投影仪及深度相机制造技术

本发明专利技术提供一种投影仪及深度相机，其投影仪包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。该投影仪及深度相机除具备传统的结构光投影的功能外，还可以实现其他特有的功能，且不影响结构光图案的质量。

【技术实现步骤摘要】
投影仪及深度相机
本专利技术涉及光学及电子
，尤其涉及一种投影仪及深度相机。
技术介绍
3D成像特别是应用于消费领域中的3D成像技术将不断冲击甚至取代传统的2D成像技术，3D成像技术除了拥有对目标物体进行2D成像能力之外还可以获取目标物体的深度信息，根据深度信息可以进一步实现3D扫描、场景建模、手势交互等功能。深度相机特别是结构光深度相机或TOF(时间飞行)深度相机是目前普遍被用来3D成像的硬件设备。深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机所投影图案种类的不同，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，光学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。采用VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列光源的深度相机因为具有体积小、功率大、光束集中等优点将会取代边发射激光发射器光源，VCSEL阵列光源的特点是在一个极其小的基底上通过布置多个VCSEL光源的方式来进行激光投影。对于结构光深度相机而言，其激光投影模组向外投射的斑点图案要求具有极高的不相关性，这一要求增加了VCSEL阵列上光源排列的设计难度。另一方面与VCSEL阵列光源配套的光学元件，比如衍射光学元件，其对VCSEL阵列光源发射出的光束的调制功能将直接决定了最终形成的结构光图案质量。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种多功能化的投影仪及深度相机。本专利技术提供一种投影仪，包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。在一些实施例中，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量大于所述次光源区域内VCSEL子光源的数量。优选地，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量与所述次光源区域内VCSEL子光源的数量位于不同的数量级上。在一些实施例中，所述主光源区域内VCSEL子光源的排列密度大于所述次光源区域内VCSEL子光源的排列密度。在一些实施例中，所述二维图案包括多个子图案，所述子图案包括主光源区域内的部分VCSEL子光源和所述次光源区域内的部分VCSEL子光源，至少两个所述子图案之间满足变换关系。其中，所述变换包含复制、平移、旋转、缩放、映射变换方式中的一种或多种。在一些实施例中，所述结构光图案由多个子结构光图案相互邻接形成；当仅打开所述主光源区域内的VCSEL子光源时，所述子结构光图案与所述主光源区域内的VCSEL子光源排列对应；当同时打开所述主光源区域以及所述次光源区域内的VCSEL子光源时，所述子结构光图案与所述主光源区域内的VCSEL子光源排列和所述次光源区域内的VCSEL子光源排列叠加后的排列对应。在一些实施例中，所述次光源区域内的VCSEL子光源被分别独立控制，在所述投影仪单次投影时，随机打开所述次光源区域内的部分所述VCSEL子光源。在一些实施例中，还包括透镜，所述透镜位于所述VCSEL阵列光源与所述图案生成器之间，用于汇聚所述VCSEL阵列光源发射出的光束。本专利技术还提供一种深度相机，包括：如上所述的投影仪，用于向空间中发射结构光图案光束；采集模组，用于采集所述结构光图案光束照射在目标物体上所形成的结构光图案；处理器，用于接收所述结构光图案并计算出所述目标物体的深度图像。本专利技术的有益效果：多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内，次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补，通过主光源区域与次光源区域内的VCSEL子光源分组控制，使投影仪具备传统的结构光投影的功能外，还可以实现其他特有的功能，且不影响结构光图案的质量。附图说明图1为本专利技术一个实施例的深度相机侧面示意图。图2为本专利技术一个实施例的投影仪示意图。图3为本专利技术一个实施例的VCSEL阵列光源示意图。图4为本专利技术一个实施例的仅控制主光源区域内子光源发光所形成的结构光图案示意图。图5为本专利技术一个实施例的同步控制主、次区光源区域内子光源发光所形成的结构光图案示意图。图6为本专利技术另一个实施例的VCSEL阵列光源示意图。图7为本专利技术又一个实施例的VCSEL阵列光源示意图。图8为本专利技术再一个实施例的VCSEL阵列光源示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利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，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本专利技术提出一种VCSEL阵列光源以及基于该光源的投影仪，投影仪可以向外投射出光学图案，比如结构光散斑图案，同时基于投影仪提出了对应的3D成像设备，这里的3D成像设备又叫深度相机，深度相机所拍摄到的物体的图像中每个像素上的值代表的是空间中对应的点距离深度相机的之间的深度值。在后面的说明中将对VCSEL阵列光源、投影仪、深度相机为例进行说明，但并不意味着这种VCSEL阵列光源仅能应用在投影仪中，或者这种投影仪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本专利技术中的技术方案都应被包含在本专利技术的保护范围内。图1所示的是根据本专利技术一个实施例的深度相机侧面示意图。深度相机10主要组成部件有投影仪103、采集模组105、主板102以及处理器101，在一些深度相机中还配备了RGB相机104等。投影仪103、采集模组105以及RGB相机104一般被安装在同一个深度相机平面上，且处于同一条基线，每个模组或相机都对应一个进光窗口106。一般地，处理器101被集成在主板102上，而投影仪103与采集模型105通过接口与主板102连接，在一种实施例中所述的接口为FPC接口。投影仪103用于向目标空间中投射经编码的结构光图案光束，采集模组105采集照射在目标物体上所形成的结构光图案后，由处理器101根据三角法原理计算出目标物体的深度图像。投影仪103主要包含光源以及光学元件，光源可以包含如LED、激光等光源，用于发射可见光以及红外、紫外等不可见光。光学元件如透镜、衍射光学元件、反射镜等，用于对光源发出的光束进行调制，以向外投影出结构光图案光束。这里所说的结构光图案光束指的是该图案光束投射到空间平面上将形成该图案。采集模组105与投影仪103往往一一对应，投影仪103的视场一般需要在测量范围内覆盖采集模组105的视场，另一方面，采集模组105往往需要设置与投影仪103所发射光束波长相对应的滤光片，以便于让更多的结构光图案光束的光通过同时降低其他波长光束通过所带来的图像噪声。在一个实施例中，结构光图案为红外散斑图案(红外斑点图案)，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各个子区域都具有较高的唯一性，此时采集模组105为对应的红外相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投影仪，其特征在于，包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。

【技术特征摘要】
1.一种投影仪，其特征在于，包括：VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL子光源以二维图案的形式排列在所述半导体衬底上的至少一个主光源区域以及至少一个次光源区域内；所述次光源区域内VCSEL子光源排列与所述主光源区域内的至少部分VCSEL子光源排列相互互补；控制器，用于控制所述主光源区域内VCSEL子光源发光，和/或，用于控制所述次光源区域内的VCSEL子光源发光；图案生成器，用于接收所述VCSEL阵列光源发射的光束，并向外发射出结构光图案光束。2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量大于所述次光源区域内VCSEL子光源的数量。3.如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，所述主光源区域内VCSEL子光源的数量与所述次光源区域内VCSEL子光源的数量位于不同的数量级上。4.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述主光源区域内VCSEL子光源的排列密度大于所述次光源区域内VCSEL子光源的排列密度。5.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，所述二维图案包括多个子图案，所述子图案包括主光源区域内的部分VCSEL子光源和所述次光源区域内的部分VCSEL子光源，至少两个所述子图案之间满足变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：发明
国别省市：广东,44