结构光投射器及3D结构光模组制造技术

本发明专利技术公开一种结构光投射器及3D结构光模组，其中，结构光投射器包括：光源，用于发射光线；光学元件包括：基材；准直微结构面，用于准直所述光线；衍射微结构面，用于扩散所述光线以使光线形成目标光场并在目标物体上形成散斑图，所述光源的光轴偏移所述准直微结构面的光轴，所述光线经过所述基材、准直微结构面和衍射微结构面后形成的所述散斑图的几何中心偏移所述准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴；其中，所述光源的光轴与所述准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴重合。本发明专利技术技术方案提出的结构光投射器能够增大投射的散斑区域与红外接收相机接收视场的重合面积在整个投射散斑区域面积的占比，减小无效光斑的区域。区域。区域。

【技术实现步骤摘要】
结构光投射器及3D结构光模组


[0001]本专利技术涉及3D视觉
，特别涉及一种结构光投射器及3D结构光模组。

技术介绍

[0002]随着人工智能和消费电子的发展，2D视觉技术发展遇到诸多瓶颈，如深度测量、活体识别、定位等，无法满足实际应用的需求，3D视觉技术较2D视觉技术可以测量物体距离信息，轻松解决这些问题；其中3D结构光因其高精度、算法简单等优势成为现有3D视觉技术使用的主流方案，被广泛应用于扫地机、服务机器人、工业测量、人脸支付等各个领域。现有3D结构光模组包括结构光投射器、红外接收相机。结构光投射器向目标物体投射带一定结构特征的结构光斑图，红外接收相机接收目标物体反射的光成散斑红外图，利用散斑图中像素匹配点在不同距离下的位置偏差量，计算得到目标物体的深度信息，在二维图像信息的基础上增加了目标物体的深度信息，得到目标物体的三维图像，可有效应对平面攻击手段，扩展模组的应用场景。
[0003]但现有3D结构光模组使用时存在一个问题：为保证成像距离范围内深度图输出的完整性，不同距离下结构光投射器投射出去的散斑图都需要充满红外接收相机的视场（红外接收相机成像中无散斑图的地方无法正常计算出对应位置处物体的深度信息），这样将导致结构光投射器投射出去的光斑很大一部分未被红外接收相机采集到，并未参与深度成像，为无效光斑，无效光斑区域的增加直接导致结构光投射器功耗增加，影响系统最大可测量距离。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提供一种结构光投射器，旨在解决目前结构光投射器投射的光斑形成无效光斑的区域较大，导致结构光投射器功耗增加，影响系统最大可测量距离的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的一种结构光投射器，包括：光源，用于发射光线；以及光学元件，包括：基材；准直微结构面，设于所述基材的表面，用于准直所述光线；衍射微结构面，设于所述基材的表面，用于扩散所述光线以使光线形成目标光场并在目标物体上形成散斑图，所述光源的光轴偏移所述准直微结构面的光轴，所述光线经过所述基材、准直微结构面和衍射微结构面后形成的所述散斑图的几何中心偏移所述准直微结构面和衍射微结构面两者的几何中轴；其中，所述光源的光轴与所述准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴重合。
[0006]可选地，所述光源的发光面设于所述准直微结构面的物方焦平面处，所述准直微结构面的光轴偏移所述准直微结构面的几何中轴，所述光源的光轴与所述衍射微结构面的
光轴重合。
[0007]可选地，所述准直微结构面采用矩形结构，采用一整体微结构面作为得到所述准直微结构面的基础面，通过光源在所述基础面上形成的实际成像光斑以及所述光源的光轴与所述准直微结构面光轴的偏移量得到矩形结构的所述准直微结构面。
[0008]可选地，所述衍射微结构面采用矩形结构，并设有通过标量设计得到的衍射微结构相位面。
[0009]可选地，所述衍射微结构相位面的相位分布为随机分布。
[0010]可选地，所述衍射微结构面包括多块单位微结构，所述目标光场包括多块单位光场；针对每一所述单位光场并利用标量设计分别得到对应的每一所述单位微结构的相位分布；或，多块所述单位光场设有同样的撒斑点分布，以使多块所述单位微结构对应的相位分布基本一致；所述单位微结构的相位分布拼接得到整个所述衍射微结构面的相位分布。
[0011]可选地，所述准直微结构面和所述衍射微结构面分别位于所述基材的两侧或同一侧，或，所述准直微结构面和所述衍射微结构面集成于所述基材的同一侧形成集成微结构面。
[0012]本专利技术还提出一种3D结构光模组，包括结构光投射器和红外接收相机，所述结构光投射器用于向目标物体投射结构光斑图，所述红外接收相机接收目标物体反射的光成散斑红外图，其中，所述结构光投射器采用如以上所述的结构光投射器。
