一种基于垂直腔面发射激光器规则点阵的激光散斑投射器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器，包括VCSEL规则发光点阵、准直镜、光学衍射器件、X‑Y方向驱动电路、点阵显示控制模块，通过驱动VCSEL规则发光点阵上不同的发光颗粒，分时输出多帧不同的编码图案，从而实现对目标物体或投射空间的时空标记，最后通过深度解码算法完成目标物体的三维深度测量，相比传统的结构光空间编码技术，本发明专利技术的投射器有助于实现时空编码，从而在深度解码进行三维深度测量过程中能获得更高的精度、鲁棒性和抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于垂直腔面发射激光器规则点阵的激光散斑投射器
本专利技术涉及计算机视觉、深度感知、激光成像
，具体涉及一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)规则点阵的激光散斑投射器。
技术介绍
深度感知技术用于感知空间物体的形状和距离信息，是计算机视觉领域研究和应用开发的热点方向。基于结构光的主动视觉深度感知技术可以较为准确地获取图像的深度信息，相比双目立体摄像头，具有获取的深度图信息更稳定可靠、不受环境光影响、立体匹配过程简单、算法计算量小等优势。其中，激光散斑投射器是结构光深度感知技术的关键设备之一，所投射的编码图案将直接影响深度解码计算的复杂度、深度测量的精度和分辨率。垂直腔面发射激光器VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)，相比发光二极管LED和激光二极管LD(LaserDiode)，其光学腔体取向和半导体晶圆垂直，可以从表面发光，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，在光通信、光互连、光存储等领域已得到广泛应用。激光散斑投射器在结构上主要包括发光源、准直镜和/或衍射光学器件DOE(DiffractiveOpticalElement)构成，其中多数激光散斑投射器采用单点光源进行垂直发光或结合45°反射进行边侧发光，存在体积大、光电转换效率低、温漂影响大等问题；也有部分激光散斑投射器采用非规则的随机VCSEL点阵排列，投射基础编码图案，经衍射光学器件DOE复制后投射，其点阵排列为随机发光点阵，存在点阵排列位置精度不够高、点阵制作密度有限、制作良率低等问题，而且随机发光点阵作为基础编码图案，经DOE复制拼接时，图案的边缘点阵之间容易重叠或过于稀疏，导致最终形成的激光散斑编码图案跟设计的编码图案差距大。此外，现有的激光散斑投射器所投射的散斑编码图案基本上是固定不变的，用于对目标物体或投射空间的空间编码，在结构光深度感知过程中受环境光的影响大，而不利于提高深度测量精度和鲁棒性。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器，制作VCSEL规则发光点阵，通过X-Y方向驱动电路驱动不同的发光点，分时生成多帧不同的编码图案，作为基础编码图案；再经过准直镜准直，衍射光学器件DOE对每帧基础编码图案进行复制、拼接生成大视角的激光散斑编码图案，投射后，实现对目标物体或投射空间的时空标记。本专利技术涉及的激光散斑投射器不仅可提高VCSEL发光点阵制作的良率、发光效率和密度，有利于编码图案的精确制作，而且可以实现结构光的时空编码，提高结构光三维深度测量的精度、鲁棒性和抗干扰能力。具体地，本专利技术公开了一种基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器(10)，其特征在于：所述投射器包括VCSEL规则发光点阵(11)、VCSEL发光颗粒(12)、准直镜(13)、X-Y方向驱动模块(15)、显示控制模块(16)，其中：所述VCSEL规则发光点阵(11)，基于同一个VCSEL发光基板或多个VCSEL发光基板组成，在所述一个或多个发光基板上规则排列多个VCSEL发光颗粒(12)，所述准直镜(13)对VCSEL发光基板上所有VCSEL发光颗粒(12)发射的光线进行准直处理，所述X-Y方向驱动模块(15)用于在X-Y轴方向恒流驱动VCSEL发光基板上规则排布的VCSEL发光颗粒，所述显示控制模块(16)依据编码规则，选择部分符合当前帧编码规则或某一区域内的VCSEL发光颗粒并通知驱动模块(15)对这批被选择的VCSEL发光颗粒进行驱动显示。所述投射器进一步包括：一衍射光学器件DOE(14)，所述衍射光学器件DOE(14)对VCSEL发光基板发射的基础编码图案进行复制和拼接。本专利技术的激光散斑投射器通过驱动VCSEL规则发光点阵上不同的发光颗粒，分时输出多帧不同的编码图案，从而实现对目标物体或投射空间的时空标记，最后通过深度解码算法完成目标物体的三维深度测量。相比传统的结构光空间编码技术，本专利技术的投射器有助于实现时空编码，从而在深度解码进行三维深度测量过程中能获得更高的精度、鲁棒性和抗干扰能力。