一种结构光投影仪制造技术

本发明专利技术涉及一种结构光投影仪，其包括随机点阵光源和设于随机点阵光源的出光侧的多个光栅透镜，各光栅透镜与随机点阵光源的各出光点一一对应；光栅透镜包括衬底和多个间隔设于衬底的表面的光栅条，光栅条的折射率大于衬底的折射率，其中，光栅条可以是直条状结构也可以是环状结构。该结构光投影仪便于组装过程中实现透镜对准，同时易于实现整体结构的微型化。

A structured light projector

The invention relates to a structured light projector, which comprises a random lattice light source and a plurality of grating lenses on the light-emitting side of the random lattice light source, each grating lens corresponds to each light-emitting point of the random lattice light source one by one; the grating lens comprises a substrate and a plurality of grating strips spaced on the surface of the substrate, and the grating strip has a large refractive index. The refractive index of the substrate is that the grating bar can be a straight strip structure or a ring structure. The structured light projector is easy to realize lens alignment and miniaturization in the assembly process.

【技术实现步骤摘要】
一种结构光投影仪
本专利技术涉及深度传感设备
，具体涉及一种结构光投影仪。
技术介绍
近年来，随着消费电子产业的不断发展，具有深度传感功能的3D摄像头日渐受到消费电子界的重视。目前比较成熟的深度测量方法是结构光方案，即将特定的结构光图案投影在物体上，然后通过图案的形变或位移计算物体不同位置的深度。一种比较常见的结构光图案是随机点阵，随机点阵的光点密度决定了生成深度图的分辨率，因而每个光点的大小越小，光点的密度就可以越大，生成深度图的分辨率就越高。为了得到高分辨率的深度图，一般须要在产生的随机点阵后面放置一系列微型透镜对每个光点进行准直，使得其光点大小更小。传统微型透镜由具有一定曲面形状的玻璃材料制成，但是，这种微型透镜的对准非常具有挑战性，成本也非常高。另外，复杂微型透镜的放置也使得结构光投影仪的微型化非常困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构光投影仪，便于组装过程中实现透镜对准，同时易于实现整体结构的微型化。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构光投影仪，其包括随机点阵光源和设于所述随机点阵光源的出光侧的多个光栅透镜，各所述光栅透镜与所述随机点阵光源的各出光点一一对应；所述光栅透镜包括衬底和多个间隔设于所述衬底的表面的光栅条，所述光栅条的折射率大于所述衬底的折射率；所述光栅条为直条状结构时，各所述光栅条的位置及相位均满足公式(Ⅰ)：其中，x是所述光栅条的位置，f是焦距，λ是波长，φ(x)是所述光栅条的相位，φmax是所述光栅条的最大相位变化；所述光栅条为环状结构时，各所述光栅条的位置及相位均满足公式(Ⅱ)：其中，r是所述光栅条的半径，φ(r)是所述光栅条的相位，φmax是所述光栅条的最大相位变化，rmax是所述光栅条的最大半径。本实施例中的光栅透镜可通过常用的光刻技术制成，制作简单、成本低。具体的，由于随机点阵光源内部具有光刻结构，其与出光点的位置相对应，组装时，将光栅透镜的光刻标记与随机点阵光源的光刻结构对准，即可完成对准操作，操作较为简单。同时，光栅透镜的厚度相对较小，易于单片集成于随机点阵光源，从而使得该结构光投影仪的整体结构更易于小型化、集成化。可选地，所述光栅条为直条状结构时，各所述光栅条的位置及相位均满足公式(Ⅲ)：其中，x、y是所述光栅条的位置且x所在方向与y所在方向垂直，f是焦距，λ是波长，φ(x，y)是所述光栅条的相位，φmax是所述光栅条的最大相位变化。可选地，所述衬底相对的两侧端面分别设有一层所述光栅条，且两层所述光栅条的焦距之和与所述衬底的厚度相同。可选地，所述随机点阵光源包括激光器和衍射光学器件；或所述随机点阵光源为多个随机分布的激光器。可选地，所述光栅条的折射率和所述衬底的折射率的差值不小于1。可选地，所述光栅条的材质为硅，所述衬底的材质为二氧化硅或氮化硅。附图说明图1是本专利技术所提供一种结构光投影仪的结构示意图；图2是光栅条为直条状结构时各光栅条第一种设置示意图；图3是图2中各光栅条所对应的相位分布图；图4是光栅条为直条状结构时各光栅条第二种设置示意图；图5是设有两层光栅条的光栅透镜的结构示意图；图6是光栅条为环状结构时的光栅透镜的结构示意图。附图1-6中，附图标记说明如下：1-随机点阵光源；2-光栅透镜，21-光栅条，22-第一层光栅条，23-第二层光栅条；24-衬底；3-入射光束；4-出射光束。