[發(fā)明專利]結(jié)構(gòu)光投影模組

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710322795.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN106990660A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳奧比中光科技有限公司
• 主分類號(hào): G03B21/20
• 分類號(hào): G03B21/20;G03B21/14
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)光投影模組。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)可以獲取目標(biāo)的深度信息借此實(shí)現(xiàn)3D掃描、場景建模、手勢(shì)交互，與目前被廣泛使用的RGB相機(jī)相比，深度相機(jī)正逐步受到各行各業(yè)的重視。例如利用深度相機(jī)與電視、電腦等結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)體感游戲以達(dá)到游戲健身二合一的效果，微軟的KINECT、奧比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango項(xiàng)目致力于將深度相機(jī)帶入移動(dòng)設(shè)備，如平板、手機(jī)，以此帶來完全顛覆的使用體驗(yàn)，比如可以實(shí)現(xiàn)非常真實(shí)的AR游戲體驗(yàn)，可以使用其進(jìn)行室內(nèi)地圖創(chuàng)建、導(dǎo)航等功能。

結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)中的核心部件是其投影模組，按照深度相機(jī)種類的不同，激光投影模組的結(jié)構(gòu)與功能也有區(qū)別，比如專利CN201610977172A中所公開的投影模組用于向空間中投射散斑圖案以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光深度測(cè)量，這種散斑結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)也是目前較為成熟且廣泛采用的方案。對(duì)于散斑而言，最大的特點(diǎn)就是其高度的不相關(guān)性，即需要產(chǎn)生隨機(jī)散斑，在已有的結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)中普遍采用兩種方案來實(shí)現(xiàn)散斑結(jié)構(gòu)光的投射。一種是采用單光源(邊發(fā)射激光器)加衍射光學(xué)元件(DOE)；另一種是采用多光源(VCSEL陣列)加DOE的組合。后一種由于光源本身具有功率高、體積小等特點(diǎn)將會(huì)逐步取代前一種方案。由于需要考慮散斑結(jié)構(gòu)光的隨機(jī)性，采用的VCSEL光源需要不規(guī)則排列，因此這種光源往往需要特別定制，由此增加了成本及研發(fā)難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)光投影模組，在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光圖案的不相關(guān)性同時(shí)能有效降低定制成本及研發(fā)難度。

為此，本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)光投影模組，包括：VCSEL陣列，所述VCSEL陣列包括在半導(dǎo)體基底上以二維規(guī)則圖案排列的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，用于發(fā)射具有所述二維規(guī)則圖案的第一光束；不規(guī)則圖案生成器，用于接收第一光束，并發(fā)射具有不規(guī)則圖案的第二光束；透鏡，用于接收并匯聚所述第二光束；結(jié)構(gòu)光圖案生成器，接收經(jīng)透鏡匯聚后的所述第二光束，并向外發(fā)射多個(gè)至少部分相互重疊的所述第二光束。

在另一實(shí)施例中，模組還包括微透鏡陣列，被設(shè)置在不規(guī)則圖案生成器與透鏡之間，微透鏡陣列包含與所述第二光束數(shù)量相同且一一對(duì)應(yīng)的微透鏡單元，通過微透鏡陣列和透鏡的二次成像，放大倍數(shù)會(huì)有所降低，從而最終發(fā)射出的結(jié)構(gòu)光圖案中子光束會(huì)更加集中。

本發(fā)明還提供一種深度相機(jī)，包括如上所述的結(jié)構(gòu)光投影模組，用于向目標(biāo)空間中投影結(jié)構(gòu)化光束圖像；圖像采集裝置，用于采集目標(biāo)空間中的所述結(jié)構(gòu)化光束圖像；處理器，接收由所述圖像采集裝置采集的結(jié)構(gòu)化光束圖像并根據(jù)所述結(jié)構(gòu)化光束圖像生成所述目標(biāo)空間的深度圖像。所述根據(jù)所述結(jié)構(gòu)化光束圖像生成所述目標(biāo)空間的深度圖像指的是利用匹配算法計(jì)算所述結(jié)構(gòu)化光束圖像與參考光束圖像之間的偏離值，根據(jù)所述偏離值計(jì)算出所述深度圖像。

本發(fā)明的有益效果：通過不規(guī)則圖案生成器將VCSEL陣列發(fā)射的二維規(guī)則圖案形成為不規(guī)則的圖案，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光圖案的不相關(guān)性，同時(shí)因VCSEL陣列是以二維規(guī)則圖案排列，克服了VCSEL光源陣列不規(guī)則排列需要特別定的高成本問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式中基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)側(cè)面示意圖。

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式中結(jié)構(gòu)光投影模組的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式中VCSEL芯片的示意圖。

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式中第二光束的示意圖。

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式中第二光束的示意圖。

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式中第二光束的示意圖。

圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式中第二光束的示意圖。

圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式中結(jié)構(gòu)光投影模組的側(cè)視圖。

圖9a為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列的示意圖。

圖9b為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列的示意圖。

圖9c為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。