散斑投射器和结构光深度相机制造技术

本申请实施例涉及机器视觉技术领域，公开了一种散斑投射器和结构光深度相机，该散斑投射器包括：壳体、第一VCSEL、第二VCSEL、准直镜、以及DOE，准直镜相对于第二VCSEL对焦，准直镜相对于第一VCSEL失焦；第一VCSEL发射出的第一光束经准直镜和DOE后，泛光投射至外界；第二VCSEL发射出的第二光束经准直镜和DOE后，点阵投射至外界，散斑投射器用于在收到第一控制信号的情况下开启第一VCSEL并关闭第二VCSEL，还用于在收到第二控制信号的情况下开启第二VCSEL并关闭第一VCSEL，从而在不增加体积、成本和功耗的前提下，使散斑投射器兼具点阵投射能力和泛光投射能力。能力和泛光投射能力。能力和泛光投射能力。

【技术实现步骤摘要】
散斑投射器和结构光深度相机


[0001]本申请实施例涉及机器视觉
，特别涉及一种散斑投射器和结构光深度相机。

技术介绍

[0002]深度相机可以实时获取目标对象的深度信息，其为动作捕捉识别、人脸识别、自动驾驶领域的三维建模、巡航和避障、工业领域的零件扫描检测分拣、安防领域的监控、人数统计等复杂的应用场景提供了技术支持，具有广泛的消费级、工业级应用需求，业内主流的深度相机有结构光深度相机、基于时间飞行法的深度相机、双目立体深度相机三种，其中，结构光深度相机凭借其技术成熟、成本较低的优势得到了广泛的应用。
[0003]结构光深度相机的主体由一颗散斑投射器和一颗红外镜头组成，散斑投射器负责向目标场景投射散斑图案，红外镜头则负责拍摄红外图和散斑图，从而进行深度恢复，得到目标场景的深度图。在拍摄红外图时很可能会遇到光线不足的情况，拍摄出的红外图质量不佳，因此可以在结构光深度相机上再搭载一颗红外光源来补光，但这无疑增加了结构光深度相机的体积和成本。
[0004]散斑投射器的主体由垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称：VCSEL)、准直镜和衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，简称：DOE)组成，在对焦状态下，VCSEL发射出的激光经准直镜准直和DOE衍射复制之后投射出去，便可形成点阵投射的散斑图案，而如果移动准直镜的空间位置，便可以使散斑投射器失焦，此时散斑投射器便成为了泛光投射的面光源，也能为红外镜头补光。
[0005]因此，业内选择在准直镜两端配置驱动马达，通过电流驱动准直镜上下移动，对焦状态时散斑投射器进行点阵投射，失焦状态时散斑投射器进行泛光投射，但驱动电机的存在会增大散斑投射器的体积，增加散斑投射器的成本，不利于散斑投射器的小型化，同时电流驱动也增加了散斑投射器的功耗。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种散斑投射器和结构光深度相机，在不增加散斑投射器的体积、成本和功耗的前提下，使散斑投射器兼具点阵投射能力和泛光投射能力，同时将准直镜和DOE移出VCSEL的热传递路径，延长了散斑投射器的使用寿命。
[0007]为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种散斑投射器，所述散斑投射器包括：壳体、第一VCSEL、第二VCSEL、位于所述第一VCSEL和所述第二VCSEL上方的准直镜、以及位于所述准直镜上方的DOE，所述准直镜相对于所述第二VCSEL对焦，所述准直镜相对于所述第一VCSEL失焦；所述第一VCSEL发射出的第一光束经所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界；所述第二VCSEL发射出的第二光束经所述准直镜和所述DOE后，点阵投射至外界，所述散斑投射器用于在收到第一控制信号的情况下开启所述第一VCSEL并关闭所述第二VCSEL，还用于在收到第二控制信号的情况下开启所述第二VCSEL并关闭所述第一VCSEL。
[0008]本申请的实施例还提供了一种散斑投射器，所述散斑投射器包括：壳体、第一VCSEL、第二VCSEL、位于所述第一VCSEL和所述第二VCSEL上方的集成光学元件，所述集成光学元件集成了准直镜和DOE，所述集成光学元件相对于所述第二VCSEL对焦，所述集成光学元件相对于所述第一VCSEL失焦；所述第一VCSEL发射出的第一光束经所述集成光学元件后，泛光投射至外界；所述第二VCSEL发射出的第二光束经所述集成光学元件后，点阵投射至外界，所述散斑投射器用于在收到第一控制信号的情况下开启所述第一VCSEL并关闭所述第二VCSEL，还用于在收到第二控制信号的情况下开启所述第二VCSEL并关闭所述第一VCSEL。
[0009]本申请的实施例还提供了一种结构光深度相机，所述结构光深度相机包括红外镜头、上述的散斑投射器和控制模块；所述散斑投射器包括第一VCSEL和第二VCSEL，所述控制模块与所述散斑投射器连接；所述控制模块用于向所述散斑投射器发送第一控制信号和/或第二控制信号；所述散斑投射器用于在收到第一控制信号的情况下开启所述第一VCSEL并关闭所述第二VCSEL，还用于在收到第二控制信号的情况下开启所述第二VCSEL并关闭所述第一VCSEL。
[0010]本申请的实施例提供的散斑投射器和结构光深度相机，散斑投射器包括壳体、第一VCSEL、第二VCSEL、位于第一VCSEL和第二VCSEL上方的准直镜、以及位于准直镜上方的DOE，准直镜相对于第二VCSEL对焦，准直镜相对于第一VCSEL失焦，第一VCSEL发射出的第一光束经准直镜和DOE后，泛光投射至外界；第二VCSEL发射出的第二光束经准直镜和DOE后，点阵投射至外界，散斑投射器在收到第一控制信号的情况下开启第一VCSEL并关闭第二VCSEL，在收到第二控制信号的情况下开启第二VCSEL并关闭第一VCSEL。在不增加散斑投射器的体积、成本和功耗的前提下，使散斑投射器兼具点阵投射能力和泛光投射能力，无需使用马达设备，避免了马达散热导致的热传递。
