CN111399245A - 一种激光发射模组和3d成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光发射模组和3D成像装置，涉及光学器件技术领域，光源组件可以出射光束，出射的光束经准直镜进行准直后出射平行光束，该平行光束经过衍射光学元件后，被复制和拼接形成多束平行光，多束平行光出射至所述缩小镜头后，被以预设倍率进行缩小后后向目标空间中投射生成散斑点图案，从而达到缩小激光发射模组的视场角的目的，提高单位面积内散斑点的密度，同时，利用缩小镜头还可以将散斑点的光斑直径缩小，从而达到提高每个散斑点的光斑的能量密度的目的。进而使得目标空间的纹理更加清晰、对比度更高，便于激光发射模组在远距离应用时能够获取到更加精确的深度测量信息，为其广泛的应用奠定基础。

Description

一种激光发射模组和3D成像装置

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，具体而言，涉及一种激光发射模组和3D成像装置。

背景技术

2D成像装置可以获取物体的2D平面信息，但由于人们生活水平的快速提高，传统的2D成像装置已慢慢不能满足人们日常的需求。随着科学技术的深入研究，3D成像装置在2D成像的基础上，还可以进一步的获取物体的深度信息，从而构建出一个立体的3D模型，其广泛应用于工业测量、生物识别、AR、VR等领域。

在3D成像装置中，核心部件为激光发射模组，其主要用于向目标空间内投射散斑点图案，通过接收相机获取目标空间内的散斑点图案实现深度信息的测量。但在实际应用中，当物体与激光发射模组相距较远时，由于散斑点的密度较小，光斑的直径变大，能量密度变低，导致目标空间的纹理不清晰、对比度不明显，难以形成有效的深度测量。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种激光发射模组和3D成像装置，以解决现有3D成像装置在远距离投射时难以获取到精确的深度测量信息的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例的一方面，提供一种激光发射模组，包括：光源组件、准直镜、衍射光学元件以及缩小镜头；从光源组件出射的光束经准直镜后入射衍射光学元件，从衍射光学元件出射的光束经缩小镜头以预设缩小倍率将经衍射光学元件出射的光束的视场角缩小后在目标空间形成散斑点图案。

可选的，缩小镜头包括第一正透镜和负透镜；从衍射光学元件出射的光束经第一正透镜汇聚后由负透镜扩束投射，其中，负透镜至第一正透镜的间距小于第一正透镜的焦距。

可选的，负透镜至第一正透镜的间距等于第一正透镜的焦距与负透镜的焦距之和的绝对值。

可选的，预设缩小倍率等于负透镜的焦距与第一正透镜的焦距的比值。

可选的，第一正透镜为双凸透镜，负透镜为平凹透镜。

可选的，缩小镜头包括第二正透镜和第三正透镜；从衍射光学元件出射的光束依次经第二正透镜和第三正透镜汇聚后投射，其中，第三正透镜至第二正透镜的间距大于第二正透镜的焦距。

可选的，第二正透镜和第三正透镜的间距等于第二正透镜的焦距与第三正透镜的焦距之和。

可选的，光源组件包括矩阵排列设置的多个垂直腔面发射激光器。

可选的，准直镜包括微透镜阵列；微透镜阵列中的多个微透镜单元与多个垂直腔面发射激光器一一对应设置。

本发明实施例的另一方面，提供了一种3D成像装置，包括接收模组、处理模组以及上述任一种的激光发射模组，接收模组与激光发射模组于同一基准面设置，接收模组用于采集激光发射模组投射的散斑点图案，处理模组与接收模组电连接，用于根据散斑点图案计算得出深度图像。

本发明的有益效果包括：

本发明提供了一种激光发射模组，包括：光源组件、准直镜、衍射光学元件以及缩小镜头。光源组件可以出射光束，出射的光束经准直镜进行准直后出射平行光束，该平行光束经过衍射光学元件后，被复制和拼接形成多束平行光，多束平行光出射至所述缩小镜头后，被以预设倍率进行缩小后向目标空间中投射生成散斑点图案，从而达到缩小激光发射模组的视场角的目的，提高单位面积内散斑点的密度，同时，由于缩小了视场角，使得散斑点的光斑直径也缩小，从而达到提高每个散斑点的光斑的能量密度的目的。进而使得目标空间的纹理更加清晰、对比度更高，便于激光发射模组在远距离应用时能够获取到更加精确的深度测量信息，为其广泛的应用奠定基础。

