面阵投影装置及深度相机制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面阵投影装置及深度相机，面阵投影装置包括：面阵光源，包括多个发光元件，用于发射激光；衍射光学元件，用于对面阵光源发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光；多个发光元件的排布为第一光学图案，单束光经过衍射光学元件扩束后形成的图案为第二光学图案，图案化的激光的图案为第一光学图案和第二光学图案复合形成的复合光学图案，第一光学图案、第二光学图案和所述复合光学图案中包括多个光束。通过上述方式，本发明专利技术能够实现以更小体积的光源达到更好的光学投影效果，且能够在较小设备中的集成，提高设备的轻薄化。

Surface array projection device and depth camera

The present invention discloses a surface array projection device and a depth camera. The surface array projection device includes a surface array light source, which includes a plurality of light emitting elements to transmit the laser. The diffractive optical element is used for converting the laser emitted by the array light source to a patterned laser, and the arrangement of a plurality of light emitting elements is the first optical diagram. The pattern of a single beam through a diffractive optical element is second optical patterns. The patterned laser pattern is a composite optical pattern formed by the combination of the first optical pattern and the second optical pattern. The first optical pattern, the second optical pattern, and the composite optical diagram include a plurality of beams. Through the above method, the invention can achieve better optical projection effect with a smaller volume of light source, and can integrate the smaller equipment, and improve the light thinning of the equipment.

