基于超透镜的单目结构光发射模组及结构光系统技术方案

本公开提供了一种基于超透镜的单目结构光发射模组及结构光系统。其中的发射模组包括结构光的光源，光场轴与第一轴线重合；超透镜，设置于光源的光路下游，并且与第二轴线同轴设置，超透镜配置为：接收并调制结构光，并将结构光图案形成于投射区域；其中，第一轴线与第二轴线平行；并且第二轴线以第一方向偏离第一轴线，第一方向垂直于第一轴线和第二轴线。光源发出的光通过不共轴的超透镜后形成相应的结构光图案，其视野范围相对于超透镜中心是非对称的，其视野中心更加偏向于结构光接收系统。因此可以减小整个系统的无效区域。因此可以减小整个系统的无效区域。因此可以减小整个系统的无效区域。

【技术实现步骤摘要】
基于超透镜的单目结构光发射模组及结构光系统


[0001]本公开涉及结构光成像的
，具体地，本公开涉及一种基于超透镜的单目结构光发射模组及结构光系统。

技术介绍

[0002]单目结构光系统，通常包括发射模组和接收模组两部分。其中，发射模组用来向物体发射结构光，接收模组用来接收从物体反射的结构光。发射模组和接收模组均存在一定的视场范围，只有二者重合的部分才是有效区域，在重叠区域以外的结构光没有被利用，这使得该系统的整体视野变小。
[0003]进一步地，发射模组和接收模组之间的横向距离，称为基线距离，会影响测量的精度。基线距离越大，测量精度越高，但与之相悖的，两模组之间重叠视野范围会进一步减小。
[0004]因此，如何在不减小基线距离，以至于影响测量精度的前提下，增大系统的整体视野，是现有技术中尚待解决或优化的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术中存在的上述问题，本申请实施例提供了一种基于超透镜的单目结构光发射模组及结构光系统，旨在不减小发射、接收模组间基线距离的前提下，尽可能地增大系统的整体视野。
[0006]本公开第一方面提供了一种基于超透镜的单目结构光发射模组，其具体包括：
[0007]光源，用于提供结构光，并且能提供以光场轴作为对称中心的光场，光场轴与第一轴线重合；
[0008]超透镜，设置于光源的光路下游，并且与第二轴线同轴设置，超透镜包括基底和基底表面的超结构单元，超结构单元的顶点和/或中心设置有纳米结构，基于超结构单元与纳米结构的相位分布，超透镜配置为：将所述结构光直接投影至投射区域，或者对所述结构光进行衍射分束以在投射区域形成点云；
[0009]其中，第一轴线与第二轴线平行；并且第二轴线以第一方向偏离第一轴线，第一方向垂直于第一轴线和第二轴线。
[0010]在上述方案中，结构光源沿其光场中心轴(第一轴线)呈对称分布，超透镜亦存在其中心轴(第二轴线)，并且设计成，两个轴线不共轴，超透镜中心轴相对于光场中心轴以第一方向更加靠近结构光的接收系统。结构光源发出的光通过不共轴的超透镜后形成相应的结构光图案，其视野范围相对于超透镜中心是非对称的，其视野中心更加偏向于结构光接收系统。因此可以减小整个系统的无效区域。
[0011]上述方案进一步地包括数种优选方案，如下：
[0012]在优选方案中，超透镜包括沿结构光的光路依次设置的第一超透镜和第二超透镜；第一超透镜和第二超透镜均与第二轴线同轴设置；其中基于超结构单元与纳米结构的相位分布，第一超透镜配置为：将结构光准直并投射至第二超透镜；基于超结构单元与纳米
结构的相位分布，第二超透镜配置为：对准直后的结构光衍射分束并于投射区域形成点云。
[0013]在上述优选方案中，第一超透镜和第二超透镜的中心轴共轴设置，光场中心轴与超透镜中心轴非共轴。光源发出的结构光经过不共轴的第一超透镜，对其进行整形和准直。由于光源的光场中心轴与第一超透镜的中心轴不共轴，因此准直后出射的结构光光场中心也不是对称分布。准直后的结构光通过第二超透镜衍射分束出去，也形成了和中心轴不对称的光场图案。且其中心方向偏向接收模组的视野中心。两部分中心轴不共轴的偏移程度和偏移量可根据实际情况来定，以达到减小无效区域，扩大有效区域的目的。此外，使用超透镜取代衍射光栅对结构光进行衍射分束，能够提高结构光的衍射效率。
[0014]在优选方案中，第一超透镜和第二超透镜包括同一个基底，并且第一超透镜和第二超透镜构成于同一个基底的两个相对表面。即使用一个超透镜装置同时实现了准直、衍射分束的效果，并且由于半导体工艺的特性，加工于同一基底的两个超表面具备更好的对中精度。
[0015]在优选方案中，超透镜能够在投射区域投射形成不以第二轴线为对称中心的结构光图案。进一步地，超透镜能够在投射区域形成以第一方向偏离第二轴线的结构光图案。
[0016]在优选方案中，超结构单元的形状选自正方形、正六边形或扇形。
