[发明专利]含有菲涅尔透镜的激光投影装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，特别是涉及一种激光投影装置。

背景技术

激光投影装置被应用于各个领域。例如，基于光学的三维测量领域，激光投影装置可用于向目标空间发射编码或结构化的光学图案，实现对目标空间的标定，为后期三维测量提供准备工作。激光投影装置一般由基底、光源、控制器、准直单元、衍射光学元件组成，其中准直单元可以是单个透镜，也可以是由多个透镜组合构成。

准直单元作为激光投影装置的重要组成部分，直接影响到激光投影装置的体积和性能。一般准直单元采用球面透镜作为准直透镜，该类透镜是由透明度高、质地均匀、折光能力强的光学玻璃经过精密打磨、抛光制作而成，其制作工艺复杂，成本较高。此外，该类透镜因其球面结构，存在无法完全消除的球面像差，并且透镜的光圈越大，球面像差越严重。由于球面像差的存在，光源发射的光束经准直单元后，其品质会有不同程度的下降。现有技术中，可以用透镜组或树脂非球面透镜替代球面透镜，以减小球面像差的影响。由透镜组构成的准直单元，虽然可以减小球面像差的影响，但是其占用了较大的体积，并且成本进一步提高。由树脂非球面透镜构成的准直单元，虽然可以降低加工成本，但是该透镜的热膨胀系数高，导热性差，软化温度低，容易变形。随着深度相机以及移动设备的发展，激光投影装置将向越来越小的体积以及越来越高的性能不断进化，当前的准直单元的体积、成本及性能都不理想。

发明内容

为了解决如何提高激光投影装置中的光束质量的技术问题，本发明提出一种激光投影装置及采用该激光投影装置的深度相机。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本发明提出的解决方案包括激光投影装置及深度相机。

本发明提出的激光投影装置包括光源、准直单元、衍射光学元件；其中，所述光源用于发射激光；所述准直单元用于聚焦光源发射的激光，以便向所述衍射光学元件投射平行光束；所述衍射光学元件用于将所述平行光束进行扩束并发散为激光图案；所述准直单元包括多片菲涅尔透镜的组合或普通透镜与至少一片菲涅尔透镜的组合。其中，所述普通透镜包括凸透镜、凹透镜和微透镜阵列中的一种或多种。采用菲涅尔透镜与凸透镜组合的方式时，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜后焦点位置的右侧。此外，采用菲涅尔透镜与凸透镜的组合的另一实施方式，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凸透镜前焦点位置与所述光源位置的左侧。另外，采用菲涅尔透镜与凹透镜组合的方式时，优选地，沿激光束投射方向，所述菲涅尔透镜的主焦点位置位于所述凹透镜的前虚焦点位置的右侧。

在上述激光投影装置中，所述光源包括至少两个发光元件，所述发光元件可以包括边发射激光器或垂直腔面发射激光器。其中，所述微透镜阵列的微透镜单元与所述发光元件成一一对应的关系。为了实现对所述发光元件的控制，所述激光投影装置还可以包括控制器，所述控制器用来控制所述发光元件的发光状态。另外，上述激光图案包括均匀分布但不相关的随机散斑图案。

在本发明中，还提出一种采用上述激光投影装置的深度相机，包括图像采集上述激光投影装置，用于向目标空间投射激光图案；图像采集装置，用于采集所述激光图案；RGB相机，用于实时捕捉目标空间的彩色图像；处理器，与所述图像采集装置、所述RGB相机及所述激光投影装置连接，所述处理器用于处理所述激光图案和所述彩色图像以获得目标物体的彩色深度图像。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：通过光源发射激光，激光首先通过准直单元的菲涅尔透镜或普通透镜之后的激光束存在由球面透镜带来的球面像差，之后激光束继续通过准直单元的菲涅尔透镜，最终消除了球面透镜带来的球面像差，通过准直单元的激光束以平行光束射向衍射光学元件，经过衍射光学元件将平行光束进行扩束并发散为激光图案，通过消除球面像差提高了光束亮度的均匀性，提高了光束质量。

附图说明

图1是菲涅尔透镜的俯视图。

图2是菲涅尔透镜的剖面图。

图3是本发明一种实施例的激光投影装置结构示意图。

图4是本发明一种实施例的激光投影装置结构示意图。

图5是本发明一种实施例的激光投影装置结构示意图。

图6是本发明一种实施例的激光投影装置结构示意图。

图7是本发明一种实施例的激光投影装置结构示意图。

图8是本发明一种实施例的深度相机结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。