CN108594562A - 投射模组及投影方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种投射模组及投影方法，投射模组包括：光源(1)；准直单元(2)，位于所述光源(1)一侧，用于调整来自所述光源(1)的光束；衍射光学元件(3)，用于接收调整后的光束并将其转换为图案化的光束；保护玻璃(4)，所述保护玻璃(4)与所述准直单元(2)设置在所述衍射光学元件(3)相对的两侧；检测单元(5)，用于检测所述衍射光学元件(3)和所述保护玻璃(4)。本发明的投射模组能够对自身进行检测，从而判断出投射模组是否处于正常工作状态，有利于确保采用本发明的投射模组最终计算得出的深度图像的准确性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及光学投射技术领域，尤其涉及一种投射模组及投影方法。
背景技术
激光投影装置被广泛应用于物体的三维扫描、空间三维重建、人机交互等领域。激光投影装置通过投射编码或结构化的特殊光图案，对目标物体的空间信息进行标记，为后期图像采集装置的信息采集以及三维重建提供准备工作。
近几年来，三维深度应用逐步兴起。随着芯片技术与智能算法的迅速发展，利用结构光镜头将红外LD(激光二极管)或者VCSEL(垂直腔面发射激光器)发出光向交互目标物体投射，投影光束再经过衍射光学元件(DOE)后实现投影图像在目标物体的重新分布，再用摄像镜头将投射到物体上的图案接收回来，经过一定算法处理，即可计算出包含被投射物体位置深度信息的三维图像。具有深度信息的三维图像可进一步用于生物识别等多种深度应用开发。目前，结构光的方案逐渐趋于成熟，已经大规模应用于工业3D视觉领域，并且在最近一两年开始应用于民用中。
然而现有技术中的投射器，在投影到目标物体通过采集图像、处理图像获取目标物体深度图像的过程中，往往无法对投射器自身进行检测，这就使得在使用投射器投影的过程中无法保证投影器是否处于正常工作状态，也就使得最终获取的目标物体的深度图像的精度或者准确度无法保证。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种具有检测功能的投射模组。
为实现上述发明目的，本发明提供一种投射模组，包括：
光源；
准直单元，位于所述光源一侧，用于调整来自所述光源的光束；
衍射光学元件，用于接收调整后的光束并将其转换为图案化的光束；
保护玻璃，所述保护玻璃与所述准直单元设置在所述衍射光学元件相对的两侧；
检测单元，用于检测所述衍射光学元件和所述保护玻璃。
根据本发明的一个方面，所述检测单元包括第一电容电极、第二电容电极、第三电容电极和第四电容电极。
根据本发明的一个方面，所述检测单元包括第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件用于检测所述衍射光学元件，所述第二检测组件用于检测所述保护玻璃。
根据本发明的一个方面，所述第一检测组件包括第一电容电极和第二电容电极，所述第一电容电极和所述第二电容电极与所述衍射光学元件连接。
根据本发明的一个方面，所述第二检测组件包括第三电容电极和第四电容电极，所述第三电容电极和第四电容电极与所述保护玻璃连接。
根据本发明的一个方面，所述衍射光学元件包括沿着远离所述准直单元方向顺序连接的玻璃基板和光栅结构，所述玻璃基板与连接有所述光栅结构相对的一侧镀有第一透明导电膜，所述第一透明导电膜与所述第一电容电极、第二电容电极连接。
根据本发明的一个方面，所述保护玻璃靠近所述衍射光学元件的一侧镀有第二透明导电膜，所述第二透明导电膜与所述第三电容电极和所述第四电容电极连接。
根据本发明的一个方面，所述保护玻璃为红外滤光片。
根据本发明的一个方面，所述光源为垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器或LED。
为实现上述目的，本发明提供一种投影方法，包括：
S1.检测所述保护玻璃是否可以正常工作；
S2.检测所述衍射光学元件是否可以正常工作；
S3.启动所述光源，所述光源发出的光斑经所述准直单元调整后投射到所述衍射光学元件上；
S4.所述衍射光学元件将投射光复制成图案投射到目标物体上。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S1中，通过检测单元的第二检测组件检测所述第二透明导电膜的电阻值判断所述保护玻璃是否可以正常工作。
