一种转光三维成像装置及其投射装置制造方法及图纸

一种转光三维成像装置及其投射装置，该转光三维成像装置包括投射装置，接收装置和处理器，该投射装置包括光源，光栅，聚光透镜组，光转向元件，以及射出透镜，其中光源发射的投射光经光栅的调制作用，聚光透镜组的汇聚作用，以及光转向元件的转向作用后，穿过射出透镜从投射装置的侧面射出。通过提供该光转向元件以改变从光源发出的光的投射路径，从而改变该投射装置的安装方式，以使其厚度得以显著地减小，从而便于安装于轻薄化的电子移动设备如手机、笔记本电脑、平板电脑等设备中。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学成像设备及其光投射设备，尤其涉及一种通过提供光转向元件从而改变从光源发出的光的投射路径，以减小其厚度并且便于安装的转光三维成像装置及其投射装置。
技术介绍
在先进的电子设备领域，尤其是类似于手机等设备上集成了更多的功能，而电子设备上典型的输入、输出设备，也日渐从键盘、鼠标等单独设备集成到一体，从而更加多样化、立体化的设备也能集合到一个设备上。正在日趋流行，也代表了未来趋势的一个做法，就是将原来的只是作为输入设备的摄像头成为一个更加具有广度和深度功能的设备。经过近十年的发展，基本上大多数的常见电子设备，尤其是手机、电视、电脑等，都已经配备了摄像头，而通过传统摄像头的功能能够实现一些摄像、捕捉简单动作等功能，也已经大大的方便了人们的生活。而未来的趋势则是，摄像头不仅仅是从一个平面上收集信号，而是实现三维立体成像，并进一步实现测量、制图等深度拓展功能。市面上已经有一种相对成熟的立体成像技术——结构光技术。结构光技术是一种主动式光学测量方法。其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角测量法计算得到物体的三维坐标。结构光测量方法具有计算简单、体积相对较小、价格低、大盆程、便于安装和维护的特点，在实际三维轮廓测量中被广泛使用。其常见的一种方式是通过投射装置作为光源投射出光线，光线透过特定的光栅图样，再经由一组镜头，投射装置发出的光线会投射到被测物体表面，而因为透过光栅图样标记的栅像会产生折射，栅像的相位和振幅受到物面高度的调制使栅像发生变形，而接收装置可以观察到由于受物体高度的调制而变形的栅像，这种栅像变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。这种变形的栅像被采集并通过处理器对其进行解调，得出相位信息，并根据三角测量法等算法被准确的算出特定的高度、深度信息。具体的说明，首先，常见的投射装置的光源，主要为垂直腔面发射激光器、激光二极管、发光二极管等，这种光源发射器的主要特征集中在发射光线均匀、光功率足够强。所述投射装置的光源发射出去的光线首先要经过一个光栅，光栅是一种可以使射入的光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制的光学元件。光栅每单位长度内的刻痕多少，主要取决于所分光的波长范围(两刻痕距离应与该波长数量级相近)，单位长度内的刻痕多，色散度越大。光栅的分辨性能取决于刻痕多少。通常所用的光栅，是采用了衍射效应对光进行调制的衍射光栅。光栅的设计与该三维成像装置后台算法相关联。然后，经过光栅调制的光线投射到一组透镜上，该组透镜可以使经受光栅调制的光产生折射。常见的透镜是通过复式镜头的形式，将若干不同形式和功能的凸凹透镜组成一个会聚的透镜。但是由于透镜自身需要采用多个凸凹透镜组合的方式，空间体积，尤其是堆叠出来的厚度较大，对于现有的镜头模组来说，是整个镜头模组的厚度的重要部分。而光源、光栅以及透镜，三者总和形成的厚度较大，导致现有的三维成像装置无法向更加薄型化的方向发展，从而难于应用在追求轻薄化的手机、笔记本电脑和平板电脑等电子移动设备上。经过该透镜汇聚后的经光栅调制的光线发射到外部，照射到目标物体表面产生反射，同时有一接收装置能够收集到该种产生了相位和振幅变化的经光栅调制的光信号，再经过一后台处理器的处理、解调等步骤，依据三角测量法等运算原理，能够测算出目标物体表现的多个点甚至运动的点的距离、高度信息，从而形成一个具有三维立体感的图像信息，并且可以将这些点的信息汇集到一张图像上，形成一个具有深度、高度等信息的立体的图像。更具体地，参考图1和图2中所示是现在技术中的一种三维成像装置的投射装置10’。如图1所示，所述投射装置10’包括依次排列的一光源11’，一光栅12’，一组透镜组13’和一射出透镜14’。而这个现有的三维成像装置中，尤其是投射装置10’中的光学总长主要呈现为所述射出透镜14’到所述光源11’之间的距离。那么，不同于一般的镜头，这种投射装置10’的光学结构分为多层，各层结构都相对不可缺少，那么该三维成像装置会比一般情况下由至少一透镜、一接收装置为主构成的普通镜头而言，会占用更大的体积。如图2中所示，当现有技术中的三维成像装置的投射装置10’安装于电子移动设备40’如手机中时，所述光源11’，所述光栅12’，所述一组透镜13’和所述射出透镜14’沿着线性排列，其厚度T’会增大手机的厚度t’。也就是说，按照传统的三维成像装置的投射装置10’的结构，其只能沿着手机的厚度t’方向排列，从而增大了手机的厚度t’，这样这种三维成像装置的投射装置10’不适合于安装于轻薄化的手机中。另外，因为电子移动设备，如图2所示的用于安装这种三维成像装置的手机，其内部空间有限，从而不容易为所述光源11’配置散热机制。也就是说，传统三维成像装置的投射装置10’针对其散热问题的解决方案，只会进一步的增加该三维成像装置的投射装置10’的体积以及厚度。