CN109755861A - 一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 - Google Patents
一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109755861A CN109755861A CN201811609697.7A CN201811609697A CN109755861A CN 109755861 A CN109755861 A CN 109755861A CN 201811609697 A CN201811609697 A CN 201811609697A CN 109755861 A CN109755861 A CN 109755861A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array
- light
- imaging
- light source
- vcsel array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种应用于3D成像的VCSEL阵列、激光投影装置及3D成像设备，其中，3D成像的VCSEL阵列包括半导体衬底和VCSEL阵列光源，VCSEL阵列光源是以二维阵列的形式分布在半导体衬底表面，其中，二维阵列的排布方式是准晶排列，具有五次旋转对称性，激光投影装置,其特征在于,包括VCSEL阵列光源；至少一个透镜，斑点图案生成器；3D成像设备，包括的激光投影装置，用于向空间中发射结构光图案光束；图像采集装置，用于采集由结构光图案光束照射在目标物体上所形成的结构光图像；处理器，接收结构光图像并根据三角法原理计算出目标物体的深度图像。本发明具有极高的不相关性，相对于常规的随机排布光源，具有高的可参考性和可移植性。
Description
技术领域
本发明涉及光学及电子技术领域，具体涉及一种应用于3D成像的VCSEL阵列、激光投影装置及3D成像设备。
背景技术
3D成像特别是应用于消费领域中的3D成像技术将不断冲击甚至取代传统的成像技术，3D成像技术除了拥有对目标物体进行2D成像能力之外还可以获取目标物体的深度信息,根据深度信息可以进一步实现3D扫描、场景建模、手势交互等功能。深度相机特别是结构光深度相机或TOF(时间飞行)深度相机是目前普遍被用来3D成像的硬件设备。
深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机种类的不同，激光投影模组的结构与功能也有区别，比如现有技术所公开的投影模组用于向空间中投射斑点图案以实现结构光深度测量，这种斑点结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。随着深度相机应用领域的不断扩展，光学投影模组将向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。
采用VCSEL垂直腔面发射激光器阵列光源的深度相机因为具有体积小、功率大、光束集中等优点将会取代边发射激光发射器光源，VCSEL阵列的特点是在一个极其小的基底上通过布置多个VCSEL光源的方式来进行激光投影，比如在的半导体衬底上布置甚至更多个VCSEL光源。对于结构光深度相机而言，其激光投影模组向外投射的斑点图案要求具有极高的不相关性，这一要求增加了VCSEL阵列上光源排列的设计难度。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种应用于3D成像的VCSEL阵列、激光投影装置及3D成像设备，用来解决上述技术问题。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种应用于3D成像的VCSEL阵列，包括半导体衬底和VCSEL阵列光源，所述所述VCSEL阵列光源是以二维阵列的形式分布在所述半导体衬底表面，其中，所述二维阵列的排布方式是准晶排列，具有五次旋转对称性。
优选的，所述准晶排列方式为五组等间隔的平行线，每组从其他组旋转2π/5弧度。
优选的，所述准晶排布阵列中所述VCSEL光源的排布方式具有完全有序性，但是不具有平移对称性。
一种激光投影装置,其特征在于,包括：所述的VCSEL阵列光源；至少一个透镜，用于接收且汇聚由所述激光阵列发射的光束；斑点图案生成器，用于将所述光束进行扩束后向空间中发射斑点图案光束。
优选的，所述透镜为单个透镜、微透镜阵列中的一种或组合；所述斑点图案生成器为微透镜阵列、DOE、光栅中的一种或多种组合。
一种3D成像设备，包括所述的激光投影装置，用于向空间中发射结构光图案光束；图像采集装置，用于采集由所述结构光图案光束照射在目标物体上所形成的结构光图像；处理器，接收所述结构光图像并根据三角法原理计算出所述目标物体的深度图像。
与现有技术相比，本发明的优点是：多个光源以二维阵列的形式排列在所述半导体衬底上,其中,所述二维阵列的排布方式是准晶排列，准晶排布的阵列具有完全有序性，但是不具有平移对称性，二维阵列对应的是光源的分布情况,从而分布在半导体衬底表面的光源具有极高的不相关性，相对于常规的随机排布光源，该设计具有高的可参考性和可移植性，所以该阵列同时具有低的相干性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明准晶的结构示意图；
图2是本发明VCSEL阵列光源排布方位示意图；
图3是本发明准晶的坐标示意图；
图4是本发明的激光投影装置的示意图；
图5是本发明的3D成像设备的示意图；
附图标注：4、透镜，5、斑点图案生成器，6、VCSEL阵列光源，7、处理器，8、图像采集装置。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
