激光投影装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种激光投影装置及其深度相机，激光投影装置包括VCSEL阵列、微透镜阵列、主透镜和图案生成光学元件；微透镜单元接收并聚焦与之一一对应的VCSEL单元发射的光束；主透镜将微透镜阵列的光束进行二次聚焦成像。通过微透镜阵列与主透镜组成的二次成像光路，实现更低的放大倍数，从而提高激光投影模组的成像质量，同时具有更小的体积。另外根据不同的应用场景需要，在安装时可以调节微透镜阵列与主透镜之间的距离以增大或缩小放大倍数，从而满足远距离或近距离时所需斑点图案的大小。

【技术实现步骤摘要】
激光投影装置
本技术涉及光学及电子
，尤其涉及一种激光投影装置。
技术介绍
深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果，微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机种类的不同，激光投影模组的结构与功能也有区别，比如专利CN201610977172A中所公开的投影模组用于向空间中投射斑点图案以实现结构光深度测量，这种斑点结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。随着深度相机应用领域的不断扩展，激光投影模组将向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。已有的诸多方案在将体积减小的过程中会遇到诸多的问题，比如斑点噪声较大、斑点对比度低、斑点亮度不均匀等，导致成像质量不高。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供激光投影装置及其相关的深度相机，能有效提高激光投影模组的成像质量。本技术提供一种激光投影装置，包括VCSEL阵列，所述VCSEL阵列包括多个VCSEL单元，用于发射第一光束；微透镜阵列，包括与所述VCSEL单元数量一致且一一对应的多个微透镜单元，所述微透镜单元包括至少一个光学表面，所述光学表面与所述VCSEL单元间隔为第一距离，用于接收、聚焦与之对应的VCSEL单元发射的所述第一光束，并发射第二光束；主透镜，所述主透镜与所述微透镜阵列间隔为第二距离，用于接收、汇聚所述第二光束，并发射第三光束；图案生成光学元件，所述图案生成光学元件用于接收所述第三光束并向外发射多个至少部分相互重叠的第四光束。根据一实施例，VCSEL单元以不规则图案排列，VCSEL单元和微透镜单元单独设置并一一对应，微透镜单元被设置成相同的形状，用以聚焦VCSEL单元发射的光束并发射至主透镜上，主透镜对光束进行二次聚焦，图案生成光学元件对二次聚焦后的光束进行增束，发射结构光。或替换地，微透镜单元被设置成不同的形状，通过控制与之对应的VCSEL单元单独打开或同时打开，使微透镜阵列发射成形状不同、大小不同或密度不同的图案。或替换地，相同的微透镜单元，其光学表面做不同的处理，使得微透镜阵列发射成形状不同、大小不同或密度不同的图案。根据一实施例，VCSEL单元以不规则图案排列，微透镜单元集成在VCSEL单元的光出口，使得微透镜单元与光源保持严格的一一对应关系，进一步减小体积。根据一实施例，VCSEL阵列被制成VCSEL半导体切片芯片，并置于底座上，用于进一步减小体积，并快速散热。本技术还提供一种深度相机，包括如上所述的激光投影装置，用于向目标空间中投影结构化光束图像；图像采集装置，用于采集目标空间中的所述结构化光束图像；处理器，接收由所述图像采集装置采集的结构化光束图像并根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像。所述根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像指的是利用匹配算法计算所述结构化光束图像与参考光束图像之间的偏离值，根据所述偏离值计算出所述深度图像。本技术的有益效果：通过VCSEL阵列光源、微透镜阵列、主透镜和图案生成光学元件的依次合理布置与设计，使得微透镜阵列聚焦VCSEL阵列光源所发射的光束，再由主透镜汇聚实现二次成像，相比于只有主透镜或微透镜阵列，能够获得更低的放大倍数，使得最终形成的结构光图案更集中，相同的发光功率可以传输到更远的距离并且保持更高的图案质量，同时激光投影装置具有更小的体积。另外根据不同的应用场景需要，在安装时可以调节微透镜阵列与主透镜之间的距离以增大或缩小放大倍数，从而满足远距离或近距离时所需斑点图案的大小。附图说明图1为本技术一种实施方式中基于结构光的深度相机侧面示意图。图2为本技术一种实施方式中激光投影装置的侧视图。图3a为本技术一种实施方式中微透镜阵列示意图。图3b为本技术一种实施方式中微透镜阵列示意图。图3c为本技术一种实施方式中微透镜阵列示意图。图4为本技术一种实施方式中激光投影装置的侧视图。图5为本技术一种实施方式中集成微透镜的垂直腔面激光发射器的结构示意图。