【技术实现步骤摘要】
面阵投影装置及深度相机
本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种面阵投影装置及深度相机。
技术介绍
激光投影已被应用于多种场合。例如，使用激光投影产生具有图案的结构光并将其投射在物体上，获取在物体上投影的图案并据此获取物体的深度信息。现有技术中，由红外投影仪、红外相机以及处理器可以组成深度相机。其中，红外投影仪一般由光源、透镜以及衍射光学元件组成，并被用来向目标空间投射一定图案的红外图像，且现有技术中的光源一般是单个激光光源，其体积较大，不易于集成到更小的投影仪中。
技术实现思路
本专利技术提供一种面阵投影装置及深度相机，通过合理设置面阵光源的排列及衍射光学元件的扩束图案，能够实现以更小体积的光源发射相同功率且拥有更高均匀性的光学图案。本专利技术采用的一个技术方案是：一种面阵投影装置，包括：面阵光源，包括多个发光元件，用于发射激光；衍射光学元件，用于对所述面阵光源发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光；多个发光元件的排布为第一光学图案，单束光经过所述衍射光学元件扩束后形成的图案为第二光学图案，所述图案化的激光的图案为所述第一光学图案和所述第二光学图案复合形成的复合光学图案，所述第一光学图案、所述第二光学图案和所述复合光学图案中包括多个光束。其中，所述复合光学图案中的光束排列具有局部不相关性。其中，所述局部不相关性是指所述复合光学图案中任意一个指定大小的子区中的图案与指定方向上的其他任意一个同样大小的子区中的图案均不相同。其中，所述第一光学图案的长宽分别为所述第二光学图案中相邻光束的平均横纵间距的整数倍，且倍数大于1。其中，将所述第一光学图案平均划分为多个大小相同的格子，所有格子中的图案叠加而得到的第三光学图案为偏移量小于第一阈值的不规则图案，其中所述偏移量是指所有相邻光束之间的横纵间距的标准差。其中，所述第二光学图案为偏移量小于第二阈值的不规则图案，其中所述偏移量是指所有相邻光束之间的横纵间距的标准差。其中，所述复合光学图案中光束数量大于所述第一、第二光学图案中光束数量乘积的90％。其中，所述面阵投影装置还包括透镜，所述透镜设置于所述面阵光源与所述衍射光学元件之间，用于准直和/或聚焦所述面阵光源中各个发光元件发出的光束。所述透镜为微透镜阵列，所述微透镜阵列中的微透镜与所述发光元件之间一对一对应或一对多对应。其中，所述的发光元件为垂直腔面发射激光器。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种深度相机，包括如上述所述的面阵投影装置，所述面阵投影装置用于向目标空间投射图案化的激光；图像采集单元，用于采集由所述面阵投影装置向目标空间中投射的所述图案化的激光形成的光学图案；处理器，用于对所述光学图案进行处理以得到目标空间的深度图像。本专利技术的有益效果是：提供一种面阵投影装置及深度相机，通过合理设置面阵光源的排列及衍射光学元件的扩束图案，可以实现以更小体积的光源达到更好的光学投影效果，且能够在较小设备中的集成，提高设备的轻薄化。附图说明图1是本专利技术面阵投影装置一实施方式的结构示意图；图2是本专利技术多个发光元件一实施方式的光学图案示意图；图3是本专利技术单个发光元件经光学衍射元件后一实施方式的光学图案示意图；图4是本专利技术第一光学图案与第三光学图案对比示意图；图5是本专利技术面阵光源经光学衍射元件后一实施方式的光学图案示意图；图6是本专利技术深度相机一实施方式的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，图1是本专利技术面阵投影装置一实施方式的结构示意图。如图1所示，该面阵投影装置10包：包括面阵光源12、衍射光学元件14以及透镜16。其中，面阵光源12进一步包括多个发光元件122，且多个发光元件122均设置于基板18上，在具体实施例中，发光元件122可以为垂直腔面发射激光器，用于发射激光。可选地，在其它实施例中，发光元件122还可以为边缘发射激光二极管、红外激光或者其他类型的激光器，本专利技术不作具体限定。具体地，该垂直腔面发射激光器122是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，激光由边缘射出的边射型激光有所不同，且相比于其他激光器而言，具有体积小、光源发散角小等特点。进一步地，衍射光学元件14(DiffractiveOpticalElements，DOE)，又称二元光学器件，主要用于激光束整形，比如均匀化、准直、聚焦、形成特定图案等，根据不同的应用需求，衍射光学元件14可以作为全息片或菲涅耳波带片。在具体实施例中，该衍射光学元件14用于面阵光源12发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光，也可以采用液晶光阀取代衍射光学元件14来将面阵光源12发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光。进一步地，该面阵投影装置10还包括透镜16，透镜16用于准直或聚焦面阵光源12各个发光元件122的光束。图中所示的透镜16为微透镜阵列。其中，微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。可选地，在其它实施例中，透镜16也可以为菲涅尔透镜或者光学透镜，且透镜16与发光元件122之间可以一对一对应或一对多对应。可选地，在其它实施例中，可以不包括透镜16，由面阵光源12各个发光元件122的光束直接经过衍射光学元件14进行扩束而转换为图案化的激光。更近一步地，透镜16与衍射光学元件14可以设置为同一元件，即将透镜16的准直或聚焦功能以及衍射光学元件14的扩束功能集成在一个元件上，具体地，在该元件的一面具有准直或聚焦功能，另一面具有扩束功能。此种设计方式，有利于装置的轻薄化设计，提高空间利用率。请参阅图2至图5，图2是本专利技术多个发光元件一实施方式的光学图案示意图，图3是本专利技术单个发光元件经光学衍射元件后一实施方式的光学图案示意图，图4是本专利技术第一光学图案与第三光学图案对比示意图；图5是本专利技术面阵光源经光学衍射元件后一实施方式的光学图案示意图。具体描述如下：如图2所示，该发光元件122的排布为第一光学图案20，其中，第一光学图案20中每个黑色斑点代表一个发光元件122。如图3，单束光经过衍射光学元件14扩束后形成的图案为第二光学图案40，图中每个黑色斑点代表的是一个光束，其中斑点的个数仅为示意。在具体实施例中，因衍射光学元件14的扩束功能，随着目标空间的距离增加，第二光学图案40所能到达的空间也越来越大。从图中可以看出，第二光学图案40为不规则图案，其中斑点的排列不规则，即相互之间的距离不相等，但斑点总体上的排列仍相对均匀，斑点相互之间的横、纵向距离相差不大。具体而言，第二光学图案40的偏移量小于第二阈值，其中偏移量是指所有相邻光束之间的横纵间距的标准差，且第二阈值与相邻光束之间的平均横纵间距的比值在0.1～1.5之间。需要注意的是，偏移量包括所有相邻光束之间的横向间距的标准差sl，以及所有相邻光束之间的纵向间距的标准差sw，对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面阵投影装置，其特征在于，包括：面阵光源，包括多个发光元件，用于发射激光；衍射光学元件，用于对所述面阵光源发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光；所述多个发光元件的排布为第一光学图案，单束光经过所述衍射光学元件扩束后形成的图案为第二光学图案，所述图案化的激光的图案为所述第一光学图案和所述第二光学图案复合形成的复合光学图案，所述第一光学图案、所述第二光学图案和所述复合光学图案中包括多个光束。

【技术特征摘要】
1.一种面阵投影装置，其特征在于，包括：面阵光源，包括多个发光元件，用于发射激光；衍射光学元件，用于对所述面阵光源发射的激光进行扩束而转换为图案化的激光；所述多个发光元件的排布为第一光学图案，单束光经过所述衍射光学元件扩束后形成的图案为第二光学图案，所述图案化的激光的图案为所述第一光学图案和所述第二光学图案复合形成的复合光学图案，所述第一光学图案、所述第二光学图案和所述复合光学图案中包括多个光束。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述复合光学图案中的光束排列具有局部不相关性。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述局部不相关性是指所述复合光学图案中任意一个指定大小的子区中的图案与指定方向上的其他任意一个同样大小的子区中的图案均不相同。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光学图案的长宽分别为所述第二光学图案中相邻光束的平均横纵间距的整数倍，且倍数大于1。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，将所述第一光学图案平均划分为多个大小相同的格子，所有格子中的图案叠加而得到的第三光学图案为偏移量小于第一阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄源浩，刘龙，肖振中，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