结构光发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种结构光发生器。该结构光发生器包括：发光元件，包括两个或多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)，所述两个或多个VCSEL的发射激光用于合成一个出射光束；布置在所述激光的出射光路上的准直元件，用于准直所述出射光束；布置在所述激光的经准直光路上的衍射光学元件，用于生成结构光；以及用于固定所述发光元件、所述准直元件和所述衍射光学元件的相对位置的固定件。由此，通过引入合理排布的VCSEL，能够实现可以比拟边沿发射型激光二极管的高功率光束，并且能够实现更为紧凑的布局、更低的功耗和成本及更小的发热量。

【技术实现步骤摘要】
结构光发生器
本技术涉及激光发射装置，尤其涉及一种结构光发生器。
技术介绍
传统的图像拍摄方法只能获得物体的二维信息，无法得到物体的空间深度信息(亦称景深信息)，但实际上物体表面的空间深度信息，尤其是深度信息的实时获取在各种工业、生活及娱乐应用中都起着至关重要的作用。目前，有一种基于结构光检测的三维测量方法能够实时地对物体表面进行三维测量。基于结构光检测的三维测量方法是一种能够对运动物体表面进行实时三维检测的方法。简单地说，该测量方法首先向自然体表面投射带有编码信息的激光纹理图案，例如离散化的散斑图，由另一位置相对固定的图像采集装置对激光纹理进行连续采集，处理单元将采集的激光纹理图案与预先存储在存储器内的已知纵深距离的参考面纹理图案进行比较，根据所采集到的纹理图案和已知的参考纹理图案之间的差异，计算出投射在自然体表面的各个激光纹理序列片段的纵深距离，并进一步测量得出待测物表面的三维数据。基于结构光检测的三维测量方法采用并行图像处理的方法，因此能够对运动物体进行实时检测，具有能够快速、准确进行三维测量的优点，特别适用于对实时测量要求较高的使用环境。随着技术的发展和消费需求的激增，越来越多的便携式移动设备(例如，智能电话等)期望并入上述三维测量功能。但现有技术中缺乏能够满足移动设备小型化和低功耗要求的结构光发生装置。
技术实现思路
为了解决上述至少一个问题，本技术提出了一种新型结构光发生器，该结构光发生器通过引入合理排布的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，能够实现可以比拟边沿发射型激光二极管的高功率光束。另外由于VCSEL的激光垂直于顶面射出且光电转化率高，因此相比于现有的基于边沿发射型激光二极管的结构光发生器，能够实现更为紧凑的布局、更低的功耗和成本且发热量更小。根据本技术的一个方面，提供了一种结构光发生器，包括：发光元件，包括两个或多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)，所述两个或多个VCSEL的发射激光用于合成一个出射光束；布置在所述激光的出射光路上的准直元件，用于准直所述出射光束；布置在所述激光的经准直光路上的衍射光学元件，用于生成结构光；以及用于固定所述发光元件、所述准直元件和所述衍射光学元件的相对位置的固定件。优选地，所述发光元件可以包括在一个发光平面上括呈同心圆布置的多个VCSEL。优选地，所述多个VCSEL各自可以与相邻VCSEL的间距相同。优选地，所述多个VCSEL各自可以具有5-8μm的直径，其与相邻VCSEL的间距为20-25μm。优选地，所述衍射光学元件具有通过光学微加工技术制成的表面微结构，用于使得入射激光发生衍射并使其被调制成具有特定投射规则的离散光斑。优选地，该结构光发生器还可以包括布置在所述发光元件和所述准直元件之间的盖体玻璃，所述盖体玻璃用于保护所述发光元件。优选地，所述固定件是用于覆盖所述发光元件、所述准直元件和所述衍射光学元件的至少一部分的壳体，所述壳体具有用于所述结构光出射的开口。优选地，所述衍射光学元件嵌入在所述壳体的所述开口内。优选地，该结构光发生器还可以包括布置在所述发光元件和所述准直元件之间的光程增加装置，用于缩短所述发光元件和所述准直元件之间的距离。优选地，所述光程增加装置可以是主截面呈平行四边形的棱镜或平行布置的两块反射镜。优选地，所述发光元件可以发射红外光。由此，本技术提供的新型结构光发生器通过引入合理排布的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，能够实现可以比拟边沿发射型激光二极管的高功率光束。另外由于VCSEL的激光垂直于顶面射出且光电转化率高，因此相比于现有的基于边沿发射型激光二极管的结构光发生器，能够实现更为紧凑的布局、更低的功耗和成本且发热量更小。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1A和1B示出了现有边沿发射型激光二极管的结构示意图。