[实用新型]结构光发生器和深度数据测量头

说明书

本实用新型公开了一种结构光发生器及深度数据测量头和测量装置。该结构光发生器包括：发光元件，包括一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，所述阵列中的VCSEL各自发射激光，并且各自发射的所述激光组成所述阵列发出的图案光；布置在所述图案光的出射光路上的准直元件，用于准直所述图案光中的每一个光束；以及布置在经准直光路上的衍射光学元件(DOE)，用于复制所述图案光中的经准直的图案以生成用于投射的结构光。本实用新型的结构光发生器通过VCSEL阵列与单个准直元件的恰当配合，实现单个元件对VCSEL阵列发射的图案光的直接准直。经准直的图案可以由DOE直接进行复制和投射。由此，能够在简化准直元件和DOE制造工艺的同时，提供高精度的投射结构光，例如，离散光斑。

技术领域

本实用新型涉及激光发射装置，尤其涉及一种结构光发生器和深度数据测量头。

背景技术

传统的图像拍摄方法只能获得物体的二维信息，无法得到物体的空间深度信息(亦称景深信息)，但实际上物体表面的空间深度信息，尤其是深度信息的实时获取在各种工业、生活及娱乐应用中都起着至关重要的作用。

目前，有一种基于结构光检测的三维测量方法能够实时地对物体表面进行三维测量。基于结构光检测的三维测量方法是一种能够对运动物体表面进行实时三维检测的方法。简单地说，该测量方法首先向自然体表面投射带有编码信息的激光纹理图案，例如离散化的散斑图，由另一位置相对固定的图像采集装置对激光纹理进行连续采集，处理单元将采集的激光纹理图案与预先存储在存储器内的已知纵深距离的参考面纹理图案进行比较，根据所采集到的纹理图案和已知的参考纹理图案之间的差异，计算出投射在自然体表面的各个激光纹理序列片段的纵深距离，并进一步测量得出待测物表面的三维数据。基于结构光检测的三维测量方法采用并行图像处理的方法，因此能够对运动物体进行实时检测，具有能够快速、准确进行三维测量的优点，特别适用于对实时测量要求较高的使用环境。

随着技术的发展和消费需求的激增，越来越多的便携式移动设备(例如，智能电话等)期望并入上述三维测量功能。但现有技术中缺乏能够满足移动设备小型化和低功耗要求的结构光发生装置。

实用新型内容

为了解决上述至少一个问题，本实用新型提出了一种新型结构光发生器和深度数据测量头。该结构光发生器通过垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列与单个准直元件的恰当配合，能够实现单个元件对VCSEL阵列发射的图案光的直接准直。经准直的图案可以直接由衍射光学元件(DOE)进行复制和投射。由此，能够在简化准直元件和DOE制造工艺的同时，提供高精度的投射结构光，例如，离散光斑。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种结构光发生器，包括：发光元件，包括一个垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，所述阵列中的VCSEL各自发射激光，并且各自发射的所述激光组成所述阵列发出的图案光；布置在所述图案光的出射光路上的准直元件，用于准直所述图案光中的每一个光束；以及布置在经准直光路上的衍射光学元件，用于复制所述图案光中的经准直的图案以生成用于投射的结构光。

可选地，各自发射的所述激光组成与发射激光的VCSEL的布置一致的离散光斑图案。

可选地，各自发射的所述激光在入射所述准直元件时互不交叠。

可选地，所述阵列的激光出射平面与所述准直元件的入射平面平行，并且所述阵列的中心与所述准直元件的光轴对齐。

可选地，所述准直元件是平凸透镜。

可选地，在等于或小于所述准直元件的有效焦距处设置所述衍射光学元件。

可选地，所述阵列中所有VCSEL和/或被点亮的VCSEL组成的图案与所述衍射光学元件用于复制的图案一致。

可选地，所述阵列中的VCSEL呈矩阵排列或随机排列。

可选地，该结构光发生器还包括：布置在所述发光元件和所述准直元件之间的盖体玻璃，所述盖体玻璃用于保护所述发光元件。