含有菲涅尔透镜的激光投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光投影装置，包括光源、准直单元、衍射光学元件；其中，所述光源用于发射激光；所述准直单元用于汇聚所述光源发射的激光，以便向所述衍射光学元件投射的平行光束；所述衍射光学元件用于将所述平行光束扩束为激光图案；所述准直单元包括多片菲涅尔透镜的组合或普通透镜与至少一片菲涅尔透镜的组合。本发明专利技术的激光投影装置消除了球面像差，提高了光束质量，主要应用在深度相机中。

Laser projection device with Finel lens

The invention discloses a laser projection device comprises a light source, a collimating unit, a diffractive optical element; wherein, the light source is used for emitting laser; the collimating unit for converging the laser light emission, so as to parallel beam projection of the diffractive optical element; the diffractive optical element for the parallel Gaussian beam for laser pattern; combination of the collimating unit comprises a plurality of Finel lens combination or ordinary lens with at least a Finel lens. The laser projection device of the invention eliminates the spherical aberration and improves the beam quality, which is mainly used in the depth camera.

【技术实现步骤摘要】
含有菲涅尔透镜的激光投影装置
本专利技术涉及光学及电子
，特别是涉及一种激光投影装置。
技术介绍
激光投影装置被应用于各个领域。例如，基于光学的三维测量领域，激光投影装置可用于向目标空间发射编码或结构化的光学图案，实现对目标空间的标定，为后期三维测量提供准备工作。激光投影装置一般由基底、光源、控制器、准直单元、衍射光学元件组成，其中准直单元可以是单个透镜，也可以是由多个透镜组合构成。准直单元作为激光投影装置的重要组成部分，直接影响到激光投影装置的体积和性能。一般准直单元采用球面透镜作为准直透镜，该类透镜是由透明度高、质地均匀、折光能力强的光学玻璃经过精密打磨、抛光制作而成，其制作工艺复杂，成本较高。此外，该类透镜因其球面结构，存在无法完全消除的球面像差，并且透镜的光圈越大，球面像差越严重。由于球面像差的存在，光源发射的光束经准直单元后，其品质会有不同程度的下降。现有技术中，可以用透镜组或树脂非球面透镜替代球面透镜，以减小球面像差的影响。由透镜组构成的准直单元，虽然可以减小球面像差的影响，但是其占用了较大的体积，并且成本进一步提高。由树脂非球面透镜构成的准直单元，虽然可以降低加工成本，但是该透镜的热膨胀系数高，导热性差，软化温度低，容易变形。随着深度相机以及移动设备的发展，激光投影装置将向越来越小的体积以及越来越高的性能不断进化，当前的准直单元的体积、成本及性能都不理想。
技术实现思路
为了解决如何提高激光投影装置中的光束质量的技术问题，本专利技术提出一种激光投影装置及采用该激光投影装置的深度相机。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本专利技术提出的解决方案包括激光投影装置及深度相机。本专利技术提出的激光投影装置包括光源、准直单元、衍射光学元件；其中，所述光源用于发射激光；所述准直单元用于聚焦光源发射的激光，以便向所述衍射光学元件投射平行光束；所述衍射光学元件用于将所述平行光束进行扩束并发散为激光图案；所述准直单元包括多片菲涅尔透镜的组合或普通透镜与至少一片菲涅尔透镜的组合。其中，所述普通透镜包括凸透镜、凹透镜和微透镜阵列中的一种或多种。采用菲涅尔透镜与凸透镜组合的方式时，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜后焦点位置的右侧。此外，采用菲涅尔透镜与凸透镜的组合的另一实施方式，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜前焦点位置与所述光源位置的左侧。另外，采用菲涅尔透镜与凹透镜组合的方式时，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凹透镜的前虚焦点位置的右侧。在上述激光投影装置中，所述光源包括至少两个发光元件，所述发光元件可以包括边发射激光器或垂直腔面发射激光器。其中，所述微透镜阵列的微透镜单元与所述发光元件成一一对应的关系。为了实现对所述发光元件的控制，所述激光投影装置还可以包括控制器，所述控制器用来控制所述发光元件的发光状态。另外，上述激光图案包括均匀分布但不相关的随机散斑图案。在本专利技术中，还提出一种采用上述激光投影装置的深度相机，包括图像采集上述激光投影装置，用于向目标空间投射激光图案；图像采集装置，用于采集所述激光图案；RGB相机，用于实时捕捉目标空间的彩色图像；处理器，与所述图像采集装置、所述RGB相机及所述激光投影装置连接，所述处理器用于处理所述激光图案和所述彩色图像以获得目标物体的彩色深度图像。