结构光投影机及三维影像感测模块制造技术

一种结构光投影机及三维影像感测模块，其中结构光投影机包括光源、照射范围控制装置以及绕射光学元件。照射范围控制装置设置在来自光源的光束的传递路径上。绕射光学元件设置在来自照射范围控制装置的光束的传递路径上。照射范围控制装置适于控制传递至绕射光学元件的光束的照射范围，以改变绕射光学元件被来自照射范围控制装置的光束照亮的区域的尺寸。亦提供一种使用所述结构光投影机的三维影像感测模块。

Structured light projector and 3D image sensing module

【技术实现步骤摘要】
结构光投影机及三维影像感测模块
本专利技术涉及一种投影机及使用其的光源模块，且特别涉及一种结构光投影机及使用其的三维影像感测模块。
技术介绍
相较于传统的二维(two-dimensional；2D)影像感测技术，三维(three-dimensional；3D)影像感测技术除了获取X-Y平面的信息之外，还进一步获取目标物的深度信息(即Z轴方向上的信息)，因此不仅提高识别的准确性，还拓宽其应用领域。目前，三维影像感测技术主要可以分为立体视觉(stereovision)、结构光(structuredlight)以及飞行时间(TimeOfFlight；TOF)。与立体视觉和飞行时间技术相比，结构光技术具有深度识别的高准确性且适合短距离测量。因此，结构光技术已被广泛使用于脸部识别(facerecognition)、体感游戏机(somatosensorygamemachine)、工业机器视觉检验(industrialmachinevisioninspection，例如AOI)以及其他应用领域。结构光技术的运行原理是在目标物上投射结构光束，接着通过照相机获取投射在目标物上的图形(例如绕射图形)。由于目标物的深度差异会导致投射在其上的绕射图形产生形变，因此可以通过比较目标物上的绕射图形与原始绕射图形(未形变的绕射图形)之间的差异以获得目标物的三维坐标。然而，在使用结构光技术的传统三维影像感测模块中，绕射图形的分辨率(例如点密度)与视场(FieldOfView,FOV)是固定的且不可以在功能上调变。因此，在传统技术中的单个三维影像感测模块不适合或不能够测量需要不同分辨率或视场的目标物的深度信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种结构光投影机及三维影像感测模块，其可以在功能上调变分辨率及视场。本专利技术提供一种结构光投影机，其包括光源、照射范围控制装置以及绕射光学元件。照射范围控制装置设置在来自光源的光束的传递路径上。绕射光学元件设置在来自照射范围控制装置的光束的传递路径上。照射范围控制装置适于控制传递至绕射光学元件的光束的照射范围，以改变绕射光学元件被来自照射范围控制装置的光束照亮的区域的尺寸。本专利技术还提供一种三维影像感测模块，其包括上述的结构光投影机、影像感测器以及运算装置。影像感测器适于获取通过光束照亮绕射光学元件的区域而产生在目标物上的绕射图形的影像。运算装置耦接至影像感测器，且根据获取的影像计算目标物的深度信息。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述光源是激光光源。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述照射范围控制装置包括多个可调镜头。多个可调镜头依序设置在来自光源的光束的传递路径上。每一个可调镜头具有可调的屈光力。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述照射范围控制装置包括可调镜头以及位置控制装置。位置控制装置适于控制可调镜头以及光源中的至少一个的位置。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述照射范围控制装置包括光准直元件以及可调孔径光栏。可调孔径光栏设置在来自光源的光束的传递路径上。光准直元件设置在来自可调孔径光栏的光束的传递路径上。可调孔径光栏具有可调孔径。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述照射范围控制装置包括光准直元件、具有固定孔径的孔径光栏以及位置控制装置。孔径光栏设置在来自光源的光束的传递路径上。光准直元件设置在来自孔径光栏的光束的传递路径上。位置控制装置适于控制孔径光栏、光准直元件以及光源中的至少一个的位置。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述绕射光学元件包括第一区域及围绕第一区域的第二区域。被光束照亮第一区域而产生在目标物上的绕射图形是第一绕射图形，且被光束照亮第二区域而产生在目标物上的绕射图形是第二绕射图形。在结构光投影机的第一模式下，被来自照射范围控制装置的光束照亮的区域是由第一区域组成，且在目标物上产生第一绕射图形。在结构光投影机的第二模式下，被来自照射范围控制装置的光束照亮的区域是由第一区域与第二区域组成，且在目标物上产生第一绕射图形与第二绕射图形。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述第一绕射图形与第二绕射图形不重叠，且在第一模式下产生的绕射图形具有比在第二模式下产生的绕射图形更小的视场。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述第一绕射图形与第二绕射图形重叠，且在第一模式下产生的绕射图形具有比在第二模式下产生的绕射图形更小的点密度。在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的一实施例中，上述第一绕射图形与第二绕射图形部分重叠。在第一模式下产生的绕射图形具有比在第二模式下产生的绕射图形更小的视场，且在第一模式下产生的绕射图形具有比在第二模式下产生的绕射图形更小的点密度。基于上述，在本专利技术的结构光投影机及三维影像感测模块的实施例中，通过将照射范围控制装置设置在来自光源的光束的传述路径上以调变由光束照亮的绕射光学元件的区域，从而能够在功能上调变绕射图形的分辨率及视场。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。附图说明图1A及图1B分别是依照本专利技术的第一实施例的三维影像感测模块在第一模式及第二模式下的示意图。图2A至图2C分别是由光束照亮图1A与图1B中的绕射光学元件的第一区域、第二区域以及第一区域与第二区域所产生的绕射图形的示意图。图3A及图3B分别是依照本专利技术的一实施例的结构光投影机中的光源与照射范围控制装置在第一模式及第二模式下的第一示意图。图4A及图4B分别是依照本专利技术的一实施例的结构光投影机中的光源与照射范围控制装置在第一模式及第二模式下的第二示意图。图5A及图5B分别是依照本专利技术的一实施例的结构光投影机中的光源与照射范围控制装置在第一模式及第二模式下的第三示意图。图6A及图6B分别是依照本专利技术的一实施例的结构光投影机中的光源与照射范围控制装置在第一模式及第二模式下的第四示意图。图7A及图7B分别是依照本专利技术的第二实施例的三维影像感测模块在第一模式及第二模式下的示意图。图8A至图8C分别是由光束照亮图7A与图7B中的绕射光学元件的第一区域、第二区域以及第一区域与第二区域所产生的绕射图形的示意图。图9A至图9C分别是由光束照亮依照本专利技术的一实施例的绕射光学元件的第一区域、第二区域以及第二区域所产生的绕射图形的示意图。附图标记说明：100、200：三维影像感测模块110、210：结构光投影机111：光源112：照射范围控制装置1121、1122：可调镜头1123：位置控制装置1124：可调孔径光栏1125：光准直元件1126：孔径光栏113、213：绕射光学元件120：影像感测器130：运算装置AP：可调孔径AP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光投影机，包括：/n一光源；/n一照射范围控制装置，设置在来自所述光源的一光束的传递路径上；以及/n一绕射光学元件，设置在来自所述照射范围控制装置的所述光束的传递路径上，其中所述照射范围控制装置适于控制传递至所述绕射光学元件的所述光束的照射范围，以改变所述绕射光学元件被来自所述照射范围控制装置的所述光束照亮的一区域的尺寸。/n