本发明还提供了一种3D成像装置，将上述的激光发射模组应用于3D成像中，同时还包括接收模组和处理模组。将接收模组和激光发射模组设置在同一基准面，由于激光发射模组发出的光束具有一定的视场角，接收模组在接收时，也是对于一定角度范围内的图案进行接收，因此，目标空间应刚好位于接收模组和激光发射模组相互交叠的范围内，从而便于准确的识别和接收。在激光发射模组向目标空间内投射形成散斑点图案后，由于该散斑点图案是经过缩小镜头以预设缩小倍率进行缩小后呈现在目标空间内的，故，整个散斑点图案的面积会进行缩小，以此来增加单位面积内的散斑点密度，进而也使得每个散斑点的光束的直径缩小，以此来提高每个散斑点的能量密度，从而在3D成像装置在远距离应用时，有效的提高激光发射模组在目标空间内所投射的散斑点图案的纹理清晰度、对比度等等，从而使得接收模组采集到更加清晰的图像，便于处理模组根据清晰、高对比度的散斑点图案计算分析得出更加精确的目标空间内物体的深度信息，实现精度较高的深度信息测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光发射模组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光发射模组的缩小镜头的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的一种激光发射模组的缩小镜头的结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的一种激光发射模组的缩小镜头的结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的一种3D成像装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的激光发射模组的光源组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的激光发射模组在目标空间内形成的散斑点图案示意图；

图8为现有激光发射模组在目标空间内形成的散斑点图案示意图。

图标：100-激光发射模组；110-光源组件；120-准直镜；130-衍射光学元件；140-缩小镜头；141-第一正透镜；142-负透镜；143-第二正透镜；144-第三正透镜；210-第一光束；220-第二光束；230-第三光束；250-现有散斑点图案；260-散斑点图案；300-处理模组；400-接收模组；500-待测物体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本发明的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

2D成像是用平面传感器接收被拍摄物体反射或者发出的可见光，从而形成二维图像，其中，二维图像是指不包含深度信息的平面图像。二维即左右、上下四个方向，没有前后。在一张纸上的内容就可以看做成是二维，即其可以呈现面积，但无法呈现出体积。由于现实世界是三维世界，2D成像便存在物体特征缺失(无法获取物体深度信息)的情况，这也就意味着，2D成像并不支持与物体三维信息的测量，例如3D人脸识别、三维建模等AI功能，2D图像技术都无法支持。因此，为满足越来越多的需求，3D成像技术得到了较为广泛的研究和突破，其主要是在2D成像的基础上，进一步的获取待测物体的深度信息，从而与二维图像进行结合，建立出物体的三维立体模型。

3D传感通常由多个摄像头+深度传感器组成，通过投射特殊波段的主动式光源、计算光线发射和反射时间差等方式，3D传感可获取物体的深度信息。3D传感技术实现了物体实时三维信息的采集，为后期的图像分析提供了关键特征。智能设备能够据根据3D传感复原现实三维世界，并实现后续的智能交互。目前，3D成像设备应用最为广泛的主要有两种类型：结构光和TOF(时间飞行)深度相机。

在深度相机中最为重要，最为核心的部件就是激光发射模组，其主要作用为利用自发光的形式，向目标空间中投射散斑点图案(即由大量的散斑点，也可称为光斑、斑纹等，组成一幅具有深度信息的图案)。但在实际的使用中，当物体距离激光发射模组较远时，由激光发射模组出射的光束在目标空间(即空间内物体所在的位置)投射形成的散斑点图案的面积较大，导致在单位面积内的散斑点数量较为稀少，即散斑点的密度较小，与此同时，散斑点的光斑的直径较大，其所携带的能量密度较低，直接导致在目标空间内所呈现的散斑点图案的纹理不清晰、对比度较低、边缘弥散，导致后续处理时，难以根据所呈现的散斑点图案精确获取到待测物体的深度信息，也就无法准确构建物体的三维模型。这一问题直接导致3D成像装置难以进行远距离的应用。本申请基于此基础，提出一种激光发射模组100和3D成像装置，从缩小激光发射模组100的视场角的角度来缩小激光发射模组100所呈现的散斑点的光斑的直径，来提高激光发射模组100在目标空间内所呈现的散斑点图案260的清晰度、对比度。

