CN107908064A - 结构光投影模组、深度相机及制造结构光投影模组的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种结构光投影模组、深度相机以及制造结构光投影模组的方法，该结构光投影模组包括：光源，包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束；透镜，接收并汇聚所述二维图案化光束；衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束。所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。本申请的结构光投影模组能够投影出具有较高不相关度的斑点图案。

Description

结构光投影模组、深度相机及制造结构光投影模组的方法

技术领域

本申请涉及一种结构光投影模组、深度相机及制造结构光投影模组的方法。

背景技术

3D成像技术是新一代人机交互技术的核心，随着移动终端设备对3D成像技术的硬性需求，深度相机将会被广泛应用于移动终端设备中，这也使得深度相机正朝着低功耗、高性能、小体积的方向发展。结构光投影模组是基于结构光技术的深度相机中的核心设备，其主要组成部分为光源以及衍射光学元件(DOE)。衍射光学元件(DOE)具有对光束进行调制的作用，比如将入射的光束进行分束以产生特定结构化图案的出射光束。一种典型的方案是通过激光发射器发射出单光束后经准直透镜以及衍射光学元件从而向外发射出激光斑点图案，该斑点图案被相应的相机采集后用来计算物体的深度图像。

激光斑点图案的强度、分布等因素会影响到深度图像的计算精度。强度越高会提高图案的对比度从而提高计算精度，然而衍射光学元件的零级衍射问题要求强度不能过高以避免发生激光安全问题，专利文献CN2008801199119中提出了利用双片DOE来解决零级衍射问题。激光斑点图案的分布密度以及不相关度也会影响到计算精度，斑点图案的不相关度可以通过对DOE进行设计以投影出不规则斑点图案来提高其不相关度。对于斑点图案的分布密度而言，密度的大小会影响到计算精度以及分辨率，更为重要的是，密度分布是否均匀将直接影响到整个视场中各个点的深度计算是否具有较为统一的精度，对于密度分布不均匀的斑点图案而言，在被空间中三维物体进一步调制后其分布不均匀程度将为加剧，导致最终的深度计算精度下降。

传统的边发射光源尽管能提供足够的光功率，但由于其发散角大、体积大、功耗高等特点，难以被应用到微型结构光投影模组中，而垂直腔面激光发射器(VCSEL)由于其体积小、发散角小、功耗低等特点将成为微型结构光投影模组中光源的主要选择。一般地，采用由多个VCSEL组成的VCSEL阵列芯片作为光源，其通过DOE扩散投影至目标空间以形成结构光图案，比如斑点图案，要求斑点图案具备随机性(不相关性)，同时尽可能的分布均匀，即斑点密度分布均匀以提高深度图像的计算精度。

导致斑点图案密度分布不均的原因有多种，一种是由于DOE自身衍射性质决定，即随着其衍射角度的增大(或者说衍射级的增加)，光斑的分布密度会逐渐降低；另一种是当光源由多个子光源组成时，DOE在将多个子光源进行同步衍射时，各个子光源所形成的子斑点图案共同排列容易导致密度分布不均。

采用VCSEL阵列芯片虽然有诸多好处，但不利之处在于，结构光投影模组投影出的斑点图案可以看成是每个VCSEL所投影的子斑点图案组合而成，组合的形式由VCSEL阵列芯片上各个子光源的排列方式决定，因此将VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案都设计成随机排列即能保证最终的斑点图案具备不相关性。然而，要想提高计算精度，即保证斑点密度分布均匀这方面而言，VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案的随机性都会降低最终投影的斑点图案的均匀性。

因此，如何既能保证斑点图案具备高度不相关性，同时保证斑点密度分布尽可能均匀是目前微型结构光投影模组设计所面临的问题。

发明内容

本申请的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构光投影模组、具有该结构光投影模组的深度相机及制造该结构光投影模组的方法。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种结构光投影模组，包括：光源，包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束；透镜，接收并汇聚所述二维图案化光束；衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束；所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。

在一些实施例中，所述多个像图案彼中的相邻的所述像图案之间的平均间距大于或等于所述像图案中斑点之间的平均间距。

在一些实施例中，相邻的所述像图案之间的平均间距是所述像图案中斑点之间平均间距的1至3倍。

在一些实施例中，所述光源为VCSEL阵列光源。

在一些实施例中，所述二维图案为不规则分布图案。

在一些实施例中，所述像图案与所述二维图案为中心对称关系。

在一些实施例中，所述斑点图案由与所述二维图案对应的多个像图案以不规则排列方式组成。

在一些实施例中，所述像图案与所述二维图案一致。

本申请还提供一种深度相机，包括：如上述所述的结构光投影模组，用于向目标投影出斑点图案化光束；采集模组，用于采集所述目标上的所述斑点图案；处理器，接收所述斑点图案并进行深度计算以获取所述目标的深度图像。