[0017]在优选方案中，光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
[0018]在优选方案中，包括驱动装置，用于沿平行于第一方向的方向调整光源与超透镜的距离。能够调节结构光的投射位置，根据具体应用场景，增大有效面积。
[0019]本公开第二方面提供了一种结构光系统，这种结构光系统包括如前述第一方面及其任一项优选方案中所述的单目结构光发射模组，以及单目结构光接收模组，其中
[0020]所述单目结构光发射模组与所述单目结构光接收模组之间的基线距离沿所述第一方向，并且所述单目结构光发射模组投射结构光图案的投射区域沿所述第一方向偏向所述单目结构光接收模组，以增大所述单目结构光接收模组视场与所述投射区域的重合部分。
[0021]在优选方案中，所述单目结构光发射模组的投射区域全部位于所述单目结构光接收模组的视场区域内。
[0022]在优选方案中，所述单目结构光接收模组包括图像传感器和成像超透镜，所述成像超透镜用于将来自所述投射区域的反射光线会聚至所述图像传感器，以使所述图像传感器获得结构光信息，其中，所述成像超透镜与所述单目结构光发射模组中的至少一个超透镜构成于同一基底。
[0023]在优选方案中，所述单目结构光发射模组和/或所述单目结构光接收模组以晶圆级封装的形式构成。
附图说明
[0024]所包括的附图用于提供本申请的进一步理解，并且被并入本说明书中构成本说明书的一部分。附图示出了本申请的实施方式，连同下面的描述一起用于说明本申请的原理。
[0025]图1示出了本申请实施例提供的发射模组结构及光路示意图；
[0026]图2示出了本申请可选实施例提供的双超透镜方案的发射模组结构及光路示意图；
[0027]图3示出了本申请可选实施例提供的双表面超透镜方案的发射模组结构及光路示意图；
[0028]图4和图5分别示出了现有技术对比本公开实施例的视场有效区域示意图；
[0029]图6示出了实施例中提供的一种有利于晶圆级封装的结构光系统的结构及光路示意图；
[0030]图7为实施例中涉及的超透镜中包括的超结构单元形状示意图；
[0031]图8为实施例中涉及的组成超结构单元的纳米结构示意图。
[0032]其中，图中附图标记分别表示：
[0033]100.光源，200.超透镜，300.投射区域，400.图像传感器；
[0034]210.第一超透镜，220.第二超透镜，230.双表面超透镜，240.集成超透镜；
[0035]201.纳米结构，231.准直纳米结构，232.分束纳米结构，241.用于调制发射光的纳米结构，242.用于调制接收光的纳米结构。
[0036]另外，图中箭头用于为实施例中所述的第一方向提供参考，使用虚线表示光路/光照范围/视场范围的边界，以及用于参考的轴线。
具体实施方式
[0037]现将在下文中参照附图更全面地描述本申请，在附图中示出了各实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超透镜的单目结构光发射模组，其特征在于，包括：光源，用于提供结构光，并且能提供以光场轴作为对称中心的光场，所述光场轴与第一轴线重合；超透镜，设置于所述光源的光路下游，并且与第二轴线同轴设置，所述超透镜包括基底和基底表面的超结构单元，所述超结构单元的顶点和/或中心设置有纳米结构，基于超结构单元与纳米结构的相位分布，所述超透镜配置为：将所述结构光直接投影至投射区域，或者对所述结构光进行衍射分束以在投射区域形成点云；其中，所述第一轴线与所述第二轴线平行；并且所述第二轴线以第一方向偏离所述第一轴线，所述第一方向垂直于所述第一轴线和所述第二轴线。2.根据权利要求1所述的单目结构光发射模组，其特征在于，所述超透镜包括沿所述结构光的光路依次设置的第一超透镜和第二超透镜；所述第一超透镜和第二超透镜均与所述第二轴线同轴设置；其中基于超结构单元与纳米结构的相位分布，所述第一超透镜配置为：将所述结构光准直并投射至所述第二超透镜；基于超结构单元与纳米结构的相位分布，所述第二超透镜配置为：对准直后的结构光衍射分束并于投射区域形成点云。3.根据权利要求2所述的单目结构光发射模组，其特征在于，所述第一超透镜和第二超透镜包括同一个基底，并且所述第一超透镜和第二超透镜构成于所述同一个基底的两个相对表面。4.根据权利要求1至3任一项所述的单目结构光发射模组，其特征在于，所述超透镜能够在投射区域投射形成不以所述第二轴线为对称中心的结构光图案。5.根据权利要求4所述的单目结构光发射模组，其特征在于，所述超透镜能...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小波，郝成龙，谭凤泽，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：