本发明实施例的一方面，参照图1，提供一种激光发射模组100，包括：光源组件110、准直镜120、衍射光学元件130以及缩小镜头140；从光源组件110出射的光束经准直镜120后入射衍射光学元件130，从衍射光学元件130出射的光束经缩小镜头140以预设缩小倍率将经衍射光学元件130出射的光束的视场角缩小后在目标空间形成散斑点图案260。

示例的，如图1所示，将光源组件110、准直镜120、衍射光学元件130和缩小镜头140依次设置。光源组件110可向准直镜120出射光束，从光源组件110直接出射的光束一般都具有一定发散角度。当光束在经过准直镜120时，可以利用其汇聚的作用对光束进行准直，从而使得具有一定发散角度的光束通过准直镜120后以平行光束(此处的平行光束不仅可以是完全相互平行的光束，也还可以是近似平行的光束，即光束半径在所需传输距离内接近常数)的方式出射，经过准直镜120准直后的平行光束入射衍射光学元件130，在经过衍射光学元件130时，利用衍射光学元件130本身的复制和拼接特性，将平行光束复制为多束，并通过衍射的方式将多束平行光束以特定的角度出射。

一方面：当多束平行光束从衍射光学元件130出射并随后入射至缩小镜头140时，在缩小镜头140的作用下，将从衍射光学元件130出射的光束的视场角(光学仪器的视野范围由视场角的大小决定)以预设缩小倍率进行缩小，从而最终在目标空间内形成散斑点图案260。此处需要说明的是，根据光线传播的特性和衍射光学元件130的作用，对于一既定的激光发射模组，其在近距离下所投射形成的散斑点图案的面积小于其在远距离下所投射形成的散斑点图案的面积，但随着投射距离的增大，散斑点图案面积的增大，单位面积内的散斑点的数量将逐步减少，且单个散斑点的直径变大，能量密度变低，这也是导致远距离成像较差的重要因素。

因此，本申请中的激光发射模组100在衍射光学元件130后加设缩小镜头140，结合图7和图8，其在远距离下的目标空间内投射的散斑点图案260的面积相比不加设缩小镜头140时在相同目标空间内投射的现有散斑点图案250的面积更小，但形成散斑点图案260的光斑数量没有减少，故可以有效的提高单位面积内散斑点的数量。还需要说明的是，如图5所示，本领域技术人员应当知晓在设置预设缩小倍率时，需要确保激光发射模组100在目标空间内所投射形成的散斑点图案260的面积能够完全覆盖待测物体500，即本领域技术人员在设置预设缩小倍率值时，可以根据待测的物体的尺寸以及所投射的距离，灵活设置该数值。

另一方面：当多束平行光束被缩小镜头140以预设缩小倍率缩小视场角的同时，每束平行光束的直径也被以预设缩小倍率进行缩小，即每束平行光束从缩小镜头140出射后的直径小于入射到缩小镜头140前的直径。从光斑直径的角度上来讲，入射缩小镜头140后出射的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径，将每束平行光束所形成的光斑近似看作圆形，即前者所形成的圆的面积小于后者所形成的圆的面积，由于组成每束平行光的光线的数量并没有减少，故可以有效的提高每束平行光束所形成的光斑的能量密度。

综上，本申请中的激光发射模组100从缩小经衍射光学元件130出射的光束的视场角达到缩小其光斑的直径，来有效的提高其在远距离目标空间内所投射的散斑点图案260的质量，即形成高清晰度、高对比度的散斑点图案260。为后续的接收模组400、处理模组300的分析计算提供良好的基础，便于其能够从高质量的散斑点图案260中精确获知目标空间内的深度信息，实现三维成像模式下高精度的深度信息的测量。