在一些实施例中，所述深度计算中在所述斑点图案中选取的匹配窗口尺寸不小于所述间隙尺寸。

在一些实施例中，所述结构投影模组与所述采集模组间的基线与所述像图案和/或所述斑点图案的任一边均不平行。

本申请还提供一种制造结构光投影模组的方法，包括：提供基板，所述基板的材料为铜或陶瓷；在所述基板上方设置光源，所述光源包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束；在所述基板上方设置透镜，以接收并汇聚所述二维图案化光束；在所述基板上方设置衍射光学元件，以接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束；其中所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。

在一些实施例中，所述多个像图案中的相邻的所述像图案之间的平均间距大于或等于所述像图案中斑点之间的平均间距。

在一些实施例中，所述相邻的所述像图案之间的平均间距是所述像图案中斑点之间平均间距的1至3倍。

在一些实施例中，所述光源为垂直腔面发射激光器VCSEL阵列光源。

在一些实施例中，所述二维图案为不规则分布图案。

在一些实施例中，所述像图案与所述二维图案为中心对称关系。

在一些实施例中，所述斑点图案由与所述二维图案对应的多个像图案以不规则排列方式组成。

本申请提供了一种结构光投影模组，投影出包括与其光源排列图案对应的多个像图案的斑点图案，相邻的像图案彼此处于间隔状态。与已有技术相比，本申请所投影出的斑点图案分布具有更高的不相关性，基于该结构光投影模组的深度相机可以实现高精度的三维测量。

附图说明

图1是基于结构光技术的深度相机的原理图。

图2是单光束经由DOE后形成斑点图案的示意图。

图3是根据本申请一个实施例的结构光投影模组的示意图，像图案361、362以及363之间没有重叠。

图4是根据本申请一个实施例的结构光投影模组的示意图，像图案461、462以及463之间有重叠。

图5是根据本申请一个实施例的结构光投影模组的示意图，透镜51为微透镜阵列。

图6是根据本申请一个实施例的像图案示意图，一个像图案由多个子光源对应的相同衍射级数的光斑构成。

图7是根据本申请一个实施例的由单束光入射到DOE后在距离为D的平面上形成的斑点图案，不同斑点代表不同的衍射级数。

图8是根据本申请一个实施例的将对应不同衍射级数的像图案的中心与图7中的各个斑点重合，由此形成最终斑点图案的示意图。

图9是根据本申请一个实施例的由单束光入射到DOE后在距离为D的平面上形成的斑点图案，斑点图案带有一定的随机性排列。

图10根据本申请一个实施例的将对应不同衍射级数的像图案的中心与图9中的各个斑点重合，由此形成最终斑点图案的示意图。

图11根据本申请一个实施例的具有规则间隙的斑点图案示意图。

图12根据本申请一个实施例的具有不规则间隙的斑点图案示意图。

图13根据本申请一个实施例的旋转斑点图案示意图。

图14是根据本申请实施例的制造结构光投影模组的方法的示意性流程图。

具体实施方式

以下对本申请的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本申请的范围及其应用。

图1是基于结构光技术的深度相机的原理图。深度相机包括结构光投影模组11以及采集模组12,结构光投影模组用于向空间投影区域A中投影结构光图案，采集模组用于采集其采集区域B内物体上的结构光图像，一般投影区域A不低于采集区域B，由此来保证采集模组对应的采集区域中的物体都能被结构光图案所覆盖。另外，深度相机还包括有处理器，用于接收由采集模组采集到的结构光图像，并对其进行深度计算以获取深度图像。

深度计算一般是将采集到的当前结构光图像与预先采集并保存的参考结构光图像进行匹配计算，以获取当前结构光图像中像素相对于参考结构光图像中对应像素的偏离值，基于偏离值就可以计算出深度值。多个像素的深度值就构成了深度图像。这里的偏离值一般指的是沿基线方向上的偏离值。因此一般要求结构光图像沿基线方向上有非常高的不相关性，防止出现误匹配现象。