根据本发明的一个方面，将第三电容电极和第四电容电极作为导电电极检测所述第二透明导电膜的电阻值。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S2中，包括检测所述衍射光学元件的玻璃基板是否可以正常工作和检测所述衍射光学元件的光栅结构是否可以正常工作。
根据本发明的一个方面，将所述第一电容电极和所述第二电容电极作为导电电极检测所述第一透明导电膜的电阻值；
将所述第一电容电极和所述第二电容电极作为电容电极的一极，所述第三电容电极和所述第四电容电极作为电容电极的另一极，通过电容探测器检测电容值。
本发明的投射模组，设有检测单元，包括第一电容电极、第二电容电极、第三电容电极和第四电容电极，可以对保护玻璃进行检测，也可以对衍射光学元件的玻璃基本和光栅结构进行检测，即可以对本发明的投射器的保护玻璃和衍射光学元件均进行检测确保其处于正常工作状态，从而确定了通过本发明的投射模组最终的得出的三维图像的准确性和有效性。
本发明的投射模组，设有保护玻璃，保护玻璃是用于保护衍射光学元件的，避免大气中的水汽、尘埃等污染衍射光学元件，同时也可以避免造成衍射光学元件的外部划伤。在优选的实施方式中，保护玻璃选用红外滤光片，在起到保护作用的同时，还可以减少其他波段的干扰，有利于提高最终投射的散斑结构光图案的精度。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的投射模组的结构组成图；
图2是示意性表示根据本发明一种实施方式的第一透明导电膜和第二透明导电膜；
图3是示意性表示根据本发明一种实施方式的光源示图；
图4是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的光源示图；
图5是示意性表示根据本发明的投射模组的投影示图；
图6示意性表示根据本发明的投射模组的检测示图。
附图中各标号代表含义如下：
1、光源。2、准直单元。3、衍射光学元件。31、玻璃基板。32、光栅机构。31a、第一透明导电膜。4、保护玻璃。41、第二透明导电膜。5、检测单元。51、第一检测组件。52、第二检测组件。51a、第一电容电极。51b、第二电容电极。52a、第三电容电极。52b、第四电容电极。6、电容探测器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1是示意性表示根据本发明的投射模组的结构组成图。如图1所示，本发明的投射模组包括光源1、准直单元2、衍射光学元件3、保护玻璃4和检测单元5。如图1所示，在本实施方式中，光源1设置在投射模组的最下方，用于为本发明的投射模组提供光源。准直单元2设置在光源1的上方，用于准直来自光源单元1的光束。衍射光学元件3设置在准直单元2的上方，用于接收经过准直单元2准直后的光束并将其转换为图案化的光束，在本实施方式中，转换为散斑结构光图案。保护玻璃4和准直单元2分别设置在衍射光学元件3相对的两侧，如图1所示，在本实施方式中，准直单元2设置在衍射光学元件3的下方，保护玻璃4设置在衍射光学元件3的上方。检测单元5分别与衍射光学元件3和保护玻璃4连接，用于检测衍射光学元件3和保护玻璃4是否可以正常工作。
如图1所示，本发明的检测单元5包括第一检测组件51和第二检测组件52。第一检测组件51与衍射光学元件3连接，用于检测衍射光学元件3是否可以正常工作。第二检测组件52与保护玻璃4连接，用于检测保护玻璃4是否可以正常工作。本发明的第一检测组件51包括第一电容电极51a、第二电容电极51b，第二检测组件52包括第三电容电极52a和第四电容电极52b。应该理解，本发明的第一电容电极51a、第二电容电极51b、第三电容电极52a和第四电容电极52b的设置个数不具有局限性，可以设置一个或者多个，具体根据实际需要进行设置。在本实施方式中，第一电容电极51a、第二电容电极51b、第三电容电极52a和第四电容电极52b均设置为一个。
在本实施方式中，其中第一电容电极51a和第二电容电极51b与衍射光学元件3连接，第三电容电极52a和第四电容电极52b与保护玻璃4连接。如此设置可以通过检测电容来确定本发明的衍射光学元件3和保护玻璃4是否可以正常工作，例如，可以检测光栅的完整性，检测光栅是否脱落，是否有水汽凝结等现象，从而确定通过本发明投射器向目标物体投影的图案计算得出的深度图像的是否准确有效。
