高密度的结构光投影仪制造技术

本发明专利技术提供一种高密度的结构光投影仪，包括：由在半导体衬底上排列的至少两个子光源组成的VCSEL阵列光源；透镜，用于接收及汇聚由所述VCSEL阵列光源中所述子光源发射出的光束；斑点图案生成器，接收由所述透镜汇聚的所述子光源发射出的光束后产生与所述子光源对应的结构光子光束，由至少两个所述结构光子光束组合成所述结构光光束。通过采用VCSEL阵列光源，并利用斑点图案生成器实现对各个子光源的同步扩束，从而在不增加光源强度的基础上获得高密度、大视场的结构光图案投影，避免产生较强的零级衍光斑。

High density structured light projector

【技术实现步骤摘要】
高密度的结构光投影仪
本专利技术涉及电子及光学元器件制造领域，尤其涉及一种高密度的结构光投影仪。
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。结构光深度相机中的核心部件是结构光投影仪，用于向外投射出结构光图案。投影仪的主要部件有光源以及光学元件，其共同决定了结构光图案的特性。比如利用单个激光器与衍射光学元件(DOE)可以投影出斑点图案，斑点的密度、亮度、视场角等都会影响到深度相机的深度图像获取质量。然而，要想投射出高密度、大视场角的斑点图案，往往要求激光器拥有较大的功率，同时考虑到衍射光学元件的零级衍射效应，其零级光斑将拥有非常高的光强，容易造成伤害，而采用一些技术手段来消除零级又会增加成本。
技术实现思路
本专利技术为了解决不增加零级光斑强度的情况下获取高密度、大视场角的斑点图案问题，提供一种高密度的结构光投影仪。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：一种结构光投影仪，用于发射结构光光束，包括：由在半导体衬底上排列的至少两个子光源组成的VCSEL阵列光源；透镜，用于接收及汇聚由所述VCSEL阵列光源中所述子光源发射出的光束；斑点图案生成器，接收由所述透镜汇聚的所述子光源发射出的光束后产生与所述子光源对应的结构光子光束，由至少两个所述结构光子光束组合成所述结构光光束。所述至少两个结构光子光束邻近排列以形成大视场的所述结构光光束；所述至少两个子光源以不规则二维图案形式排列在所述半导体衬底上；所述透镜为单个透镜或微透镜阵列中的一种或组合，所述微透镜阵列中各个微透镜单元与所述VCSEL阵列光源中各个子光源一一对应；所述斑点图案生成器为光栅、微透镜阵列、衍射光学元件中的至少一种。本专利技术提供的结构光投影仪，所述至少两个结构光子光束相互交叉以形成高密度的所述结构光光束；所述结构光子光束在距离为D的平面上形成的结构光图案中斑点间距M满足：M＝knD/d，其中，k为大于1的整数，n为所述子光源的之间的间距，d为所述子光源与所述斑点图案生成器之间的距离。所述至少两个结构光子光束相互交叉的区域占单个子光束形成区域的90％以上；所述交叉为二维交叉。本专利技术还提供一种深度相机，包括：如上任一所述的结构光投影模组，用于向空间中发射结构化图案光束；采集模组，与所述结构光投影模组设置在同一条基线上，用于采集所述结构化光束图案；处理器，利用所述结构化光束图案计算出深度图像。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种高密度的结构光投影仪，通过采用VCSEL阵列光源，并利用斑点图案生成器实现对各个子光源的同步扩束，从而在不增加光源强度的基础上获得高密度、大视场的结构光图案投影，避免产生较强的零级衍光斑。附图说明图1是本专利技术一个实施例的基于结构光的深度相机示意图。图2是本专利技术一个实施例的结构光投影仪的示意图。图3是本专利技术一个实施例的结构光投影仪投射的结构光图案的示意图。图4是本专利技术又一个实施例的结构光投影仪的示意图。图5是本专利技术又一个实施例的结构光投影仪投射的结构光图案的示意图。其中，101-深度相机，102-处理器，103-主板，104-结构光投影仪，105-采集模组，106-接口，107-RGB相机，108-进光/出光窗口，201-底座，202-衬底，203-光源，204-镜座，205-透镜，206-衍射光学元件，207-第一子光束，208-第二子光束，209-第三子光束，2071-第一子光束形成的斑点，2081-第二子光束形成的斑点，2091-第三子光束形成的斑点，401-底座，402-衬底，403-光源，404-镜座，405-透镜，406-DOE，407-子光束，408-子光束，409-子光束。4071-子光束形成的斑点，4081-子光束形成的斑点，4091-子光束形成的斑点。具体实施方式下面结合附图通过具体实施例对本专利技术进行详细的介绍，以使更好的理解本专利技术，但下述实施例并不限制本专利技术范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构思，附图中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。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。深度相机如图1所示，是根据本专利技术一个实施例的基于结构光的深度相机示意图。深度相机101主要组成部件有结构光投影仪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。结构光投影仪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，另外三者一般处于同一条基线上，每个模组或相机都对应一个进光/出光窗口108。一般地，处理器102被集成在主板103上，而结构光投影仪104与采集模型105通过接口106与主板连接，接口可以为DVP接口、MIPI接口等等。主板103可以为PCB等电路板，也可以是半导体基板。其中，结构光投影仪104用于向目标空间中投射经编码的结构光图案，采集模组105采集到该结构光图像后通过处理器的处理从而得到目标空间的深度图像。在一个实施例中，结构光图像为红外散斑图案(斑点图案)，斑点图案具有颗粒分布相对均匀但具有很高的局部不相关性，这里的局部不相关性指的是图案中沿某一个方向维度上(一般指沿着激光投影模组与采集模组连线所在的方向)各个子区域都具有较高的唯一性。对应的采集模组105为与结构光投影仪104对应的红外相机。利用处理器获取深度图像具体地指接收到由采集模组采集到的散斑图案后，通过计算散斑图案与参考散斑图案之间的偏离值来进一步得到深度图像。处理器102除了用于深度计算，还用于控制各个部件的运作，比如以特定的频率同步打开各模组。图1所示的深度相机可以为独立的深度相机装置，也可以是嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构光投影仪，用于发射结构光光束，其特征在于，包括：由在半导体衬底上排列的至少两个子光源组成的VCSEL阵列光源；透镜，用于接收及汇聚由所述VCSEL阵列光源中所述子光源发射出的光束；斑点图案生成器，接收由所述透镜汇聚的所述子光源发射出的光束后产生与所述子光源对应的结构光子光束，由至少两个所述结构光子光束组合成所述结构光光束。

【技术特征摘要】
1.一种结构光投影仪，用于发射结构光光束，其特征在于，包括：由在半导体衬底上排列的至少两个子光源组成的VCSEL阵列光源；透镜，用于接收及汇聚由所述VCSEL阵列光源中所述子光源发射出的光束；斑点图案生成器，接收由所述透镜汇聚的所述子光源发射出的光束后产生与所述子光源对应的结构光子光束，由至少两个所述结构光子光束组合成所述结构光光束。2.如权利要求1所述的结构光投影仪，其特征在于，所述至少两个结构光子光束相互交叉以形成高密度的所述结构光光束。3.如权利要求2所述的结构光投影仪，其特征在于，所述结构光子光束在距离为D的平面上形成的结构光图案中斑点间距M满足：M＝knD/d其中，k为大于1的整数，n为所述子光源的之间的间距，d为所述子光源与所述斑点图案生成器之间的距离。4.如权利要求2所述的结构光投影仪，其特征在于，所述至少两个结构光子光束相互交叉的区域占单个子光束形成区域的90％以上。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：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