图6为本技术一种实施方式中VCSEL阵列正视图。图7为本技术一种实施方式中激光投影装置的底部结构示意图。图8为本技术一种实施方式中激光投影装置的底部结构示意图。图9为本技术一种实施方式中激光投影装置的底部结构示意图。图10为本技术一种实施方式中激光投影装置的底部结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。技术技术深度相机按种类主要分为结构光深度相机、TOF深度相机以及双目视觉深度相机。基于结构光三角法的深度相机利用激光投影装置向空间中投射经编码的标准结构光图案，空间中目标深度的不同将标准结构光图案进行了调制，通过图像相关等算法获取调制后的结构光图像与标准结构光图案的差别，根据结构光三角法建立该差别与目标深度之间的关系就可求解出整个目标空间的深度图像。基于时间飞行法的深度相机利用激光投影装置向目标发射激光脉冲，由光接收装置获取脉冲并记录下发射到接收的光飞行时间，根据飞行时间可以计算出目标的深度图像。基于双目视觉原理的深度相机，本质上与结构光三角法原理相似，区别在于结构光三角法是主动测量，而双目视觉则是被动测量。利用左右相机获取的图像在视差上的差别，并由视觉算法获取该视差后进一步利用三角法测量原理计算出目标的深度值。一般地，前两种深度相机中都需要借助于激光投影装置来向空间中投射光学信号，而对于双目视觉深度相机而言，目前也会常常利用激光投影装置来增加空间中物体的纹理信息以提高测量精度。因为，激光投影装置对于深度相机而言异常重要，往往激光投影装置的性能、体积、功耗将直接影响深度相机的精度、体积等。本技术提出一种激光投影装置以及基于此的深度相机。在后面的说明中将对激光投影装置以及深度相机为例进行说明，但并不意味着这种激光投影装置仅能应用在深度相机中，任何其他装置中凡是直接或间接利用该方案都应被包含在本技术的保护范围之内。图1所示的基于结构光的深度相机侧面示意图。深度相机101主要组成部件有激光投影模组104、采集模组105、主板103以及处理器102，在一些深度相机中还配备了RGB相机107。激光投影模组104、采集模组105以及RGB相机107一般被安装在同一个深度相机平面上，且处于同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光投影装置，其特征在于，包括：VCSEL阵列，包括多个VCSEL单元，用于发射第一光束；微透镜阵列，包括与所述VCSEL单元数量一致且一一对应的多个微透镜单元，所述微透镜单元包括至少一个光学表面，所述光学表面与所述VCSEL单元间隔为第一距离，用于接收、聚焦与之对应的VCSEL单元发射的所述第一光束，并发射第二光束；主透镜，所述主透镜与所述微透镜阵列间隔为第二距离，用于接收、汇聚所述第二光束，并发射第三光束；图案生成光学元件，所述图案生成光学元件用于接收所述第三光束并向外发射多个至少部分相互重叠的第四光束。

【技术特征摘要】
1.一种激光投影装置，其特征在于，包括：VCSEL阵列，包括多个VCSEL单元，用于发射第一光束；微透镜阵列，包括与所述VCSEL单元数量一致且一一对应的多个微透镜单元，所述微透镜单元包括至少一个光学表面，所述光学表面与所述VCSEL单元间隔为第一距离，用于接收、聚焦与之对应的VCSEL单元发射的所述第一光束，并发射第二光束；主透镜，所述主透镜与所述微透镜阵列间隔为第二距离，用于接收、汇聚所述第二光束，并发射第三光束；图案生成光学元件，所述图案生成光学元件用于接收所述第三光束并向外发射多个至少部分相互重叠的第四光束。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述微透镜单元设置在每个所述VCSEL单元的出光口。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图案生成光学元件包括DOE、微透镜阵列、光栅中的一种。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一距离大于所述微透镜单元的焦距。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一距离大于所述微透镜单元的2倍焦距。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二距离大于所述主透镜焦距与所述微透镜单元焦距的和。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个VCSEL单元以不规则排列形式以形成所述VCSEL阵列。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个微透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄杰凡，王兆民，许星，
申请(专利权)人：深圳奥比中光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44