而该种立体图像具有广泛的应用前景，可以简化测量的步骤，节省测量时间，并且测量的精密程度和效果都有提升，再经过进一步的处理，还可以衍生出多种崭新的应用方式。而该种立体成像设备，在目前为止，仍受限于体积等因素，往往是应用在单独设备上，而不适合应用于追求轻薄化的手机、笔记本电脑和平板电脑等电子设备上，从而影响了三维成像的进一步的普及与应用。所以，如何将该种立体三维成像装置进一步的薄型化，并且在进一步减小厚度从而薄型化的过程中克服应运而生的各种问题，也就成为了本技术所要致力于解决的问题。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种转光三维成像装置及其投射装置和方法，其通过提供光转向元件从而改变从光源发出的光的投射路径，以减小所述投射装置的厚度并且便于安装。本技术的另一目的在于提供一种转光三维成像装置及其投射装置和方法，因为其厚度有效地降低，其适合安装于追求轻薄化的手机、笔记本电脑和平板电子设备如平板电脑等电子移动设备。本技术的另一目的在于提供一种转光三维成像装置及其投射装置和方法，其中从所述光源发出的光线经过光栅和聚光透镜组后，再到达所述光转向元件后产生转向，最后从射出透镜投射出去，这样，所述投射装置的有效厚度对应于所述光转向元件以及所述射出透镜的总厚度，从而相对于现有技术中由各层叠加的光源、光栅、聚光透镜组和射出透镜所决定的投射装置的厚度显著地得到减少。本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转光投射装置，以用于在三维成像装置中产生投射光，其特征在于，包括： 一光源，以用于发射所述投射光； 一光栅，以用于对所述投射光进行振幅和/或相位的调制； 一聚光透镜组，以用于折射并汇聚所述投射光； 一射出透镜，以用于向外投射所述投射光，以及 一光转向元件，以用于使所述投射光产生转向，其中经过所述光转向元件的转向作用后，所述光源发射的所述投射光穿过所述射出透镜从所述转光投射装置的侧面投射到所述转光投射装置的外部。

【技术特征摘要】
1.一种转光投射装置，以用于在三维成像装置中产生投射光，其特征在于，包括： 
一光源，以用于发射所述投射光； 
一光栅，以用于对所述投射光进行振幅和/或相位的调制； 
一聚光透镜组，以用于折射并汇聚所述投射光； 
一射出透镜，以用于向外投射所述投射光，以及 
一光转向元件，以用于使所述投射光产生转向，其中经过所述光转向元件的转向作用后，所述光源发射的所述投射光穿过所述射出透镜从所述转光投射装置的侧面投射到所述转光投射装置的外部。 
2.如权利要求1所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件设于所述聚光透镜组与所述射出透镜的光路之间，从而所述光源发射的所述投射光经过所述光栅，并经所述聚光透镜组折射并汇聚后，到达所述光转向元件，然后经所述光转向元件的转向作用，最后从所述射出透镜射出所述转光投射装置。 
3.如权利要求2所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件具有一反射面，到达所述光转向元件的至少一部分所述投射光经反射后从所述射出透镜射出所述转光投射装置。 
4.如权利要求2所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件包括一折光透镜，到达所述光转向元件的至少一部分所述投射光经折射后从所述射出透镜射出所述转光投射装置。 
5.如权利要求3所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件包括一折光透镜，到达所述光转向元件的至少一部分所述投射光经折射后从所述射出透镜射出所述转光投射装置。 
6.如权利要求5所述的转光投射装置，其特征在于，所述折光透镜是三棱镜。 
7.如权利要求3所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件的所述反射面相对于所述光源的投射方向倾斜地设置。 
8.如权利要求4所述的转光投射装置，其特征在于，所述光转向元件的所述折光透镜相对于所述光源的投射方向倾斜地设置。 
9.如权利要求5所述的转光投射装置，其特征在于，所述聚光透镜组包括一个或多个透镜，所述透镜选自玻璃透镜和塑料透镜中的一种或几种。 
10.如权利要求1所述的转光投射装置，其特征在于，所述转光投射装置的厚度在6mm以下。 
11.如权利要求1所述的转光投射装置，其特征在于，所述光源还设有至少一散热元件。 
12.一种转光三维成像装置，其特征在于，包括： 
至少一投射装置，所述投射装置包括一光源，一光栅，一聚光透镜组，一光转向元件，以及一射出透镜，其中所述光源发射的投射光经所述光栅的调制作用，所述聚光透镜组的汇聚作用，以及所述光转向元件的转向作用后，穿过所述射出透镜从所述投射装置的侧面射出所述投射装置； 
至少一接收装置；以及 
一处理器，其中从所述投射装置射出的所述投射光到达一目标物体表面后被反射，所述接收装置接收被所述目标物体表面反射的所述投射光，然后将所述投射光的信息传送给所述处理器，所述处理器处理所述信息得到三维图像信息。 
13.权利要求12所述的转光三维成像装置，其特征在于，到达所述光转向元件的至少一部分所述投射光经反射和/或折射后从所述射出透镜射出所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扣文，张宝忠，鲁丁，曾俊杰，
申请(专利权)人：宁波舜宇光电信息有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33