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：通过光源发射激光，激光首先通过准直单元的菲涅尔透镜或普通透镜之后的激光束存在由球面透镜带来的球面像差，之后激光束继续通过准直单元的菲涅尔透镜，最终消除了球面透镜带来的球面像差，通过准直单元的激光束以平行光束射向衍射光学元件，经过衍射光学元件将平行光束进行扩束并发散为激光图案，通过消除球面像差提高了光束亮度的均匀性，提高了光束质量。附图说明图1是菲涅尔透镜的俯视图。图2是菲涅尔透镜的剖面图。图3是本专利技术一种实施例的激光投影装置结构示意图。图4是本专利技术一种实施例的激光投影装置结构示意图。图5是本专利技术一种实施例的激光投影装置结构示意图。图6是本专利技术一种实施例的激光投影装置结构示意图。图7是本专利技术一种实施例的激光投影装置结构示意图。图8是本专利技术一种实施例的深度相机结构示意图。具体实施方式下面对照附图并结合优选的实施方式对本专利技术作进一步说明。为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要理解的是，术语“第一距离”、“第二距离”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖立”、“水平”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制，在本专利技术实施例的描述中“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。图1为菲涅尔透镜的俯视图；图2为菲涅尔透镜的剖面图。在光学透镜聚焦或准直领域，光束的折射能量一般仅仅发生在透镜的光学表面。因此，适当的减少透镜的部分不相干光学材料并不会影响透镜对光束的折射能量。菲涅尔透镜131是透镜的一个分支，其制作思路是，在保留透镜表面的弯曲度不变的情况下，尽可能多的减少透镜的光学材料。区别于普通透镜需要双面抛光打磨的制造工艺，菲涅尔透镜的制造，一般以聚烯烃材料注压而成的薄片为加工毛胚，也可以是玻璃制作成的薄片为加工毛胚，对毛胚薄片的一面进行抛光打磨形成光面，然后在毛胚薄片的另一面上刻录由小到大的同心圆，需要说明的是，所刻录的同心圆纹理是根据光的干涉、衍射、相对灵敏度以及接收角要求设计的。相比于普通透镜，菲涅尔透镜的制造工艺更简单，无需双面抛光打磨，更加节省原料，具有体积小、重量轻、加工成本低、结构紧凑等特点；此外，菲涅尔透镜独特的锯齿状结构在保证其良好的聚光性和成像性能的同时，还可以一定程度减小球面像差对光束品质的影响，因而被广泛应用于国防、航空、工业生产等各个领域。图3是基于一片菲涅尔透镜准直的激光投影装置示意图。本实施例中的激光投影装置包括基底10、光源11、控制器12、准直单元13以及衍射光学元件14。其中，衍射光学元件14设置在与基底10间隔为第一距离的位置上；其中，光源11与控制器12固定在基底10面向衍射光学元件14的一侧；光源11包括至少两个发光元件，并且各个发光元件的发光状态受控制器12控制；光源11可以根据控制器12的控制指令形成至少两种不同的发光面积；其中，准直单元13设置在与基底10间隔为第二距离的位置上，第二距离受光源11的发光单元间隔以及准直单元的等效焦距共同影响，并且第二距离位置的物理尺寸要小于第一距离位置的物理尺寸，即光源11所发射的光束先后通过准直单元13与衍射光学元件14；需要强调的是，增加准直单元的等效焦距将增大第二距离的物理尺寸，从而导致激光投影装置的体积进一步增大。其中，衍射光学元件14用于将光源11发出的激光束进行扩束，并且向目标空间发射激光图案。本实施例中，基于光源11的发光元件受控制器12控制，光源11可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光投影装置，其特征在于，包括光源、准直单元、衍射光学元件；其中，所述光源用于发射激光；所述准直单元用于汇聚所述光源发射的激光，以便向所述衍射光学元件投射平行光束；所述衍射光学元件用于将所述平行光束扩束为激光图案；所述准直单元包括多片菲涅尔透镜的组合或普通透镜与至少一片菲涅尔透镜的组合。

【技术特征摘要】
1.一种激光投影装置，其特征在于，包括光源、准直单元、衍射光学元件；其中，所述光源用于发射激光；所述准直单元用于汇聚所述光源发射的激光，以便向所述衍射光学元件投射平行光束；所述衍射光学元件用于将所述平行光束扩束为激光图案；所述准直单元包括多片菲涅尔透镜的组合或普通透镜与至少一片菲涅尔透镜的组合。2.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，所述普通透镜包括凸透镜、凹透镜和微透镜阵列中的一种或多种。3.如权利要求2所述的激光投影装置，其特征在于，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜后焦点位置的右侧。4.如权利要求2所述的激光投影装置，其特征在于，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜前焦点位置与所述光源位置的左侧。5.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凹透镜前虚焦点位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆民，邓想全，
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