在一个实施例中，结构光投影模组用于投影红外斑点图案，采集模组为对应的红外相机，处理器为专用的SOC芯片。当深度相机作为嵌入式装置集成到其他计算终端时，如电脑、平板、手机、电视、游戏机、物联网设备等，上面所述的处理器所实现的功能可以由终端内的处理器或应用来完成，比如将深度计算功能以软件模块形式存储在存储器中，被终端内的处理器调用从而实现深度计算。

结构光投影模组主要由VCSEL阵列芯片、透镜以及DOE组成，光源芯片被透镜汇聚后经由DOE调制后，向空间中发射结构光图案，比如斑点图案。

图2所示的是单光束经由DOE后形成斑点图案的示意图。光束21垂直入射到DOE22上，经衍射后向距离为D的平面上投射出斑点图案24，令DOE所在的平面为xoy平面，光轴所在方向为z向，这里假定结构光投影模组11与采集模组12之间的连线方向与x方向平行，在一些实施例中，基线方向可以为任意其他方向。斑点图案所形成的区域为23，该区域指的是可以包含所有斑点24的最小矩形区域23，矩形区域23的相邻边分别平行于x、y轴，每条边上至少有一个斑点，一般地，该斑点的衍射级数是沿着该方向的最高级数。以光轴所在的z轴为起点，分别与矩形区域四条边所成的夹角为θ_xa、θ_xb、θ_ya、θ_yb，以光轴为中心，这四个夹角可以用来表示DOE22的衍射发散角度，也定义了光束21通过DOE22后的衍射斑点图案区域23的角度范围。

斑点区域24内的各个斑点24的位置由衍射方程确定：

sinθ_x＝m_xλ/P_x (1)

sinθ_y＝m_xλ/P_y (2)

上述方程中，θ_x、θ_y分别指沿x、y方向上的衍射角度，m_x、m_x分别指沿x、y方向上的衍射级数，λ指光束21的波长，P_x、P_y分别指DOE22沿x、y方向上的周期，即基本单元的尺寸。

斑点图案24的排列方式取决于DOE各个衍射级光束的衍射角度，而衍射角度则由DOE本身的性能决定。

图2所示的是当光束垂直入射到DOE的情形，可以理解的是当光束以一定的角度入射时，衍射区域23会相对垂直入射时有所偏移；此外，当单光源用多个子光源取代时，如采用VCSEL阵列芯片时，所形成的衍射区域可以看成是由各个单光束所形成的子衍射区域的组合。

图3是根据本申请一个实施例的结构光投影模组的示意图。结构光投影模组包括由多个光源组成的阵列31(比如VCSEL阵列芯片)、透镜32以及DOE33。为了以示便利，在图中仅在一维x方向上画出了3个子光源(从图中自下向上分别为子光源1，子光源2和子光源3)，在实际的实施例中，光源数量可以达到几十甚至上万个，光源也可以以二维排列，排列形式可以为规则，也可以不规则，在以下的说明中，仅说明一维规则排列的情形，其他情形也适用于以下的说明。

光源31阵列发射出的光束可以形成与光源排列对应的图案化光束，该图案化光束经透镜32汇聚后入射到DOE33上，由DOE33向空间中投射斑点图案化光束，所述图案化光束入射到距离为D的平面上将会投影出斑点图案。这里的汇聚指的是透镜将一定发散角的入射光束经汇聚后以更小发散角的出射光束进行出射。子光源31的间距为n_x，子光源所在的区域大小为s_x，若为二维排列，则间距可以用n(n_x,n_y)来表示，同样地，子光源所在区域大小为s(s_x,s_y)，光源31与DOE33之间的距离为d，在一些实施例中，d近似等于透镜32的焦距。

透镜32可以是单透镜，也可以多个透镜组成的透镜组合，在一些实施例中用于准直光源31所发射的光束。

各个子光源可以采用非相关光源，在这种情况下，各个子光源相互之间干涉效应可以忽略，因此子光源1、2、3发射的光束经DOE33后分别形成了子斑点图案351、352以及353(图中以椭圆形虚线表示)，最终的斑点图案则由子斑点图案351、352以及353组合而成，在图3所示的实施例中，由于DOE33的衍射发散角较大，因此各个子斑点图案之间相互重叠，在一些实施例中，可以设置DOE33的衍射发散角来调整重叠程度，在图4所示的实施例中，各个子斑点图案451、452、453之间没有重叠。

在图3中，各个子斑点图案分别由3个斑点组成(仅作示意作用，实际可以有任意数量的斑点，且可以是二维分布)，分别对应-1、0、1级衍射光束。对于光栅衍射，当光源沿与光栅平面平行的方向移动时，其衍射光束也会随之移动，即光斑随之移动，且有如下关系:

