[实用新型]一种转光三维成像装置及其投射装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学成像设备及其光投射设备，尤其涉及一种通过提供光转向元件从而改变从光源发出的光的投射路径，以减小其厚度并且便于安装的转光三维成像装置及其投射装置。

背景技术

在先进的电子设备领域，尤其是类似于手机等设备上集成了更多的功能，而电子设备上典型的输入、输出设备，也日渐从键盘、鼠标等单独设备集成到一体，从而更加多样化、立体化的设备也能集合到一个设备上。

正在日趋流行，也代表了未来趋势的一个做法，就是将原来的只是作为输入设备的摄像头成为一个更加具有广度和深度功能的设备。经过近十年的发展，基本上大多数的常见电子设备，尤其是手机、电视、电脑等，都已经配备了摄像头，而通过传统摄像头的功能能够实现一些摄像、捕捉简单动作等功能，也已经大大的方便了人们的生活。而未来的趋势则是，摄像头不仅仅是从一个平面上收集信号，而是实现三维立体成像，并进一步实现测量、制图等深度拓展功能。

市面上已经有一种相对成熟的立体成像技术——结构光技术。结构光技术是一种主动式光学测量方法。其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角测量法计算得到物体的三维坐标。结构光测量方法具有计算简单、体积相对较小、价格低、大盆程、便于安装和维护的特点，在实际三维轮廓测量中被广泛使用。

其常见的一种方式是通过投射装置作为光源投射出光线，光线透过特定的光栅图样，再经由一组镜头，投射装置发出的光线会投射到被测物体表面，而因为透过光栅图样标记的栅像会产生折射，栅像的相位和振幅受到物面高度的调制使栅像发生变形，而接收装置可以观察到由于受物体高度的调制而变形的栅像，这种栅像变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。这种变形的栅像被采集并通过处理器对其进行解调，得出相位信息，并根据三角测量法等算法被准确的算出特定的高度、深度信息。

具体的说明，首先，常见的投射装置的光源，主要为垂直腔面发射激光器、激光二极管、发光二极管等，这种光源发射器的主要特征集中在发射光线均匀、光功率足够强。

所述投射装置的光源发射出去的光线首先要经过一个光栅，光栅是一种可以使射入的光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制的光学元件。光栅每单位长度内的刻痕多少，主要取决于所分光的波长范围(两刻痕距离应与该波长数量级相近)，单位长度内的刻痕多，色散度越大。光栅的分辨性能取决于刻痕多少。通常所用的光栅，是采用了衍射效应对光进行调制的衍射光栅。光栅的设计与该三维成像装置后台算法相关联。

然后，经过光栅调制的光线投射到一组透镜上，该组透镜可以使经受光栅调制的光产生折射。常见的透镜是通过复式镜头的形式，将若干不同形式和功能的凸凹透镜组成一个会聚的透镜。但是由于透镜自身需要采用多个凸凹透镜组合的方式，空间体积，尤其是堆叠出来的厚度较大，对于现有的镜头模组来说，是整个镜头模组的厚度的重要部分。而光源、光栅以及透镜，三者总和形成的厚度较大，导致现有的三维成像装置无法向更加薄型化的方向发展，从而难于应用在追求轻薄化的手机、笔记本电脑和平板电脑等电子移动设备上。

经过该透镜汇聚后的经光栅调制的光线发射到外部，照射到目标物体表面产生反射，同时有一接收装置能够收集到该种产生了相位和振幅变化的经光栅调制的光信号，再经过一后台处理器的处理、解调等步骤，依据三角测量法等运算原理，能够测算出目标物体表现的多个点甚至运动的点的距离、高度信息，从而形成一个具有三维立体感的图像信息，并且可以将这些点的信息汇集到一张图像上，形成一个具有深度、高度等信息的立体的图像。