如图1所示，本发明的衍射光学元件3设置在准直单元2上方，包括沿着远离准直单元2顺序连接的玻璃基板31和光栅结构32。即如图1所示，衍射光学元件3的玻璃基板31位于准直单元2上方，光栅结构32设置在玻璃基板31之上。衍射光学元件3可以将经过准直单元2的光束转化为图案化的光束投射在目标物体上，在本实施方式中，衍射光学元件3可以将光源1发射出的光束均匀复制成一定阵列排布的光束图案，投射在目标物体上。根据本发明的投射模组，可以设有一个衍射光学元件3，也可以设置有多个衍射光学元件3。
在本实施方式中，本发明的玻璃基板31上镀有第一透明导电膜31a，第一透明导电膜31a镀制在玻璃基板31相对光栅结构32的一侧，即光栅结构32与第一透明导电膜31a位于玻璃基板31相对的两侧，第一透明导电膜31a靠近准直单元2。在本实施方式中，如图1所示，检测单元5的第一电容电极51a和第二电容电极51b与衍射光学元件3的第一透明导电膜31a电连接，实现检测单元5与衍射光学元件3的连接，进而能够对衍射光学元件3进行检测。
如图1所示，本发明的保护玻璃4设置在衍射光学元件3上方，保护玻璃4用于保护衍射光学元件3，避免大气中的水汽、尘埃等污染衍射光学元件3，同时也可以避免造成衍射光学元件3的外部划伤。优选地，保护玻璃4选用红外滤光片，在起到保护作用的同时，还可以减少其他波段的干扰，有利于提高最终投射的散斑结构光图案的精度。在本实施方式中，保护玻璃4靠近衍射光学元件3的一侧镀有第二透明导电膜41，检测单元5的第三电容电极52a和第四电容电极52b与第二透明导电膜41电连接，实现检测单元5与保护玻璃4的连接，进而能够对保护玻璃4进行检测。
在本实施方式中，第一透明导电膜31a和第二透明导电膜41由一种N型氧化物半导体-氧化铟锡(ITO)制作而成，此种材料具有电阻特性。ITO膜可以采用磁控溅射、物理气相沉积等方法进行镀制。此外，本发明的第一透明导电膜31a和第二透明导电膜41为相同的图案结构，如图2所示，在本实施方式中，均为类斑马线图案。当然，根据实际的需要还可以设置成其他图案。
图3是示意性表示根据本发明一种实施方式的光源示图。如图3所示，在本实施方式中，光源1采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)发射光束，垂直腔面发射激光器体积小、发散角小，功耗较低。垂直腔面发射激光器发射的光束需要经准直单元2进行整形。当然，本发明的光源也可以采用边缘发射激光器、LED光源等，如图4所示，在另一种实施方式中，采用单色的LED作为本发明的光源1。
在本实施方式中，准直单元2为准直镜，可以根据实际的需要来设置准直镜片的数量，准直镜的倍率可以决定成像图案的大小。光束经过准直后投射到衍射光学元件3上，将准直后的光束复制成按一定阵列排布的散斑图案投射到目标物体上，阵列可以是任意形状，图5示出了一种实施方式的散斑结构光图案。
利用本发明的投射模组向目标物体投影的操作方法如下：
S1.检测保护玻璃4是否可以正常工作；
S2.检测衍射光学元件3是否可以正常工作；
S3.启动光源1，光源1发出的光斑经准直单元2调整后投射到衍射光学元件3上；
S4.衍射光学元件3将投射光复制成图案投射到目标物体上。以下结合图6进行详细说明，图6是示意性表示根据本发明的投射模组的检测示图。
如图6所示，在步骤S1中，由于第三电容电极52a和第四电容电极52b与保护玻璃4上的第二透明导电膜41电连接，第三电容电极52a和第四电容电极52b可以作为导电电极检测第二透明导电膜41的电阻。因为第二透明导电膜41镀制在保护玻璃4上，若保护玻璃4出现破裂会导致第二透明导电膜41发生损坏，进而会影响电阻值的大小，所以通过第三电容电极52a和第四电容电极52b检测第二透明导电膜41的电阻变化可以判断出保护玻璃4是否发生了破裂情况。
如图6所示，在步骤S2中，检测衍射光学元件3是否可以正常工作包括检测衍射光学元件3的玻璃基板31是否可以正常工作和检测衍射光学元件3的光栅结构32是否可以正常工作。具体来说，由于第一电容电极51a和第二电容电极51b与玻璃基板31上的第一透明导电膜31a电连接，第一电容电极51a和第二电容电极51b可以作为导电电极检测第一透明导电膜31a的电阻。另外，第一电容电极51a和第二电容电极51b作为电容电极的一极，第三电容电极52a和第四电容电极52b作为电容电极的另一极，可以通过电容探测器6检测电容值的变化，根据电容值的变化可以判断光栅结构32是否出现了脱落或大面积破坏、是否存在水汽凝结、灰尘等。
通过检测，确保投射模组的保护玻璃4和衍射光学元件3可以正常工作之后，打开光源1，光源1发出的光斑经准直单元2调整后投射到衍射光学元件3上，衍射光学元件3将投射光复制成图案投射到目标物体上，表征目标物体的特征。此后可以采用摄像镜头等将衍射光学元件3投射到目标物体上的图案进行采集，然后通过结算处理即可得出目标物体的深度图像。