需要说明的，第一，本申请中的光源组件110的数量可以是一个，也可以是多个，可以是点光源，也可以是线光源、面光源等等。当其为多个时，可以是如图6所示，按照后续实施例中的矩阵排列，也可以是随机排列，本实施例对其不做具体的限制。

第二，本申请中的准直镜120可以是平凸透镜，也可以是双凸透镜，还可以是能够将每一点的光线变成一束平行光束的其它组合透镜，本申请对其类型不做具体限定。

第三，上述的衍射光学元件130(Diffractive Optical Elements,DOE)是一种相位调制器件，它主要是通过调节其中结构的高度来实现相位调制的。而其中的台阶高度是通过计算机根据目标光场计算设计获得的，然后通过光刻技术制备而成。衍射光学元件130可以用来实现全息成像，聚焦及光束分割等功能。

第四，上述的现有散斑点图案250和散斑点图案260即是指由多束光束所形成的多个散斑点所共同构建形成的图案。上述的目标空间是指待测量物体所处的空间位置，其不仅包含二维信息，也同时包含深度信息，即第三维度的信息。在图7中的本申请激光发射模组100所呈的散斑点图案260和现有激光发射模组所呈的现有散斑点图案250均属于同一目标空间的位置(两者的激光发射模组的设置位置也相同)。

本申请中的缩小镜头140是一种带有预设缩小倍率的镜头。其可以缩小激光发射模组100的视场角的方式缩小每束光束所形成的光斑的直径。以下将示意性的以两种实施例的方式介绍其具体结构，应当理解的是，其不应当被理解为对本申请的限制。

其中的一种为：

可选的，缩小镜头140包括第一正透镜141和负透镜142；从衍射光学元件130出射的光束经第一正透镜141汇聚后由负透镜142扩束投射，其中，负透镜142至第一正透镜141的间距小于第一正透镜141的焦距。

示例的，缩小镜头140包括第一正透镜141和负透镜142。其中，两者的设置位置如图2所示，按照光线传播的路径，负透镜142位于第一正透镜141之后。从衍射光学元件130出射的光束先入射至第一正透镜141，在第一正透镜141的汇聚作用下，光束向第一正透镜141的主光轴上的焦点方向进行汇聚，为实现缩小经衍射光学元件130出射的光束的视场角达到缩小光斑的直径的目的，负透镜142的光心的设置位置应位于第一正透镜141光心和第一正透镜141的焦点之间，即负透镜142至第一正透镜141的间距应小于第一正透镜141的焦距，此处需要说明的是，负透镜142至第一正透镜141的间距是指负透镜142的光心据第一正透镜141的光心的距离。经过第一正透镜141汇聚后的光束朝向第一正透镜141的焦点处传播，在到达第一正透镜141的焦点前，该光束会以一角度入射至负透镜142，在负透镜142的扩束作用下，将汇聚的光束以一定的角度进行发散，包括三种发散情况：

第一种，发散后的光束仍为汇聚的光束，此时，需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。

第二种，发散后的光束为发散的光束，此时，需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。

第三种，发散后的光束为平行光束，也同样需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。如图2所示。

即通过第一正透镜141和负透镜142进行组合的方式，实现缩小经衍射光学元件130出射的光束的视场角和其光斑的直径的目的，该种结构的镜头体积较小，同时，制造的成本也较低。

可选的，负透镜142至第一正透镜141的间距等于第一正透镜141的焦距与负透镜142的焦距之和的绝对值。

示例的，负透镜142至第一正透镜141的间距等于第一正透镜141的焦距与负透镜142的焦距之和的绝对值。其中，根据正负透镜的焦距定义，此处第一正透镜141的焦距值应为正值，负透镜142的焦距值应为负数。即图2中，第一正透镜141的焦点和负透镜142的焦点重合。此时，能够保证在平行光束入射第一正透镜141后，经过其汇聚后，由负透镜142的发散使得光束再次以平行光的形式出射，且从负透镜142出射的平行光束的直径小于入射第一正透镜141前的对应平行光束的直径。当经缩小镜头140出射后的光束为平行光时，可以有效的减少本申请中的激光发射模组100对后续待测物体500在空间中的位置的限制，提高本申请中的激光发射模组100使用的高效性和适用范围。

