[发明专利]结构光投影模组

说明书

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种结构光投影模组。

背景技术

结构光深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果，微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。

结构光深度相机中的核心部件是其投影模组，按照深度相机种类的不同，激光投影模组的结构与功能也有区别，比如专利CN201610977172A中所公开的投影模组用于向空间中投射散斑图案以实现结构光深度测量，这种散斑结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。对于散斑而言，最大的特点就是其高度的不相关性，即需要产生随机散斑，在已有的结构光深度相机中普遍采用两种方案来实现散斑结构光的投射。一种是采用单光源(边发射激光器)加衍射光学元件(DOE)；另一种是采用多光源(VCSEL阵列)加DOE的组合。后一种由于光源本身具有功率高、体积小等特点将会逐步取代前一种方案。由于需要考虑散斑结构光的随机性，采用的VCSEL光源需要不规则排列，因此这种光源往往需要特别定制，由此增加了成本及研发难度。

发明内容

本发明提出一种结构光投影模组，在实现结构光图案的不相关性同时能有效降低定制成本及研发难度。

为此，本发明提供的结构光投影模组，包括：VCSEL阵列，所述VCSEL阵列包括在半导体基底上以二维规则图案排列的垂直腔面发射激光器(VCSEL)，用于发射具有所述二维规则图案的第一光束；不规则图案生成器，用于接收第一光束，并发射具有不规则图案的第二光束；透镜，用于接收并汇聚所述第二光束；结构光图案生成器，接收经透镜汇聚后的所述第二光束，并向外发射多个至少部分相互重叠的所述第二光束。

在另一实施例中，模组还包括微透镜阵列，被设置在不规则图案生成器与透镜之间，微透镜阵列包含与所述第二光束数量相同且一一对应的微透镜单元，通过微透镜阵列和透镜的二次成像，放大倍数会有所降低，从而最终发射出的结构光图案中子光束会更加集中。

本发明还提供一种深度相机，包括如上所述的结构光投影模组，用于向目标空间中投影结构化光束图像；图像采集装置，用于采集目标空间中的所述结构化光束图像；处理器，接收由所述图像采集装置采集的结构化光束图像并根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像。所述根据所述结构化光束图像生成所述目标空间的深度图像指的是利用匹配算法计算所述结构化光束图像与参考光束图像之间的偏离值，根据所述偏离值计算出所述深度图像。

本发明的有益效果：通过不规则图案生成器将VCSEL阵列发射的二维规则图案形成为不规则的图案，实现结构光图案的不相关性，同时因VCSEL阵列是以二维规则图案排列，克服了VCSEL光源阵列不规则排列需要特别定的高成本问题。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中基于结构光的深度相机侧面示意图。

图2为本发明一种实施方式中结构光投影模组的侧视图。

图3为本发明一种实施方式中VCSEL芯片的示意图。

图4为本发明一种实施方式中第二光束的示意图。

图5为本发明一种实施方式中第二光束的示意图。

图6为本发明一种实施方式中第二光束的示意图。

图7为本发明一种实施方式中第二光束的示意图。

图8为本发明一种实施方式中结构光投影模组的侧视图。

图9a为本发明一种实施方式中微透镜阵列的示意图。

图9b为本发明一种实施方式中微透镜阵列的示意图。

图9c为本发明一种实施方式中微透镜阵列的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。