附图说明图1是本专利技术基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器结构示意图；图2(a)是本专利技术VCSEL规则发光点阵排布的一种实施例设计；图2(b)是本专利技术VCSEL规则发光点阵排布的另一种实施例设计；图3是本专利技术依据编码规则对VCSEL发光点阵上的发光颗粒编码示意图；图4(a)是本专利技术按区域驱动VCSEL发光颗粒的一种实施例设计；图4(b)是本专利技术按区域驱动VCSEL发光颗粒的一种实施例设计；图5是本专利技术生成的一种基于随机散斑的VCSEL编码图案示意图；图6是本专利技术生成的一种基于规则符号阵列编码的VCSEL编码图案示意图；图7是本专利技术生成的一种基于散斑+规则符号阵列编码的VCSEL编码图案示意图。具体实施方式下面结合附图1-7对本专利技术提供的投射器进行进一步的详细说明。本专利技术公开的基于垂直腔面发射激光器VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)规则点阵的激光散斑投射器10，如图1所示，包括VCSEL规则发光点阵11、VCSEL发光颗粒12、准直镜13、X-Y方向驱动模块15、显示控制模块16，其中：所述VCSEL规则发光点阵11，可以基于同一个VCSEL发光基板或多个VCSEL发光基板组成，在发光基板上规则分布排列着多个VCSEL发光颗粒12，发光颗粒的个数为整数个(2、3、4.....k个)，发光颗粒之间等间距排列，排列密度可变；所形成的规则发光点阵11的形状，可以为正方形、长方形、圆形、三角形、多边形等。所述准直镜13对VCSEL发光基板上所有VCSEL发光颗粒12发射的光线进行准直处理，即使光源发射的光线平行射出或按一定的景深范围进行对焦。所述准直镜大小应与发光基板的发光区域大小紧密结合。所述X-Y方向驱动模块15用于在X-Y轴方向恒流驱动VCSEL发光基板上规则排布的发光颗粒，既可以选择只驱动部分发光颗粒，也可以通过调节电流大小来改变每个发光颗粒的发光强度，形成灰度阶层。所述显示控制模块16依据编码规则，可以选择部分符合当前帧编码规则或某一区域内的VCSEL发光颗粒并通知驱动模块15对这批被选择的VCSEL发光颗粒进行驱动显示，生成一帧编码图案，进行空间编码；也可以依据时空编码规则，分多帧进行显示控制。编码规则可由外部处理器通过标准接口下达。其中，当显示控制模块16依据编码规则选择部分符合当前帧编码规则或某一区域内的VCSEL发光颗粒，并且通知驱动模块15对被选择的发光颗粒进行驱动显示时，将投射出某一帧编码图案，该图案可以由随机散斑点构成，也可以由规则符号M阵列编码构成，也可以由散斑+规则符号混合编码构成；具体地，由随机散斑点构成的散斑编码图案如图5所示，由规则符号M阵列编码构成的散斑编码图案如图6所示，由散斑+规则符号混合编码构成的散斑编码图案如图7所示。驱动模块15根据显示控制模块16的指令驱动VCSEL规则发光点阵11中部分VCSEL发光颗粒12，还可以在时间轴上组成多帧不同的基础编码图案，最终经准直镜13和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器(10)，其特征在于：所述投射器包括VCSEL规则发光点阵(11)、VCSEL发光颗粒(12)、准直镜(13)、X‑Y方向驱动模块(15)、显示控制模块(16)，其中：所述VCSEL规则发光点阵(11)，基于同一个VCSEL发光基板或多个VCSEL发光基板组成，在所述一个或多个发光基板上规则排列多个VCSEL发光颗粒(12)，所述准直镜(13)对VCSEL发光基板上所有VCSEL发光颗粒(12)发射的光线进行准直处理，所述X‑Y方向驱动模块(15)用于在X‑Y轴方向恒流驱动VCSEL发光基板上规则排列的VCSEL发光颗粒(12)，所述显示控制模块(16)依据编码规则，选择部分符合当前帧编码规则或某一区域内的VCSEL发光颗粒(12)并通知所述X‑Y方向驱动模块(15)对这批被选择的VCSEL发光颗粒(12)进行驱动显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于垂直腔面发射激光器VCSEL规则点阵的激光散斑投射器(10)，其特征在于：所述投射器包括VCSEL规则发光点阵(11)、VCSEL发光颗粒(12)、准直镜(13)、X-Y方向驱动模块(15)、显示控制模块(16)，其中：所述VCSEL规则发光点阵(11)，基于同一个VCSEL发光基板或多个VCSEL发光基板组成，在所述一个或多个发光基板上规则排列多个VCSEL发光颗粒(12)，所述准直镜(13)对VCSEL发光基板上所有VCSEL发光颗粒(12)发射的光线进行准直处理，所述X-Y方向驱动模块(15)用于在X-Y轴方向恒流驱动VCSEL发光基板上规则排列的VCSEL发光颗粒(12)，所述显示控制模块(16)依据编码规则，选择部分符合当前帧编码规则或某一区域内的VCSEL发光颗粒(12)并通知所述X-Y方向驱动模块(15)对这批被选择的VCSEL发光颗粒(12)进行驱动显示。2.如权利要求1所述的投射器，其特征在于：优选的，所述投射器进一步包括：一衍射光学器件DOE(14)，所述衍射光学器件DOE(14)对VCSEL发光基板发射的基础编码图案进行复制和拼接。3.如权利要求1或2所述的投射器，其特征在于：VCSEL规则发光点阵(11)根据显示控制模块(16)的指令驱动VCSEL发光颗粒(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晨阳，姚慧敏，周艳辉，
申请(专利权)人：宁波盈芯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33