此外，光学轨道长度(在一定程度上能够表征出缩小镜头140的长度)为第一正透镜141的焦距与负透镜142的焦距的和，便于在实际设置制造时，根据缩小镜头140的尺寸，选择焦距符合要求的第一正透镜141和负透镜142。便于满足不同客户的需求，提高实际生产应用的广泛性。

需要说明的是，经过准直镜120准直后的平行光束在经过衍射光学元件130时，会对其以特定角度进行衍射，处于不同衍射级次的光束，其之间可以近似看作具有一定微小角度，经过多个微小角度的叠加最终形成具有一定视场角的散斑。但对于每个衍射级次内的光束还可以近似看作是平行光，即对于缩小镜头140来讲，由衍射光学元件130出射的不同衍射级次的光线都以平行光的方式入射缩小镜头140，只不过不同的衍射级次的光束是以不同的入射角入射到缩小镜头140的，其入射的角度与衍射级次相关，其中，角度可由光栅方程算出，例如，如图4所示，第一光束210，第二光束220，第三光束230分属不同的衍射级次，分别以不同的角度入射到缩小镜头140中，但各衍射级次的光束还是平行光。当将第一正透镜141和负透镜142按照负透镜142至第一正透镜141的间距等于第一正透镜141的焦距与负透镜142的焦距的差值的绝对值的位置进行设置时，各衍射级次内的光束均是以平行光的方式入射第一正透镜141，并且以平行光的方式从负透镜142出射。即整个缩小镜头140是不具备焦距的。

可选的，预设缩小倍率等于负透镜142的焦距与第一正透镜141的焦距的比值。

示例的，预设缩小倍率在缩小镜头140为第一正透镜141和负透镜142的实施例中，如图2所示，其可以等于负透镜142的焦距与第一正透镜141的焦距的比值，其中，当第一正透镜141和负透镜142的焦点重合时，根据相似三角形的原理，可以推导得出其预设缩小倍率等于负透镜142的焦距与第一正透镜141的焦距的比值。例如，当本申请中的激光发射模组100在远距离应用时，缩小镜头140以预设缩小倍率为0.5的平方减小光束的面积(散斑点图案260所形成的面积)，而不会显著影响光束中包含的总能量。那么设置有缩小镜头140的激光发射模组100(即本申请中的激光发射模组100)的结构相较于无缩小镜头140的激光发射模组100，其单位面积内的光斑点数量将增加4倍，光斑直径减小0.5倍，光斑能量密度将提升4倍。如图7和图8所示，在相同距离下，缩小后的散斑点图案260面积较未缩小的散斑点图案260明显变小，且单位面积内的散斑点数量较多，能量密度较大。可很好的解决激光发射模组100在远距离时单位面积内的散斑点数量少、光斑能量密度低等问题，有效的改善了激光发射模组100在远距离投射时散斑点图案260的质量，提高了其清晰度和对比度。此外，还可以通过调整第一正透镜141和负透镜142的焦距，从而改变预设缩小倍率的值，实现对视场角和光斑直径的倍率进行不同程度的缩小。

可选的，第一正透镜141为双凸透镜，负透镜142为平凹透镜。

示例的，如图2所示，第一正透镜141可以是双凸透镜，由于双凸透镜两边的焦距一致，可以降低安装时的要求，提高安装效率。同时，双凸透镜在聚焦光路时具有两个有效的曲率变量，可以互相配合更好的消除像差。负透镜142采用平凹透镜可以有效的降低制造成本。此外，在本申请的其它实施例中，第一正透镜141还可以是平凸透镜，负透镜142还可以是双凹透镜。

其中的另一种为：

可选的，缩小镜头140包括第二正透镜143和第三正透镜144；从衍射光学元件130出射的光束依次经第二正透镜143和第三正透镜144汇聚后投射，其中，第三正透镜144至第二正透镜143的间距大于第二正透镜143的焦距。