T＝tD/d (3)

式中，t、T分别表示光源与衍射光斑的平移量。因此，某个子光源所形成的斑点图案可以看成是其他子光源经平移后形成的斑点图案，两个子斑点图案中对应级数的衍射光斑间的距离与这两个子光源的距离之间的关系由上式决定。

因此，多个子光源对应的相同衍射级数的光斑共同组成的区域(361、362以及363，图中以矩形虚线表示)的大小、区域内斑点的间距均可以通过下式计算出：

N_x＝n_xD/d (4)

S_x＝S_xD/d (5)

式中，S_x、N_x分别表示相同级数光斑组成的区域大小以及区域中斑点的间距。通过以上公式可知，该区域大小以及区域内斑点间距与光源31的大小及子光源的间距之间的关系与透镜针孔成像模型一致，因此，可以将区域361、362以及363看成是光源31所成的像。即，最终投影出的衍射光束是由多个光源发射的图案化光束组合而成，换句话说，最终在平面34上形成的斑点图案，是由多个光源排列图案的像图案组合而成。在图3中，像图案361、362以及363之间没有重叠。而在一些实施例中，像图案之间可以有重叠，比如图4所示的实施例中，像图案461、462以及463之间有重叠。像图案之间是否重叠的取决要素之一是相邻级数的衍射斑点之间的间距M_x，这一距离则由DOE本身的性能决定。可以理解的是，像图案与光源排列图案之间既可以是中心对称的成像关系，也可以通过对透镜的设计实现其他方式的成像关系，比如相同(例如像图案之间构成复制品(replica)的关系)、镜像(例如像图案之间构成轴对称的镜像品(mirror)的关系)、旋转(例如像图案之间有一定的旋转角度，如30度、45度、60度或者其他合适的角度)等。

在图3、图4所示的实施例中，光源分布在透镜光轴附近，因此，远离光轴的子光源经透镜汇聚后其光束中心将不再与光轴平行。这一偏离将会使得远离光轴的像图案发生畸变，使得整体斑点图案密度不均匀。因此，一方面可以通过让光源的尺寸变小来尽可能消除这种不均匀现象，另一方面也可以通过改变透镜形式，比如图5所示的实施例中，透镜51为微透镜阵列，由此也可以减小像图案的畸变现象。需要注意的是，图5所示的实施例中虽然畸变变小，但其整体的衍射角度相比图3、4中实施例的衍射角度而言也会变小。

除了上述畸变会影响密度分布之外，更为重要的影响因素是光源的排列间距以及DOE的性能(不同衍射级斑点之间的间距)，二者之间只有满足一定的相互约束条件才能使得最终的斑点图案密度分布均匀。以下将进行详细说明。

根据前面对图3所示实施例的分析可知，结构光投影模组所投影出的斑点图案既可以看成是由多个子光源分别衍射所形成的子斑点图案组合而成，也可以看成是由多个光源排列图案的像图案组合而成。在以下的说明中，本申请将采取后者来进行阐述。

依旧选取远离DOE距离为D的平面以及规则排列的二维光源来进行说明。光源阵列的大小为s(s_x,s_y)，子光源的间距为n(n_x,n_y)，因此在距离为D的平面上形成的像图案大小为S(S_x,S_y)，图案中斑点间距为N(N_x,N_y)，如图6所示，并有以下关系：

N＝nD/d (6)

S＝sD/d (7)

在距离为D的平面上最终形成的斑点图案是由多个像图案按一定的间距排列而成，这里的间距指的是DOE衍射后不同衍射级斑点之间的间距，因此斑点图案的密度分布则由像图案的斑点分布以及间距决定。图6所示的是像图案示意图，尺寸大小为S(S_x,S_y)，图案中平均斑点间距为N(N_x,N_y)，可以理解的是，在本实施例中光源的二维排列可以为不规则二维排列；图7所示的是由单束光入射到DOE后在距离为D的平面上形成的斑点图案，不同斑点代表不同的衍射级数，相邻衍射级数的间距为M(M_x,M_y)。结构光投影模组最终形成的斑点图案则可以看成是由图6所示的像图案按照图7所示的排列形式进行组合，一种组合方式即是将像图案的中心与图7中各个斑点重合，由此形成最终的斑点图案，如图8所示的组合示意图。