[0013]可选地，所述红外接收相机包括：红外接收芯片、红外窄带滤光片以及红外成像透镜，目标物体反射的光束经所述红外成像透镜聚焦后通过所述红外窄带滤光片并在所述红外接收芯片上成像；其中，所述红外接收芯片的光轴与所述红外成像透镜和所述红外窄带滤光片的几何中轴重合，所述红外成像透镜的光轴偏移所述红外成像透镜的几何中轴。
[0014]可选地，所述红外成像透镜具有成像畸变结构特征，所述结构光投射器投射的结构光斑图具有发射畸变结构特征，所述成像畸变结构特征与发射畸变结构特征相互补偿。
[0015]本专利技术技术方案通过采用光学元件对光源发射的光线进行准直和扩散使光线在目标物体上形成散斑图，光源的光轴偏移准直微结构面的光轴，光线经过基材、准直微结构面和衍射微结构面后，使形成的散斑图的几何中心偏移准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴。这样，在成像距离范围区域内，结构光投射器能够增大投射的散斑区域与红外接收相机的接收视场的重合面积在整个投射散斑区域面积的占比，减小了无效光斑的区域。另外，本技术方案中光源的光轴与所述准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴重合，方便组装，不需要通过偏移激光光源来完成光斑偏移，能更大程度上减小衍射光学元件的设计尺寸，偏移的光斑能更多的被红外接收相机采集到，从而大大提高结构光投射器投射散斑的利用率。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0017]图1为现有典型的3D结构光模组的结构示意图；图2为现有典型的结构光投射器主要组成器件及光路示意图、最终投射出去的散斑示意图；图3为本专利技术提供的一种结构光投射器及光路示意图；图4为准直微结构面俯视图及侧视图；图5为准直微结构面最小尺寸确认示意图；图6为本专利技术提供的另一种结构光投射器及光路示意图；图7为图6中衍射光学元件的正视和侧视图；图8为现有典型的衍射光学元件的微结构面相位分布示意图；图9为本专利技术提供的一种使用标量设计得到的衍射微结构面的相位分布示意图；图10为本专利技术提供的一种使用标量设计得到的衍射准直一体化的衍射光学元件的正视和侧视图；图11为本专利技术提供的另一种使用标量设计得到的衍射微结构面的相位分布示意图；图12为本专利技术提供的又一种使用标量设计得到的衍射微结构面的相位分布示意图；图13为本专利技术提供的一种3D结构光模组的结构示意图；图14为本专利技术提供的另一种3D结构光模组的结构示意图；图15为现有典型的红外接收相机的结构及光路示意图；图16为本专利技术提供的一种红外接收相机的结构及光路示意图；图17为本专利技术提供的一种带枕形畸变的红外成像透镜成像示意图。
[0018]附图标号说明：
本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构光投射器，其特征在于，包括：光源，用于发射光线；以及光学元件，包括：基材；准直微结构面，设于所述基材的表面，用于准直所述光线；衍射微结构面，设于所述基材的表面，用于扩散所述光线以使光线形成目标光场并在目标物体上形成散斑图，所述光源的光轴偏移所述准直微结构面的光轴，所述光线经过所述基材、准直微结构面和衍射微结构面后形成的所述散斑图的几何中心偏移所述准直微结构面和衍射微结构面的几何中轴；其中，所述光源的光轴与所述准直微结构面和衍射微结构面两者的几何中轴重合。2.如权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述光源的发光面设于所述准直微结构面的物方焦平面处，所述准直微结构面的光轴偏移所述准直微结构面的几何中轴，所述光源的光轴与所述衍射微结构面的光轴重合。3.如权利要求2所述的结构光投射器，其特征在于，所述准直微结构面采用矩形结构，采用一整体微结构面作为得到所述准直微结构面的基础面，通过光源在所述基础面上形成的实际成像光斑以及所述光源的光轴与所述准直微结构面光轴的偏移量得到矩形结构的所述准直微结构面。4.如权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述衍射微结构面采用矩形结构，并设有通过标量设计得到的衍射微结构相位面。5.如权利要求4所述的结构光投射器，其特征在于，所述衍射微结构相位面的相位分布为随机分布。6.如权利要求4所述的结构光投射器，其特征在于，所述衍射微结构面包括多块单位微结构，所述目标光场包括多块单位光场；针对...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安，张莉萍，陈驰，鲁亚东，
申请(专利权)人：深圳市安思疆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：