示例的，如图3所示，缩小镜头140包括第二正透镜143和第三正透镜144。其中，两者的设置位置如图3所示，按照光线传播的路径，第三正透镜144位于第二正透镜143之后。从衍射光学元件130出射的光束先入射至第二正透镜143，在第二正透镜143的汇聚作用下，光束向第二正透镜143的主光轴上的焦点方向进行汇聚，为实现缩小经衍射光学元件130出射的光束的视场角和其光斑的直径的目的，第三正透镜144的光心的设置位置应位于第二正透镜143的焦点之外，即第三正透镜144至第二正透镜143的间距应大于第二正透镜143的焦距。经过第二正透镜143汇聚后的光束朝向第二正透镜143的焦点处传播，在到达第二正透镜143的焦点后，该光束会以一角度以扩散的方式入射至第三正透镜144，在第三正透镜144的汇聚作用下，将经过第二正透镜143的焦点后处于扩散的光束以一定的角度进行汇聚，包括三种汇聚情况：

第一种，汇聚后的光束为汇聚的光束，此时，需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。

第二种，汇聚后的光束仍为发散的光束，此时，需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。

第三种，汇聚后的光束为平行光束，也同样需要确保该光束在目标空间处所形成的光斑直径小于入射缩小镜头140前的每束平行光束在目标空间内所形成的光斑的直径。如图3所示。

即通过第二正透镜143和第三正透镜144进行组合的方式，实现缩小经衍射光学元件130出射的光束的视场角和其光斑的直径的目的，该种结构简单，同时，制造的成本也较低。

可选的，第二正透镜143和第三正透镜144的间距等于第二正透镜143的焦距与第三正透镜144的焦距之和。

示例的，当第二正透镜143和第三正透镜144的间距设置为两正透镜的焦距之和时，即两透镜的焦点重合，可以使得入射第二正透镜143的平行光束在经过第三正透镜144出射时，仍然能够以平行光束的形式出射，只是出射的平行光束的直径小于入射的平行光束的直径。其中，根据正透镜的焦距定义，此处的第二正透镜143和第三正透镜144的焦距值应均为正值。采用平行光入射，并以平行光的形式出射，可以使得出射后的平行光束的直径基本不再发生变化，即其最终在目标空间内所投射形成的散斑点的直径基本处于一恒定值，不会因目标空间位置的改变导致其所形成的散斑点的直径发生变化，降低了对待测物体500位置的限制，提高了激光发射模组100的应用范围。

当第二正透镜143和第三正透镜144的焦点重合时，根据相似三角形原理，可以推导得出在缩小镜头140为第二正透镜143和第三正透镜144的实施例中，其预设缩小倍率等于第三正透镜144与第二正透镜143的比值。便于操作人员根据实际需求，灵活调整缩小的倍率。

可选的，光源组件110包括矩阵排列设置的多个垂直腔面发射激光器。

示例的，当光源组件110为垂直腔面发射激光器时，其可以是一个，也可以是两个、多个的形式。当为两个时，其间隔设置，设置的间距可以是5微米至50微米之间。当为多个时，其可以是随机设置，即呈不规则的二维图案设置，也可以是呈矩阵的形式排列设置，即呈二维图案排列的二维光源，设置的间距可以是5微米至50微米之间。如图6所示，仅给出了数量为9个时的布设方式。需要说明的是，垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型激光)是一种半导体，其激光垂直于顶面射出。采用VCSEL相比传统光源，具有体积小，发散角小和能量集中等优点，进一步的提高本申请中激光发射模组100在远距离的目标空间中投射出高清晰度、高对比度的图案。此外，图7和图8中的黑色宫格线条是便于描述和对比依靠人为分别对应9个VCSEL划定的散斑点成像区域，其实际并不存在。

可选的，准直镜120包括微透镜阵列；微透镜阵列中的多个微透镜单元与多个垂直腔面发射激光器一一对应设置。

示例的，准直透镜为微透镜阵列(MLA)，MLA中每个微透镜单元对应一个VCSEL，每一个VCSEL位于与其对应的MLA的焦距上。可以从一定程度上降低多个VCSEL之间的光线干扰，提高准直镜120的准直效果。