一种应用于3D成像的VCSEL阵列，包括半导体衬底和VCSEL阵列光源，所述所述VCSEL阵列光源是以二维阵列的形式分布在所述半导体衬底表面，其中，所述二维阵列的排布方式是准晶排列，具有五次旋转对称性。
所述准晶排列方式为五组等间隔的平行线，每组从其他组旋转2π/5弧度。
所述准晶排布阵列中所述VCSEL光源的排布方式具有完全有序性，但是不具有平移对称性。
如图4所示，一种激光投影装置,其特征在于,包括：所述的VCSEL阵列光源6；至少一个透镜4，用于接收且汇聚由所述激光阵列发射的光束；斑点图案生成器5，用于将所述光束进行扩束后向空间中发射斑点图案光束。
所述透镜4为单个透镜、微透镜阵列中的一种或组合；所述斑点图案生成器为微透镜阵列、DOE、光栅中的一种或多种组合。
如图5所示，一种3D成像设备，包括所述的激光投影装置，用于向空间中发射结构光图案光束；图像采集装置8，用于采集由所述结构光图案光束照射在目标物体上所形成的结构光图像；处理器7，接收所述结构光图像并根据三角法原理计算出所述目标物体的深度图像。
图3为发明准晶的坐标示意图，这些线用于产生实际的准晶体；上面显示的每组都有四行，但通常每组使用50行。这些线的放置是任意的，如上图3所示。
一旦形成了线条，就可以在线条之间对条带进行编号，如图3所示。每组线都有自己的数字，并且只要编号按顺序进行。
如图3所示，要定位准晶体的顶点，可以考虑由这些相交线形成的多边形。多边形位于由线组形成的条带内。考虑图2中F点所处的多边形。该多边形位于线A的条带3，线B的条带1，线C的条带1，线D的条带2和线E的条带3之间。我们为该多边形分配“索引”(3,1,1，2,3)表明它位于哪个条带内。现在，通过执行以下总和找到与此多边形对应的顶点的实际坐标：
坐标＝indexA*vectorA+indexB*vectorB+indexC*vectorC+indexD*vectorD+indexE*vectorE；
其中，indexA，indexB是如上所述找到的索引；vectorA，vectorB...是与每组线平行的矢量。另一种计算方法是：
x_coordinate＝indexA*cos(0)+indexB*cos(2π/5)+indexC*cos(4π/5)+indexD*cos(6π/5)+indexE*cos(8π/5)；
y_coordinate＝indexA*sin(0)+indexB*sin(2π/5)+indexC*sin(4π/5)+indexD*sin(6π/5)+indexE*sin(8π/5)；
因此，通过查看所有多边形，可以找到准晶体的顶点。通过这些可以知道哪些顶点连接会很好，然后就可以画线来创建模型。
对于常规的随机排布光源，当VCSEL阵列需要改变时(如改变数目)，只能重新产生随机排布，两次随机排布之间，不具有关联性和参考性。本发明所定义的vcsel阵列其优势在阵列图案于具有已定义的规律性，具有高的参考性和可移植性，同时由于阵列图案不具有平移对称性，所以该阵列同时具有低的相干性。
本发明的有益效果是：多个光源以二维阵列的形式排列在所述半导体衬底上,其中,所述二维阵列的排布方式是准晶排列，准晶排布的阵列具有完全有序性，但是不具有平移对称性，二维阵列对应的是光源的分布情况,从而分布在半导体衬底表面的光源具有极高的不相关性，相对于常规的随机排布光源，该设计具有高的可参考性和可移植性。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种应用于3D成像的VCSEL阵列，其特征在于：包括半导体衬底和VCSEL阵列光源，所述所述VCSEL阵列光源是以二维阵列的形式分布在所述半导体衬底表面，其中，所述二维阵列的排布方式是准晶排列，具有五次旋转对称性。
2.根据权利要求1所述的一种应用于3D成像的VCSEL阵列，其特征在于：所述准晶排列方式为五组等间隔的平行线，每组从其他组旋转2π/5弧度。
3.根据权利要求1所述的一种应用于3D成像的VCSEL阵列，其特征在于：所述准晶排布阵列中所述VCSEL光源的排布方式具有完全有序性，但是不具有平移对称性。
4.一种激光投影装置,其特征在于,包括：权利要求1-3任一所述的VCSEL阵列光源；至少一个透镜，用于接收且汇聚由所述激光阵列发射的光束；斑点图案生成器，用于将所述光束进行扩束后向空间中发射斑点图案光束。
5.如权利要求4所述的激光投影装置，其特征在于，所述透镜为单个透镜、微透镜阵列中的一种或组合；所述斑点图案生成器为微透镜阵列、DOE、光栅中的一种或多种组合。
6.一种3D成像设备，其特征在于：包括权利要求4至5任一所述的激光投影装置，用于向空间中发射结构光图案光束；图像采集装置，用于采集由所述结构光图案光束照射在目标物体上所形成的结构光图像；处理器，接收所述结构光图像并根据三角法原理计算出所述目标物体的深度图像。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811609697.7A CN109755861A (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811609697.7A CN109755861A (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109755861A true CN109755861A (zh) | 2019-05-14 |
Family
