[发明专利]一种3D投射器准直镜的设计方法

说明书

本发明适用于3D视觉技术领域，提供了一种3D投射器准直镜的设计方法，包括：在现有的准直镜设计中的成像圆的基础上，增加一个收光圆的概念，所述成像圆只需包含第一激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对成像圆范围内的物点有成像质量要求，所述收光圆只需包含第二激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对收光圆范围内的物点无成像质量要求，只需要此范围内的物点发出的光束能全部通过准直镜的系统出射即可。本方法在现有准直镜设计中成像圆的基础上，提出了收光圆的概念，可有效的降低准直镜的设计难度，同时考虑到3D投射器系统中第二激光光源下垫高片对设计收光圆尺寸的影响，进一步降低了设计准直镜的难度。

技术领域

本发明属于3D视觉技术领域，尤其涉及一种3D投射器准直镜的设计方法。

背景技术

3D视觉技术较2D视觉技术可以获取物体的深度信息，随着人工智能、自动驾驶、AR/VR时代的到来，3D视觉将会有更加广泛的应用场景，有望真正成为机器或智能手机的眼睛，使它们能够更准确地感知环境，识别使用者。

3D视觉技术以结构光和时间飞行技术为主流，而结构光和飞行技术系统中的核心部件是投射器，结构光投射器发出带特定编码特征的光斑，投射在物体上，基于三角测量原理，可以解析出物体的深度信息；飞行技术中的投射器目前多数以红外泛光照明为主流，发出均匀红外光投射在物体上，计算光束发出到接收的时间差，从而得到物体的深度信息；将结构光和泛光照明合置在一颗投射器上，可以将两种测距技术集成在一个系统上。

CN202110459066.7公开的图5中投射器中包含：第一激光光源、第二激光光源、准直镜、DOE，第一激光光源位于准直镜的焦平面，不同光点发出的光束经准直镜准直成平行光束，到达DOE后复制并扩束为视场角更大的散斑图(散斑光点清晰成像)；第二激光光源位于准直镜的虚焦平面，不同光点发出的光束经过准直镜折射为发散光束，到达DOE后复制并扩束为视场角更大的均匀红外图(散斑光点弥散，相邻的光点光斑重叠在一起)，两颗激光光源之间存在一定的高度差。相比投射器中只有一颗激光光源的系统，该系统准直镜设计对应的成像圆大小由原来只需要包含一颗激光光源的发光尺寸变成需要包含两颗激光光源的发光尺寸，成像圆尺寸大大增加，而实际设计中为尽量压缩模组的尺寸，准直镜的光学总长(第一镜面中心到物方焦平面之间的距离)要尽量做小，这样大成像圆、低光学总长的要求使得准直镜的设计难度大大提高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种3D投射器准直镜的设计方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种3D投射器准直镜的设计方法，其特征在于，包括：在现有的准直镜设计中的成像圆的基础上，增加一个收光圆的概念，所述成像圆只需包含第一激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对成像圆范围内的物点有成像质量要求，所述收光圆只需包含第二激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对收光圆范围内的物点无成像质量要求，只需要此范围内的物点发出的光束能全部通过准直镜的系统出射即可。

进一步的技术方案，包括以下步骤：

步骤1：在第二激光光源的一侧设置垫高片，使得第一激光光源和第二激光光源产生高度差，且保证第一激光光源在准直镜的焦平面，第二激光光源在准直镜的虚焦平面；

步骤2：根据第一激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜成像圆的大小；

步骤3：根据第二激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜收光圆的大小，通过设置成像圆和收光圆设计的权重来降低低光学总长准直镜的设计难度，使得准直镜尺寸能做得更小。

进一步的技术方案，所述第一激光光源用于发射结构光，所述第一激光光源为VCSEL(垂直腔面发射激光器)、EEL(边发射激光器)或HCSEL(水平腔面发射激光器)，且所述第一激光光源的波长为红外波段，所述第一激光光源上分布有多个随机排布的点阵。