本发明的投射模组，设置有检测单元5，包括第一检测组件51和第二检测组件52，并分别与衍射光学元件3和保护玻璃4电连接，可以用于对衍射光学元件3和保护玻璃4进行检测，判断衍射光学元件3和保护玻璃4是否可以正常工作，从而确定了通过本发明的投射模组最终的得出的三维图像的准确性和有效性。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种投射模组，其特征在于，包括：
光源(1)；
准直单元(2)，位于所述光源(1)一侧，用于调整来自所述光源(1)的光束；
衍射光学元件(3)，用于接收调整后的光束并将其转换为图案化的光束；
保护玻璃(4)，所述保护玻璃(4)与所述准直单元(2)设置在所述衍射光学元件(3)相对的两侧；
检测单元(5)，用于检测所述衍射光学元件(3)和所述保护玻璃(4)。
2.根据权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述检测单元(5)包括第一检测组件(51)和第二检测组件(52)，所述第一检测组件(51)用于检测所述衍射光学元件(3)，所述第二检测组件(52)用于检测所述保护玻璃(4)。
3.根据权利要求2所述的投射模组，其特征在于，所述第一检测组件(51)包括第一电容电极(51a)和第二电容电极(51b)，所述第一电容电极(51a)和所述第二电容电极(51b)与所述衍射光学元件(3)连接。
4.根据权利要求2所述的投射模组，其特征在于，所述第二检测组件(52)包括第三电容电极(52a)和第四电容电极(52b)，所述第三电容电极(52a)和第四电容电极(52b)与所述保护玻璃(4)连接。
5.根据权利要求3所述的投射模组，其特征在于，所述衍射光学元件(3)包括沿着远离所述准直单元(2)方向顺序连接的玻璃基板(31)和光栅结构(32)，所述玻璃基板(31)与连接有所述光栅结构(32)相对的一侧镀有第一透明导电膜(31a)，所述第一透明导电膜(31a)与所述第一电容电极(51a)、第二电容电极(51b)连接。
6.根据权利要求4所述的投射模组，其特征在于，所述保护玻璃(4)靠近所述衍射光学元件(3)的一侧镀有第二透明导电膜(41)，所述第二透明导电膜(41)与所述第三电容电极(52a)和所述第四电容电极(52b)连接。
7.根据权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述保护玻璃(4)为红外滤光片。
8.根据权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述光源(1)为垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器或LED。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的投射模组的投影方法，包括：
S1.检测所述保护玻璃(4)是否可以正常工作；
S2.检测所述衍射光学元件(3)是否可以正常工作；
S3.启动所述光源(1)，所述光源(1)发出的光斑经所述准直单元(2)调整后投射到所述衍射光学元件(3)上；
S4.所述衍射光学元件(3)将投射光复制成图案投射到目标物体上。
10.根据权利要求9所述的投影方法，其特征在于，在步骤S1中，通过检测单元(5)的第二检测组件(52)检测所述第二透明导电膜(41)的电阻值判断所述保护玻璃(4)是否可以正常工作。
11.根据权利要求10所述的投影方法，其特征在于，将第三电容电极(52a)和第四电容电极(52b)作为导电电极检测所述第二透明导电膜(41)的电阻值。
12.根据权利要求9所述的投影方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括检测所述衍射光学元件(3)的玻璃基板(31)是否可以正常工作和检测所述衍射光学元件(3)的光栅结构(32)是否可以正常工作。
13.根据权利要求12所述的投影方法，其特征在于，将所述第一电容电极(51a)和所述第二电容电极(51b)作为导电电极检测所述第一透明导电膜(31a)的电阻值；
将所述第一电容电极(51a)和所述第二电容电极(51b)作为电容电极的一极，所述第三电容电极(52a)和所述第四电容电极(52b)作为电容电极的另一极，通过电容探测器检测电容值。
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