【技术特征摘要】
20180731 US 16/049,8181.一种结构光投影机，包括：
一光源；
一照射范围控制装置，设置在来自所述光源的一光束的传递路径上；以及
一绕射光学元件，设置在来自所述照射范围控制装置的所述光束的传递路径上，其中所述照射范围控制装置适于控制传递至所述绕射光学元件的所述光束的照射范围，以改变所述绕射光学元件被来自所述照射范围控制装置的所述光束照亮的一区域的尺寸。


2.如权利要求1所述的结构光投影机，其中所述照射范围控制装置包括多个可调镜头，所述多个可调镜头依序设置在来自所述光源的所述光束的所述传递路径上，且所述多个可调镜头的每一个具有可调的屈光力。


3.如权利要求1所述的结构光投影机，其中所述照射范围控制装置包括一可调镜头以及一位置控制装置，且所述位置控制装置适于控制所述可调镜头以及所述光源中的至少一个的位置。


4.如权利要求1所述的结构光投影机，其中所述照射范围控制装置包括一光准直元件以及一可调孔径光栏，所述可调孔径光栏设置在来自所述光源的所述光束的所述传递路径上，所述光准直元件设置在来自所述可调孔径光栏的所述光束的传递路径上，且所述可调孔径光栏具有可调孔径。


5.如权利要求1所述的结构光投影机，其中所述照射范围控制装置包括一光准直元件、具有固定的孔径的一孔径光栏以及一位置控制装置，所述孔径光栏设置在来自所述光源的所述光束的所述传递路径上，所述光准直元件设置在来自所述孔径光栏的所述光束的传递路径上，且所述位置控制装置适于控制所述孔径光栏的位置。


6.如权利要求1所述的结构光投影机，其中所述绕射光学元件包括一第一区域及围绕所述第一区域的一第二区域，被所述光束照亮所述第一区域而在一目标物上产生的绕射图形是一第一绕射图形，且被所述光束照亮所述第二区域而在所述目标物上产生的绕射图形是一第二绕射图形，其中
在所述结构光投影机的一第一模式下，被来自所述照射范围控制装置的所述光束照亮的所述区域是由所述第一区域组成，且在所述目标物上产生所述第一绕射图形；以及
在所述结构光投影机的一第二模式下，被来自所述照射范围控制装置的所述光束照亮的所述区域是由所述第一区域与所述第二区域组成，且在所述目标物上产生所述第一绕射图形与所述第二绕射图形。


7.如权利要求6所述的结构光投影机，其中所述第一绕射图形与所述第二绕射图形不重叠，且在所述第一模式下产生的所述绕射图形具有比在所述第二模式下产生的所述绕射图形更小的视场。


8.如权利要求6所述的结构光投影机，其中所述第一绕射图形与所述第二绕射图形重叠，且在所述第一模式下产生的所述绕射图形具有比在所述第二模式下产生的所述绕射图形更小的点密度。


9.如权利要求6所述的结构光投影机，其中所述第一绕射图形与所述第二绕射图形部分重叠，在所述第一模式下产生的所述绕射图形具有比在所述第二模式下产生的所述绕射图形更小的视场，且在所述第一模式下产生的所述绕射图形具有比在所述第二模式下产生的所述绕射图形更小的点密度。


10.一种三维影像感测模块，包括：
一结构光投影机，包括：
一光源；
一照射范围控制装置，设置在来自所...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧名淑，刘逸秾，
申请(专利权)人：奇景光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71