜151、152及衍射光学元件14。其中，衍射光学元件14设置在与基底10间隔第一距离的位置上；至少两个发光元件11、12固定在基底10面向衍射光学元件14的一侧；至少两个透镜151、152设置于基底10与衍射光学元件14之间。其中，至少两个发光元件11、12在控制器13的控制下发射激光,至少两个透镜151、152用于聚焦和/或准直由至少两个发光元件11、12发射出的激光，图中所示的至少两个透镜151、152具有至少两种不同的焦距，当然至少两个透镜151、152也可以具有至少两种不同的与至少两个发光元件11、12间隔的第二距离，或者同时具有不同的焦距和第二距离；衍射光学元件14用于将经至少两个透镜151、152聚焦和/或准直后的激光扩束后向空间中发射激光图案。经过透镜的聚焦和/或准直之后的激光的束腰半径及扩散角与透镜的焦距及入射激光的光源与透镜之间的间距有关。本实施例中激光经过具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与发光元件间距的至少两个透镜聚焦和/或准直之后会具有至少两种束腰半径及扩散角的成像激光，从而使该激光发射的激光图案中包括至少两种不同尺寸大小的光束，能够在满足输出功率及体积要求的同时，提高激光图案的不相关性。进一步对图1实施例中激光图案的不相关性进行说明。参阅图2，图2是图1实施例中激光图案的示意图，该激光图案的不相关性是指其各图案子区21、22、23具有较高的唯一性，此唯一性包括激光图案的形状、大小、排列位置等的唯一性。从图2中可以看出，图案子区21与22的不相关性小于图案子区21与23的不相关性或图案子区22与23的不相关性。在本实施例中图案子区没有穷举，且该图案子区大小可以是7x7、11x11等像素大小，各图案子区21、22、23的大小依据激光投影仪对发射的激光图案的不相关性的具体要求而定。透镜的焦距主要由制作透镜的材料折射率、空气折射率、透镜表面的曲率半径决定。可选地，本实施例中可以通过设置至少两个透镜151、152的曲率半径不同而获得至少两种不同的焦距，当然，也可采用至少两种不同的透镜材质等方法获得至少两种不同的焦距。可选地，参阅图3，本实施例中可采用将至少两个透镜151、152设置在至少两个平行于基底10的平面153、154上，以获得至少有两种不同的至少两个透镜151、152与至少两个发光元件11、12间隔的第二距离，当然也可以采用其它设置方式来代替此方式。可选地，至少两种不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光投影仪，其特征在于，包括：基底、至少两个发光元件、控制器、至少两个透镜及衍射光学元件；所述衍射光学元件设置在与所述基底间隔第一距离的位置上；所述至少两个发光元件固定在所述基底面向所述衍射光学元件一侧；所述至少两个透镜设置于所述基底与所述衍射光学元件之间；所述发光元件在所述控制器的控制下发射激光；所述至少两个透镜用于聚焦和/或准直由所述至少两个发光元件发射出的激光，其中所述至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述至少两个发光元件间隔的第二距离；所述衍射光学元件用于将经所述至少两个透镜聚焦和/或准直之后的激光扩束后向空间中发射激光图案。

【技术特征摘要】
1.一种激光投影仪，其特征在于，包括：基底、至少两个发光元件、控制器、至少两个透镜及衍射光学元件；所述衍射光学元件设置在与所述基底间隔第一距离的位置上；所述至少两个发光元件固定在所述基底面向所述衍射光学元件一侧；所述至少两个透镜设置于所述基底与所述衍射光学元件之间；所述发光元件在所述控制器的控制下发射激光；所述至少两个透镜用于聚焦和/或准直由所述至少两个发光元件发射出的激光，其中所述至少两个透镜具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述至少两个发光元件间隔的第二距离；所述衍射光学元件用于将经所述至少两个透镜聚焦和/或准直之后的激光扩束后向空间中发射激光图案。2.根据权利要求1所述的激光投影仪，其特征在于，所述至少两种不同的焦距中的最大值与最小值的差值小于设定的第一阈值。3.根据权利要求1所述的激光投影仪，其特征在于，所述至少两种不同的第二距离中的最大值与最小值的差值小于设定的第二阈值。4.根据权利要求1所述的激光投影仪，其特征在于，进一步包括：设置在所述衍射光学元件背向所述基底的一侧的具有至少两种不同的焦距和/或至少两种不同的与所述衍射光学元件间隔的第三距离的至少两个透镜。5.根据权利要求1所述的激光投影仪，其特征在于，所述控制器对所述至少两个发光元件进行单独控制、分组控制或者整体控制。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄源浩，刘龙，肖振中，许星，
申请(专利权)人：深圳奥比中光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44