[發明專利]一種結構光投影模組和深度相機

有效

• 申請號: 201810245779.1
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108594455B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 許星
• 申請（專利權）人: 深圳奧比中光科技有限公司
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42
• 代理公司: 44223 深圳新創友知識產權代理有限公司
• 代理人: 程丹

本發明提供一種結構光投影模組及深度相機，該結構光投影模組包括：光源陣列，包括以二維圖案形式排列的多個子光源，用于發射與所述二維圖案相對應的陣列光束；透鏡，接收并匯聚所述陣列光束；衍射光學元件，接收經所述透鏡匯聚后出射的所述陣列光束，并投射出結構光斑點圖案化光束；其中，所述結構光斑點圖案由多個與所述二維圖案對應的斑點塊平鋪排列而成，所述斑點塊由所述多個子光源經衍射光學元件衍射后形成的相同衍射級數的斑點組成，所述斑點塊的邊緣為非直線且相互耦合。該結構光斑點圖案具有非常高的不相關性，同時提高了相鄰子斑點圖案連接處斑點分布的隨機性；密度分布、不相關度等關鍵指標實現了很好的統一。

技術領域

本發明涉及一種結構光投影模組和深度相機。

背景技術

3D成像技術是新一代人機交互技術的核心，隨著移動終端設備對3D成像技術的硬性需求，深度相機將會被廣泛應用于移動終端設備中，這也使得深度相機正朝著低功耗、高性能、小體積的方向發展。

結構光投影模組是基于結構光技術的深度相機中的核心設備，其主要利用光源發射出光束并經由光學元件調制后向外發射出結構光圖案，結構光投影模組的大小、耗能以及性能決定了深度相機的體積、功耗以及性能。結構光斑點(散斑)圖案是目前應用比較廣泛和成熟的投影方案，其原理主要是利用激光光源、透鏡以及衍射光學元件(DOE)，其中DOE可以將入射的光束進行分束以產生特定分布的斑點圖案化光束向外發射。

結構光斑點圖案的強度、分布形式等因素會影響到深度圖像的計算精度以及視場角。強度越高會提高圖案的對比度從而提高計算精度，然而衍射光學元件的零級衍射問題要求強度不能過高以避免發生激光安全問題，專利文獻CN2008801199119中提出了利用雙片DOE來解決零級衍射問題。激光斑點圖案的分布形式，比如密度分布、不相關度(隨機性)等也會影響到計算精度。另外，人們也期望以更少的功耗來實現更大視野的投影，比如采用數量較少的光源來產生盡可能大的投影區域結構光圖案。

然而，目前的方案中難以在結構光投影模組的功耗、投影圖案的密度分布、不相關度等關鍵指標上實現較好的統一。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，為解決以上問題中的一個或多個，提供一種結構光投影模組和具有該結構光投影模組的深度相機。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種結構光投影模組，包括：光源陣列，包括以二維圖案形式排列的多個子光源，用于發射與所述二維圖案相對應的陣列光束；透鏡，接收并匯聚所述陣列光束；衍射光學元件，接收經所述透鏡匯聚后出射的所述陣列光束，并投射出結構光斑點圖案化光束；其中，所述結構光斑點圖案由多個與所述二維圖案對應的斑點塊平鋪排列而成，所述斑點塊由所述多個子光源經衍射光學元件衍射后形成的相同衍射級數的斑點組成，所述斑點塊的邊緣為非直線且相互耦合。

在一些實施例中，所述二維圖案為不規則排列圖案。所述子斑點圖案中斑點排列形式為規則排列。所述結構光斑點圖案中多個所述斑點塊的排列形式與所述子斑點圖案中斑點排列形式相對應。

在一些實施例中，相鄰的所述斑點塊邊緣之間鄰接。在另一些實施例中，相鄰的所述斑點塊邊緣之間有間隙。

在一些實施例中，所述光源陣列還包括襯底，所述多個子光源被配置在所述襯底上；所述子光源為垂直腔面激光發射器。

在一些實施例中，所述光源陣列包括可獨立控制的多個子光源陣列，對所述多個子光源陣列進行單獨或整體控制以產生多個密度分布不同的所述結構光斑點圖案。

本發明還提供一種深度相機，包括如上所述的結構光投影模組，用于向空間中投射結構光圖案；采集模組，用于獲取所述結構光圖案；處理器，接收所述結構光圖案并計算出深度圖像。