[0011]另外，所述散斑投射器还包括反射组件，所述反射组件形成相对于所述第一VCSEL和所述第二VCSEL的潜望镜光路；所述第一VCSEL发射出的所述第一光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界；所述第二VCSEL发射出的所述第二光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，点阵投射至外界。由于潜望镜光路的存在，准直镜的焦距被折叠，有效缩减了散斑投射器的厚度，潜望镜光路的存在也使得准直镜和DOE不在两个VCSEL的热传递路径上，这延长了散斑投射器的使用寿命。
[0012]另外，所述反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜组成所述潜望镜光路，所述第一VCSEL和所述第二VCSEL设置于所述壳体的第一内表面，所述第一反射镜设置于所述壳体的第二内表面，所述第二反射镜设置于所述壳体的第三内表面，所述准直镜设置于所述第一内表面的上方且与所述第一内表面平行，所述DOE设置于所述准直镜的上方且与所述准直镜平行，所述第一VCSEL与所述第二VCSEL之间存在预设高度差，所述第二内表面与所述第一内表面相邻且成预设角度，所述第三内表面与所述第二内表面平行，所述准直镜的焦点在所述第二VCSEL的出光面上。
[0013]另外，所述第一VCSEL发射出的所述第一光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界，具体包括：所述第一VCSEL向所述第一反射镜发射所述第一光束；所述第一反射镜将所述第一光束反射至所述第二反射镜；所述第二反射镜将所述第一光束反射至所述准直镜；所述准直镜准直所述第一光束，并将准直后的所述第一光束传播至所
述DOE；其中，所述第一光束经所述第一反射镜、所述第二反射镜传播至所述准直镜的光程不等于所述准直镜的焦距；所述DOE对准直后的所述第一光束进行衍射复制并投射至外界。由于准直镜的焦点在第二VCSEL的出光面上，而第一VCSEL与第二VCSEL之间存在高度差，因此第一光束传播至准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种散斑投射器，其特征在于，包括：壳体、第一VCSEL、第二VCSEL、位于所述第一VCSEL和所述第二VCSEL上方的准直镜、以及位于所述准直镜上方的DOE，所述准直镜相对于所述第二VCSEL对焦，所述准直镜相对于所述第一VCSEL失焦；所述第一VCSEL发射出的第一光束经所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界；所述第二VCSEL发射出的第二光束经所述准直镜和所述DOE后，点阵投射至外界；所述散斑投射器用于在收到第一控制信号的情况下开启所述第一VCSEL并关闭所述第二VCSEL，还用于在收到第二控制信号的情况下开启所述第二VCSEL并关闭所述第一VCSEL。2.根据权利要求1所述的散斑投射器，其特征在于，所述散斑投射器还包括反射组件，所述反射组件形成相对于所述第一VCSEL和所述第二VCSEL的潜望镜光路；所述第一VCSEL发射出的所述第一光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界；所述第二VCSEL发射出的所述第二光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，点阵投射至外界。3.根据权利要求2所述的散斑投射器，其特征在于，所述反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜组成所述潜望镜光路，所述第一VCSEL和所述第二VCSEL设置于所述壳体的第一内表面，所述第一反射镜设置于所述壳体的第二内表面，所述第二反射镜设置于所述壳体的第三内表面，所述准直镜设置于所述第一内表面的上方且与所述第一内表面平行，所述DOE设置于所述准直镜的上方且与所述准直镜平行，所述第一VCSEL与所述第二VCSEL之间存在预设高度差，所述第二内表面与所述第一内表面相邻且成预设角度，所述第三内表面与所述第二内表面平行，所述准直镜的焦点在所述第二VCSEL的出光面上。4.根据权利要求3所述的散斑投射器，其特征在于，所述第一VCSEL发射出的所述第一光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，泛光投射至外界，具体包括：所述第一VCSEL向所述第一反射镜发射所述第一光束；所述第一反射镜将所述第一光束反射至所述第二反射镜；所述第二反射镜将所述第一光束反射至所述准直镜；所述准直镜准直所述第一光束，并将准直后的所述第一光束传播至所述DOE；其中，所述第一光束经所述第一反射镜、所述第二反射镜传播至所述准直镜的光程不等于所述准直镜的焦距；所述DOE对准直后的所述第一光束进行衍射复制并投射至外界。5.根据权利要求3所述的散斑投射器，其特征在于，所述第二VCSEL发射出的所述第二光束经所述反射组件、所述准直镜和所述DOE后，点阵投射至外界，具体包括：所述第二VCSEL向所述第一反射镜发射第二光束；所述第一反射镜将所述第二光束反射至所述第二反射镜；所述第二反射镜将所述第二光束反射至所述准直镜；所述准直镜准直所述第二光束，并将准直后的所述第二光束传播至所述DOE；其中，所述第二光束经所述第一反射镜、所述第二反射镜传播至所述准直镜的光程等于所述准...

【专利技术属性】
技术研发人员：成纯森，吴坚，户磊，
申请(专利权)人：北京的卢铭视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：