ID=66403183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811609697.7A Pending CN109755861A (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109755861A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008009931A1 (en) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | University Of Southampton | An optical system and method for sub-wavelength energy concentration |
| CN103309137A (zh) * | 2012-03-15 | 2013-09-18 | 普莱姆森斯有限公司 | 结构光的投影机 |
| CN106972347A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-07-21 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 用于3d成像的激光阵列 |
| CN208076910U (zh) * | 2018-02-07 | 2018-11-09 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 深度相机、投影模组及其光源阵列芯片 |
-
2018
- 2018-12-27 CN CN201811609697.7A patent/CN109755861A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008009931A1 (en) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | University Of Southampton | An optical system and method for sub-wavelength energy concentration |
| CN103309137A (zh) * | 2012-03-15 | 2013-09-18 | 普莱姆森斯有限公司 | 结构光的投影机 |
| CN106972347A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-07-21 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 用于3d成像的激光阵列 |
| CN208076910U (zh) * | 2018-02-07 | 2018-11-09 | 深圳奥比中光科技有限公司 | 深度相机、投影模组及其光源阵列芯片 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘东亮: "《材料学基础》", 30 September 2016 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10551178B2 (en) | Overlapping pattern projector | |
| EP3175201B1 (en) | Overlapping pattern projector | |
| WO2018209989A1 (zh) | 基于vcsel阵列光源的结构光投影模组 | |
| CN106569382B (zh) | 激光投影仪及其深度相机 | |
| CN106972347B (zh) | 用于3d成像的激光阵列 | |
| CN107039885B (zh) | 应用于3d成像的激光阵列 | |
| CN106990660A (zh) | 结构光投影模组 | |
| CN206541078U (zh) | 发散光式散斑投射器和三维重建系统 | |
| CN207133564U (zh) | 多密度图案投影仪 | |
| CN106568396A (zh) | 一种激光投影仪及其深度相机 | |
| CN110133853A (zh) | 可调散斑图案的调节方法及其投射方法 | |
| JP2018514780A (ja) | 距離センサ | |
| CN108363267A (zh) | 规则阵列光源的结构光投影模组 | |
| CN109756725A (zh) | 结构光投影器、三维摄像头模组以及终端设备 | |
| CN108227231A (zh) | 条纹投影模组 | |
| CN107678225A (zh) | 基于高密度vcsel阵列光源的结构光投影模组 | |
| US11327314B2 (en) | Suppressing coherence artifacts and optical interference in displays | |
| CN107741682A (zh) | 光源投影装置 | |
| CN107703641A (zh) | 一种结构光投影模组和深度相机 | |
| CN107490869B (zh) | 空间结构光发射装置 | |
| CN109541817A (zh) | 一种偏振态可控的结构光投射模组及3d成像装置 | |
| CN106501959A (zh) | 一种面阵激光投影仪及其深度相机 | |
| CN109755861A (zh) | 一种应用于3d成像的vcsel阵列、激光投影装置及3d成像设备 | |
| CN209622537U (zh) | 光发射模组及电子设备 | |
| JP2023522717A (ja) | コリメータ機能付き回折光学素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190514 |