图8所示的投影模组所形成的斑点图案中，M＝S,((M_x＝S_x)&(M_y＝S_y))，邻近的像图案之间毗连，即边缘刚好重叠，之间的间距G(G_x,G_y)＝M-S＝0。由于每个像图案的边缘一般会有高阶的衍射斑点，因此当边缘重合时，相邻图案中的高阶斑点可能会出现重叠或靠近的情形，由此会导致斑点数量减少、个别斑点区域变大或部分区域密度变大的问题。

图7对应的是DOE衍射性能，在本实施例中，为了产生密度相对均匀的斑点图案，图7中的排列为规则排列，最终产生的如图8所示的斑点图案虽然在局部区域(单个像图案区域)中具有较高的随机性，但将像图案看成单元的话，整体的斑点图案仍可以看成是规则排列。可以理解的是，整体斑点图案的不相关度较低，因为单个复制区域中任一小区域沿x方向或其他方向都能找到多个与该小区域相同的斑点排布。

因此如何解决密度分布均匀以及高不相关度的矛盾是斑点图案设计的重要问题。

图9是根据本申请实施例的单光束经DOE所生成的图案示意图。与图7所示图案相关，这里的排列在规则的基础上加了一些随机，由此来提高不相关度。图9中的平均斑点间距相对图7所示实施例几乎不变。图10是图6所示的像图案按照图9所示的方式进行组合后形成的斑点图案。与图8相比，本实施例中的斑点图案的不相关度得到提高。例如，由于随机产生的像图案的交错，使得任意选取的子区域沿基线x方向上的不相关度得以提高。图10与图8类似，整体上看图案中斑点的分布较为密集，随机性排列使得邻近的像图案之间存在微小间隙、毗连或者微小重叠三种情形。由于同时存在三种连接方式，导致斑点图案的分布密度相对图8所示的均匀性降低，并且容易产生斑点重合的问题。

图11是根据本申请实施例的具有规则间隙的斑点图案示意图，与图8相比，图11提供的斑点图案中的邻近的像图案之间存在明显的间距，由此可以提升斑点图案的面积，亦即提升视场角。

图12是根据本申请实施例的具有不规则间隙的斑点图案示意图，与图10相比，邻近像图案之间的平均间距更大，随机性更高，使得邻近的像图案彼此处于间隔状态，由此可以进一步提高不相关度，另外，相比于图8及图10的实施例，斑点重合问题得以解决，且视场角也得到了提升。

需要说明的是，上文描述的“邻近的像图案彼此处于间隔状态”指的是邻近的像图案之间具有明显的间隙(并非由误差导致的间隙)，即能够从斑点图案中能轻易地分辨出邻近的像图案的界限；换句话说，这种间隔状态是投影模组的设计目标，意图使得相邻的像图案之间不彼此邻接(邻接是指像图案之间间隙不明显，如相邻像图案的边缘斑点重叠，或相邻像图案之间的边缘斑点间距与像图案内部斑点间距相近，或相邻像图案之间有部分重叠)。一般而言，由于随机性的存在，使得像图案之间的间距不可能相等，总的来说，像图案间距的平均值不小于像图案中斑点的平均间距就会产生如图11或图12所示的具有明显间隙的斑点图案，即G＞N。而且，不排除由于局部加工精度或元件安装精度等工艺原因，导致很少量的相邻像图案之间可能会偏离设计目标而产生少量重叠或邻接，这种工艺误差在本申请保护范围内是允许的，不意味着本申请技术方案必须无条件地排除此类误差，只要从整体全局而言，大部分的相邻像图案能够有足够明显的间隙即可。

由于有明显间隙的存在，在基于此斑点图案进行深度计算时，匹配窗口的选取一般需要考虑间隙的大小，理论上来说在相同方向上匹配窗口的尺寸不小于间隙的尺寸。

在以上的描述中，像图案的方形形状以及最终所形成的斑点图案的整体形状大体上是分别与x、y轴对齐(即方形的两条边分别与x、y轴平行)，且结构光投影模组与采集模组的基线为x方向。在一些实施例中，为了进一步提高不相关度，可以将斑点图案的形状进行旋转，使得基线与斑点图案和/或像图案的任一边均不平行，即，使得斑点图案和/或像图案的原本与基线方向平行的边与基线之间产生了一定的夹角，由此可以进一步提升斑点图案沿基线方向上的不相关度，以提高深度计算精度。图13为将斑点图案进行旋转后的示意图。经验证，为了保证斑点图案要填充满整个采集模组的视场区域，夹角不宜过大，优选地，夹角为2至10度。可以理解的是，由于随机性，这里所说的斑点图案的边并非直边，可以将其理解成斑点图案中像图案排列的大致方向。同样可以理解的是，这里的旋转方式适用于本申请前述所有实施例的情形。