本发明实施例的另一方面，提供了一种3D成像装置，包括接收模组400、处理模组300以及上述任一种的激光发射模组100，接收模组400与激光发射模组100于同一基准面设置，接收模组400用于采集激光发射模组100投射的散斑点图案260，处理模组300与接收模组400电连接，用于根据散斑点图案260计算得出深度图像。

示例的，将上述的激光发射模组100应用于3D成像中，如图5所示，同时还包括接收模组400和处理模组300。将接收模组400和激光发射模组100设置在同一基准面，由于激光发射模组100发出的光束具有一定的视场角，接收模组400在接收时，也是对于一定角度范围内的图案进行接收，因此，目标空间应刚好位于接收模组400和激光发射模组100相互交叠的范围内，从而便于准确的识别和接收。在激光发射模组100向目标空间内投射形成散斑点图案260后，由于该散斑点图案260是经过缩小镜头140以预设缩小倍率进行缩小后呈现在目标空间内的，故，整个散斑点图案260的面积会进行缩小，以此来增加单位面积内的散斑点密度，同时，将形成每个散斑点的光束的直径缩小，以此来提高每个散斑点的能量密度，从而在3D成像装置在远距离应用时，有效的提高激光发射模组100在目标空间内所投射的散斑点图案260的纹理清晰度、对比度等等，从而使得接收模组400采集到更加清晰的图像，便于与接收模组400电连接的处理模组300根据清晰、高对比度的散斑点图案260计算分析得出更加精确的目标空间内物体的深度信息，实现精度较高的深度信息测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种激光发射模组，其特征在于，包括：光源组件、准直镜、衍射光学元件以及缩小镜头；从所述光源组件出射的光束经所述准直镜后入射所述衍射光学元件，从所述衍射光学元件出射的光束经所述缩小镜头以预设缩小倍率将经所述衍射光学元件出射的光束的视场角缩小后在目标空间形成散斑点图案。

2.如权利要求1所述的激光发射模组，其特征在于，所述缩小镜头包括第一正透镜和负透镜；从所述衍射光学元件出射的光束经所述第一正透镜汇聚后由所述负透镜扩束投射，其中，所述负透镜至所述第一正透镜的间距小于所述第一正透镜的焦距。

3.如权利要求2所述的激光发射模组，其特征在于，所述负透镜至所述第一正透镜的间距等于所述第一正透镜的焦距与所述负透镜的焦距之和的绝对值。

4.如权利要求3所述的激光发射模组，其特征在于，所述预设缩小倍率等于所述负透镜的焦距与所述第一正透镜的焦距的比值。

5.如权利要求2至4任一项所述的激光发射模组，其特征在于，所述第一正透镜为双凸透镜，所述负透镜为平凹透镜。

6.如权利要求1所述的激光发射模组，其特征在于，所述缩小镜头包括第二正透镜和第三正透镜；从所述衍射光学元件出射的光束依次经所述第二正透镜和所述第三正透镜汇聚后投射，其中，所述第三正透镜至所述第二正透镜的间距大于所述第二正透镜的焦距。

7.如权利要求6所述的激光发射模组，其特征在于，所述第二正透镜和所述第三正透镜的间距等于所述第二正透镜的焦距与所述第三正透镜的焦距之和。

8.如权利要求1所述的激光发射模组，其特征在于，所述光源组件包括矩阵排列设置的多个垂直腔面发射激光器。

9.如权利要求8所述的激光发射模组，其特征在于，所述准直镜包括微透镜阵列；所述微透镜阵列中的多个微透镜单元与多个所述垂直腔面发射激光器一一对应设置。

10.一种3D成像装置，其特征在于，包括接收模组、处理模组以及如权利要求1至9任一项所述的激光发射模组，所述接收模组与所述激光发射模组于同一基准面设置，所述接收模组用于采集所述激光发射模组投射的散斑点图案，所述处理模组与所述接收模组电连接，用于根据所述散斑点图案计算得出深度图像。

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