图2示出了根据本技术一个实施例的结构光发生器的剖面图。图3示出了根据本技术一个实施例的结构光发生器的透视图。图4示出了根据本技术一个实施例的发光元件的一个布置例。图5A-5D示出了根据本技术一个实施例的VCSEL合成光束的示意图。图6示出了根据本技术一个实施例的发光元件的出射光经准直透镜准直后的光路图。图7示出了根据本技术另一个实施例的结构光发生器的剖面图。图8示出了根据本技术另一个实施例的结构光发生器的透视图。图9示出了应用本技术的一个深度数据测量头的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。传统的图像拍摄方法只能获得物体的二维信息，无法得到物体的空间深度信息，而利用结构光和成像装置(例如，成像镜头)进行深度测量的方法非常有效。该方法所需计算量较小，精度较高且能用于亮度较小的场所。因此，越来越多的三维测量方案选择结构光结合成像装置(单目或双目)来实现对目标深度信息的测量。现有技术中通常使用边沿发射型激光器(EdgeEmittingLaser，EEL)作为结构光发生装置的光源。边沿发射型激光器是激光二极管(LaserDiode，LD)的一种。图1A和1B示出了现有边沿发射型激光二极管的结构示意图。如图1A所示，边沿发射型激光二极管1具有向一侧伸出的三个长管脚11，用于分别与正极、负极和PD端(通常空接)相连。而激光则从管脚的相对侧射出。图中的箭头示出了激光的出射位置和方向。类似地，图1B示出了另一种封装结构。边沿发射型激光二极管1’具有向相对侧伸出的三个管脚11’，其中同侧的两个管脚分别接正负极，激光从相对的单管脚所在侧出射。图中的箭头示出了激光的出射位置和方向。边沿发射型激光二极管的上述边缘射出的特性为其小型化和并入便携式设备制造了障碍。例如，智能手机通常难以在其顶端预留出足够布置上述长管脚的高度。虽然可以通过引入诸如直角棱镜等光路改变元件来使得横向布置的边沿发射型激光二极管也能够从顶面出射激光，但使用现有的边沿发射型激光二极管依然面临着光电转化效率低、发热量大等缺陷。有鉴于此，本技术通过引入合理排布的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)实现了一种新型结构光发生器。该结构光发生器能够实现可以比拟边沿发射型激光二极管的高功率光束。由于VCSEL的激光垂直于顶面射出且光电转化率高，因此相比于现有的基于边沿发射型激光二极管的结构光发生器，能够实现更为紧凑的布局、更低的功耗和成本且发热量更小。另外，由于合理布置的VCSEL能够模仿现有边沿发射型激光二极管的出射光束，因此可以直接使用现有的准直元件和衍射光学元件(DOE)设计来实现已有图案的结构光出射。图2示出了根据本技术一个实施例的结构光发生器的剖面图，图3示出了该结构光发生器的透视图，其中虚线表示透过壳体示出的结构。如图所示，结构光发生器可以包括发光元件1、准直元件2、衍射光学元件(DOE)3和壳体4。发光元件1可以用于发射激光。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光发生器，其特征在于，包括：发光元件，包括两个或多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)，所述两个或多个VCSEL的发射激光用于合成一个出射光束；布置在所述激光的出射光路上的准直元件，用于准直所述出射光束；布置在所述激光的经准直光路上的衍射光学元件，用于生成结构光；以及用于固定所述发光元件、所述准直元件和所述衍射光学元件的相对位置的固定件。

【技术特征摘要】
1.一种结构光发生器，其特征在于，包括：发光元件，包括两个或多个垂直腔面发射激光器(VCSEL)，所述两个或多个VCSEL的发射激光用于合成一个出射光束；布置在所述激光的出射光路上的准直元件，用于准直所述出射光束；布置在所述激光的经准直光路上的衍射光学元件，用于生成结构光；以及用于固定所述发光元件、所述准直元件和所述衍射光学元件的相对位置的固定件。2.如权利要求1所述的结构光发生器，其特征在于，所述发光元件是发射红外光的发光元件。3.如权利要求1所述的结构光发生器，其特征在于，所述发光元件包括在一个发光平面上括呈同心圆布置的多个VCSEL。4.如权利要求3所述的结构光发生器，其特征在于，所述多个VCSEL各自与相邻VCSEL的间距相同。5.如权利要求4所述的结构光发生器，其特征在于，所述多个VCSEL各自具有5-8μm的直径，其与相邻VCSEL的间距为20-25μm。6.如权利要求1所述的结构光发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏捷，梁雨时，
申请(专利权)人：上海图漾信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31