[實(shí)用新型]用于3D成像的激光陣列、設(shè)備及激光投影裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720489039.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207134608U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王兆民;閆敏;許星
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳奧比中光科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/42
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/42;G03B15/02;G03B35/00
• 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

本實(shí)用新型涉及光學(xué)及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于3D成像的激光陣列、設(shè)備及激光投影裝置。

背景技術(shù)

3D成像特別是應(yīng)用于消費(fèi)領(lǐng)域中的3D成像技術(shù)將不斷沖擊甚至取代傳統(tǒng)的2D成像技術(shù)，3D成像技術(shù)除了擁有對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行2D成像能力之外還可以獲取目標(biāo)物體的深度信息，根據(jù)深度信息可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)3D掃描、場(chǎng)景建模、手勢(shì)交互等功能。深度相機(jī)特別是結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)或TOF(時(shí)間飛行)深度相機(jī)是目前普遍被用來(lái)3D成像的硬件設(shè)備。

深度相機(jī)中的核心部件是激光投影模組，按照深度相機(jī)種類(lèi)的不同，激光投影模組的結(jié)構(gòu)與功能也有區(qū)別，比如現(xiàn)有技術(shù)中所公開(kāi)的投影模組用于向空間中投射斑點(diǎn)圖案以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光深度測(cè)量，這種斑點(diǎn)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。隨著深度相機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，光學(xué)投影模組將向越來(lái)越小的體積以及越來(lái)越高的性能上不斷進(jìn)化。

采用VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)陣列光源的深度相機(jī)因?yàn)榫哂畜w積小、功率大、光束集中等優(yōu)點(diǎn)將會(huì)取代邊發(fā)射激光發(fā)射器光源，VCSEL陣列的特點(diǎn)是在一個(gè)極其小的基地上通過(guò)布置多個(gè)VCSEL光源的方式來(lái)進(jìn)行激光投影，比如在5mmx5mm的半導(dǎo)體襯底上布置100個(gè)VCSEL光源。對(duì)于結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)而言，其激光投影模組向外投射的斑點(diǎn)圖案要求具有極高的不相關(guān)性，這一要求增加了VCSEL陣列上光源排列的設(shè)計(jì)難度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決用于3D成像的VCSEL光源的不相關(guān)性低的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種用于3D成像的激光陣列、設(shè)備及激光投影裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決：本實(shí)用新型的解決方案包括用于3D成像的激光陣列、用于3D成像的激光陣列的圖案設(shè)計(jì)方法、激光投影裝置及3D成像設(shè)備。所述用于3D成像的激光陣列，包括：在半導(dǎo)體襯底上以二維陣列形式排列的多個(gè)VCSEL光源；所述二維陣列包括多個(gè)子陣列，所述子陣列共用同一個(gè)圓心。在某些實(shí)施例中，所述子陣列分布的區(qū)域一般包括扇形區(qū)域和/或環(huán)形區(qū)域。在另一些實(shí)施例中，二維陣列包括由所述子陣列通過(guò)同一個(gè)中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到其他區(qū)域后在該區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制的子陣列。二維陣列包括了多個(gè)子陣列，其中，相鄰的兩個(gè)子陣列之間一般包括：部分相互重疊、存在無(wú)所述VCSEL光源的間隔區(qū)域、邊緣重合的一種或多種情況。

在又一些實(shí)施例中，所述子陣列數(shù)量不小于2時(shí)，所述子陣列之間大小、分布區(qū)域形狀、旋轉(zhuǎn)角度三方面中的至少一個(gè)方面不同。

另外，所述子陣列中VCSEL光源的排列優(yōu)選為不規(guī)則圖案。

考慮到光源數(shù)量及子陣列的圓心角的影響，經(jīng)過(guò)研究得出，所述子陣列中VCSEL光源的數(shù)量不超過(guò)24，所述二維陣列中VCSEL光源的數(shù)量不超過(guò)576；所述子陣列的圓心角包括15^o、30^o、45^o、60^o、90^o或120^o。

另外，本實(shí)用新型所提出的激光投影裝置，包括：

上述任一所述的激光陣列；

透鏡，用于接收且匯聚由所述激光陣列發(fā)射的光束；

斑點(diǎn)圖案生成器，用于將所述光束進(jìn)行分束后向空間中發(fā)射斑點(diǎn)圖案光束；

所述透鏡最好為單個(gè)透鏡、微透鏡陣列中的一種或組合；所述斑點(diǎn)圖案生成器最好為微透鏡陣列、衍射光學(xué)元件、光柵中的一種或組合。

此外，本實(shí)用新型所提出的3D成像設(shè)備，包括：

上述任一所述的激光投影裝置，用于向空間中發(fā)射結(jié)構(gòu)光圖案光束；

圖像采集裝置，用于采集由所述結(jié)構(gòu)光圖案光束照射在目標(biāo)物體上所形成的結(jié)構(gòu)光圖像；

處理器，接收所述結(jié)構(gòu)光圖像并根據(jù)三角法原理計(jì)算出所述目標(biāo)物體的深度圖像。其中：

所述三角法原理指的是利用匹配算法計(jì)算所述結(jié)構(gòu)光圖像與參考圖像之間的偏離值，根據(jù)所述偏離值計(jì)算出所述深度圖像。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果包括：多個(gè)VCSEL光源以二維陣列的形式排列在所述半導(dǎo)體襯底上，其中，所述二維陣列包括多個(gè)子陣列，所述子陣列共用同一個(gè)圓心，共用同一個(gè)圓心的子陣列構(gòu)成的二維陣列的排布方式沿任一方向上(比如沿橫向方向x軸方向或縱向方向y軸方向)的包含了其他任何象限的子區(qū)域均具有不相關(guān)性，二維陣列對(duì)應(yīng)的是VCSEL光源的分布情況，從而分布在半導(dǎo)體襯底表面的VCSEL光源具有極高的不相關(guān)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)系統(tǒng)的側(cè)視圖。