本申请还提供一种制造结构光投影模组的方法。如图14所示，该方法包括步骤1410-步骤1440。

在步骤1410中，提供基板。所述基板的材料为铜或陶瓷。

在步骤1420中，在所述基板上方设置光源。所述光源包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束。

在步骤1430中，在所述基板上方设置透镜，以接收并汇聚所述二维图案化光束。

在步骤1440中，在所述基板上方设置衍射光学元件，以接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束。其中所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。

本申请实施例制造出的结构光投影模组可以投影出包括与其光源排列图案对应的多个像图案的斑点图案，相邻的像图案彼此处于间隔状态。与已有技术相比，本申请实施例制造出的结构光投影模组所投影出的斑点图案分布具有更高的不相关性，基于该结构光投影模组的深度相机可以实现高精度的三维测量。

进一步地，本申请实施例提供的结构光投影模组的基板并未采用传统的半导体基板，而是采用铜或陶瓷基板，与半导体基板相比，能够提高整个结构光投影模组的散热性能。

在一些实施例中，所述多个像图案中的相邻的所述像图案之间的平均间距大于或等于所述像图案中斑点之间的平均间距。

在一些实施例中，所述相邻的所述像图案之间的平均间距是所述像图案中斑点之间平均间距的1至3倍。

在一些实施例中，所述光源为垂直腔面发射激光器VCSEL阵列光源。

在一些实施例中，所述二维图案为不规则分布图案。

在一些实施例中，所述像图案与所述二维图案为中心对称关系。

在一些实施例中，所述斑点图案由与所述二维图案对应的多个像图案以不规则排列方式组成。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (17)

1.一种结构光投影模组，其特征在于，包括：

光源，包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束；

透镜，接收并汇聚所述二维图案化光束；

衍射光学元件，接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束；

所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。

2.如权利要求1所述的结构光投影模组，其特征在于，所述多个像图案中的相邻的所述像图案之间的平均间距大于或等于所述像图案中斑点之间的平均间距。

3.如权利要求2所述的结构光投影模组，其特征在于，所述相邻的所述像图案之间的平均间距是所述像图案中斑点之间平均间距的1至3倍。

4.如权利要求1所述的结构光投影模组，其特征在于，所述光源为垂直腔面发射激光器VCSEL阵列光源。

5.如权利要求1所述的结构光投影模组，其特征在于，所述二维图案为不规则分布图案。

6.如权利要求1所述的结构光投影模组，其特征在于，所述像图案与所述二维图案为中心对称关系。

7.如权利要求1所述的结构光投影模组，其特征在于，所述斑点图案由与所述二维图案对应的多个像图案以不规则排列方式组成。

8.一种深度相机，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的结构光投影模组，用于向目标投影出斑点图案化光束；

采集模组，用于采集所述目标上的所述斑点图案；

处理器，接收所述斑点图案并进行深度计算以获取所述目标的深度图像。

9.如权利要求8所述的深度相机，其特征在于，所述深度计算中在所述斑点图案中选取的匹配窗口尺寸不小于所述间隙尺寸。

10.如权利要求8所述的深度相机，其特征在于，所述结构投影模组与所述采集模组间的基线与所述像图案和/或所述斑点图案的任一边均不平行。

11.一种制造结构光投影模组的方法，其特征在于，包括：

提供基板，所述基板的材料为铜或陶瓷；

在所述基板上方设置光源，所述光源包括布置成二维阵列的多个子光源，用于发射与所述二维阵列对应的二维图案化光束；

在所述基板上方设置透镜，以接收并汇聚所述二维图案化光束；

在所述基板上方设置衍射光学元件，以接收经所述透镜汇聚后出射的所述二维图案化光束，并投射出斑点图案化光束；

其中所述斑点图案包括与所述二维图案对应的多个像图案，所述多个像图案彼此处于间隔状态。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个像图案中的相邻的所述像图案之间的平均间距大于或等于所述像图案中斑点之间的平均间距。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述相邻的所述像图案之间的平均间距是所述像图案中斑点之间平均间距的1至3倍。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述光源为垂直腔面发射激光器VCSEL阵列光源。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述二维图案为不规则分布图案。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述像图案与所述二维图案为中心对称关系。

17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述斑点图案由与所述二维图案对应的多个像图案以不规则排列方式组成。