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1-6，图1是本专利技术所提供一种结构光投影仪的结构示意图；图2是光栅条为直条状结构时各光栅条第一种设置示意图；图3是图2中各光栅条所对应的相位分布图；图4是光栅条为直条状结构时各光栅条第二种设置示意图；图5是设有两层光栅条的光栅透镜的结构示意图；图6是光栅条为环状结构时的光栅透镜的结构示意图。本专利技术实施例提供了一种结构光投影仪，如图1所示，该结构光投影仪包括随机点阵光源1和多个光栅透镜2，其中，随机点阵光源1用于发射随机点阵光，光栅透镜2设于随机点阵光源1的出光侧，并且随机点阵光源1的每一个出光点都与一个光栅透镜对应。该光栅透镜2包括衬底24和多个间隔设于衬底24的表面的光栅条21，光栅条21的折射率大于衬底24的折射率。具体的，光栅条21的具体结构分两种，第一种是光栅条21为直条状结构，此时，各光栅条21的位置及相位均满足下述公式(Ⅰ)；其中，x是光栅条的位置，f是焦距，λ是波长，φ(x)是光栅条的相位，φmax是光栅条的最大相位变化；第二种是光栅条21为环状结构，此时，各光栅条21的位置及相位均满足下述公式(Ⅱ)：其中，r是光栅条的半径，φ(r)是光栅条的相位，φmax是光栅条的最大相位变化，rmax是光栅条的最大半径。以下对于第一种，光栅条21为直条状结构时进行展开说明。基于几何光学，上述公式(Ⅰ)的相位分布是聚焦单元的理想相位分布，各光栅条21的相位与其宽度、位置和厚度有关，而各光栅条21的厚度一致，因此，将各光栅条21根据上述公式(Ⅰ)设置所获得的光栅透镜2，等同于将一个离散的相位分布来近似理想相位分布。即将多个厚度相同但宽度不同的光栅条21按照上述公式(Ⅰ)中相位与位置的关系间隔设置，形成一个聚焦单元，将其放置于随机点阵光源1的出光侧，能够聚焦光束。相位大，则数值孔径(NA)大，透镜的聚焦能力强。对于传统的玻璃透镜来说，大相位需要更大的厚度和弧度，实现较为困难。而本实施例中的光栅透镜2中，光栅条21的相位φ(x)的大小可通过改变该光栅条21的宽度来实现，较为容易。具体的，光栅条21的设置如图2所示，相应的各位置的光栅条21的相位如图3所示。各光栅条21的厚度相同(均为t)、宽度不同，并由中间向外设置，其中，中间位置的光栅条21的相位为φ(0)，在位置x1处的光栅条21的相位为φ(x1)，其中，φ(x1)和x1符合上述公式(Ⅰ)中的对应关系；相应的，在位置x-1处的光栅条21与位置x1处的光栅条21对称，宽度相同、相位相同；在位置x2处的光栅条21的相位为φ(x2)，其中，φ(x2)和x2符合上述公式(Ⅰ)中的对应关系；相应的，在位置x-2处的光栅条21与位置x2处的光栅条21对称，宽度相同、相位相同；对于位于其它位置的光栅条21的设置与上述位于x1处和x2的光栅条21类似，在此不再赘述。光栅条21可通过改变其宽度来实现其相位的改变，由于当φ(x)大于2π或者小于0时，光栅条21的相位可以被映射到0～2π之间等效的一个值，因此，对于所在位置对应的相位较小的光栅条21来说，可将该光栅条21的宽度增大使其相位映射至0～2π之间其所需相位值(如图3中相位分布呈锯齿状，每一个锯齿对应了一个0～2π区间)即可，如图2所示，光栅条21的宽度由中间向两侧先减小后增大，即无需因相位的变化设置特宽或特窄的光栅条21，可保证光栅条21的宽度在一定的范围内变化，以简化光栅条21的制作工艺。在上述实施例中，直条状结构的光栅条21的位置及相位关系还满足公式(Ⅲ)：其中，x、y是光栅条21的位置且x所在方向与y所在方向垂直，f是焦距，λ是波长，φ(x，y)是所述光栅条21的相位，φmax是所述光栅条21的最大相位变化。此时，光栅条21的相位与x所在方向的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光投影仪，其特征在于，包括随机点阵光源(1)和设于所述随机点阵光源(1)的出光侧的多个光栅透镜(2)，各所述光栅透镜(2)与所述随机点阵光源(1)的各出光点一一对应；所述光栅透镜(2)包括衬底(24)和多个间隔设于所述衬底(24)的表面的光栅条(21)，所述光栅条(21)的折射率大于所述衬底(24)的折射率；所述光栅条(21)为直条状结构时，各所述光栅条(21)的位置及相位均满足公式(Ⅰ)：

【技术特征摘要】
1.一种结构光投影仪，其特征在于，包括随机点阵光源(1)和设于所述随机点阵光源(1)的出光侧的多个光栅透镜(2)，各所述光栅透镜(2)与所述随机点阵光源(1)的各出光点一一对应；所述光栅透镜(2)包括衬底(24)和多个间隔设于所述衬底(24)的表面的光栅条(21)，所述光栅条(21)的折射率大于所述衬底(24)的折射率；所述光栅条(21)为直条状结构时，各所述光栅条(21)的位置及相位均满足公式(Ⅰ)：其中，x是所述光栅条(21)的位置，f是焦距，λ是波长，φ(x)是所述光栅条(21)的相位，φmax是所述光栅条(21)的最大相位变化；所述光栅条(21)为环状结构时，各所述光栅条(21)的位置及相位均满足公式(Ⅱ)：其中，r是所述光栅条(21)的半径，φ(r)是所述光栅条(21)的相位，φmax是所述光栅条(21)的最大相位变化，rmax是所述光栅条(21)的最大半径。2.根据权利要求1所述的结构光投影仪，其特征在于，所述光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕方璐，
申请(专利权)人：深圳市光鉴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44