[发明专利]空间结构光发射装置

说明书

本发明公开了一种空间结构光发射装置，将扩展光源与衍射光学元件结合在一起，对衍射光学元件结构参数进行了优化设计，形成了一种基于宽角度入射光的空间结构光发射装置，其中，扩展光源发出宽角度入射光，衍射光学元件在传统衍射光学元件设计的基础上，加入了针对入射角变换的设计约束，使得衍射光学元件适用宽角度入射光也能够达到所需结构光的效果需求。相比传统单点光源，本发明扩展光源的发光面积比单点光源的发光面积大得多，结构更加紧凑，大大减小了器件尺寸。相比阵列光源，扩展光源在与衍射光学元件平行的平面没有方向性，能够降低生产的要求，增大容差，且成本更低。

技术领域

本发明涉及一种结构光投影技术领域，具体是涉及一种新型的空间结构光发射装置。

背景技术

利用衍射光学元件(DOE)进行光束整形，可以高效地产生均匀光或结构光场。在照明或三维重建领域具有重要应用。比如，参见专利文献CN205002744U，衍射光学元件(达曼光栅或类似元件)可作为分束器，用于光学投影仪，其产生并投影基线图案的多个复本到物体或景物上。多个复本相对于彼此有角度地偏移并且彼此重叠。作为结果的光点图案，其包括基线图案的多个复本的叠加，在这里称作合成图案。多个复本之间的重叠，合成图案的间距或密度比基线图案的高。而且，合成图案的间距或密度不再受VCSEL之间的物理距离以及受投影透镜的焦距所限制。再比如，在消费电子产品中，利用衍射光学元件产生结构光的方案还可以大大减小模组尺寸。

目前，利用衍射光学元件产生空间结构光的光电器件，通常包括光源和衍射光学元件，根据光源类型的不同，目前光电器件有如下两类：

1)基于单点光源的光电器件，其中光源为单点光源，设计时要求衍射光学元件(DOE，比如达曼光栅)与单点光源的距离要足够远，以保证单点光源在DOE上的照射面积足够大(因为实际应用中这个照射面积是有一定大小要求的，大约几毫米)，这就导致了整体光电器件比较长。

2)基于阵列光源的光电器件，其中光源为点光源组成的阵列，阵列光源到DOE的距离可以很近，一定程度上减小了光电器件尺寸，这是因为，虽然组成陈列的每一个点光源在DOE上的照射面积很小，但是很多点光源的照射面积拼接起来，能够满足照射面积的使用要求。但是，阵列光源中各光源具有一定的排布方向，而DOE比如达曼光栅是一种二维结构，也是有方向性的，因此，这种技术方案中阵列光源与达曼光栅要满足一定的方位角的排布要求，这就增加了生产的难度，加工精度也会降低产品的性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种结构紧凑、成本低廉、安装简单的空间结构光发射装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种空间结构光发射装置，包括扩展光源和衍射光学元件，所述扩展光源发出宽角度入射光，所述衍射光学元件对所述扩展光源发出的宽角度入射光进行变换整形成需要的空间结构光。

进一步的，还包括投影镜头，所述投影镜头设置在所述衍射光学元件与所述扩展光源之间，或所述投影镜头设置在所述衍射光学元件背向所述扩展光源的一侧，或所述投影镜头与所述衍射光学元件结合为一整体结构。

进一步的，所述扩展光源贴装到一基底上，所述基底与所述衍射光学元件之间，所述衍射光学元件与所述投影镜头之间均通过间隔层相连，胶合在一起，所述扩展光源、所述衍射光学元件、所述投影镜头与所述间隔层包围的空间内为真空。

进一步的，所述衍射光学元件为达曼光栅，所述扩展光源为LED面光源或OLED面光源，或主要由点光源与光均匀板构成的组合面光源，或主要由点光源阵列与光均匀板构成的组合面光源，所述光均匀板一面内侧为入射面全反射区，该面外侧具有入射面扩束区，相对的另一面内侧为出射面部分出射区，点光源或点光源阵列的出射光经所述入射面扩束区、所述入射面全反射区及所述出射面部分出射区后射出。

进一步的，所述组合面光源主要由单个VCSEL或单个LED点光源与所述光均匀板构成。