CN111505832B - 光学组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学组件，适用于具有一光源的深度相机，所述光学组件包括，一具有微透镜阵列的匀光元件，所述匀光元件被设于该光源的光束传播路径上，用于对该深度相机的该光源所发出的光场进行调制，以形成不会产生干涉明暗条纹的光束；和一接收镜头，所述接收镜头与所述匀光元件的视场角相适配，经过所述匀光组件的至少一部分光束在被目标物体反射后进入所述接收镜头。所述光学组件有益于获取目标物体完整、清晰的图像信息。

Description

光学组件
技术领域
本发明涉及光学领域，进一步地涉及一种光学组件，适用于深度相机。
背景技术
随着科技的发展，深度相机技术得到了极大的发展，并且被广泛地应用于智能手机、智能家居、智能汽车、安防设备、VR/AR手势交互以及智能机器人等领域。
基于TOF(Time of flight)时间飞行技术的TOF深度相机是深度相机中的一种，TOF深度相机的工作原理是，通过光发射单元发射出光束至位于一定视场角内的目标物体，光束在被目标物体反射后被光接收单元获取，基于发射单元发射出的光束对被光接收单元所获取的光线进行分析，以获取目标物体的深度信息。
可以理解的是，为了确保所获取的深度信息的完整性和可靠性，TOF深度相机所发射的光线应当按照一定的光场分布照射至视场范围内，然后通过光接收单元获取，并在接收端形成均匀的光场。也就是说，所述深度相机的发射端和接收端相互配合后最终在一定视场角范围内形成均匀的光场，以获得一定视场角内的目标物体的待测量的每个点位的深度信息，减少或者避免出现盲点、坏点或缺失点等。
综上所述，如何能够使得TOF深度相机的发射端和接收端相配合，以得到目标物体的更为完整、可靠的深度信息，以供提高摄像的质量，是TOF深度相机进一步发展所亟待解决的问题。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一光学组件，其有益于提高所获取的光场的可靠性和完整性。
本发明的另一个优势在于提供一光学组件，所述光学组件适于与一光发射装置相配合，以供提高所获取的图像信息的可靠性和完整性。
本发明的另一个优势在于提供一光学组件，所述光学组件用于对光发射装置所发出的光场进行调制，并接收经过目标物体反射的经过调制后的光场，以供提高所获取的图像信息的完整性和可靠性。
本发明的另一个优势在于提供一光学组件，所述光学组件包括一匀光元件和与所述匀光元件的视场角相适应的一接收镜头，所述匀光元件被设于光源的光束传播路径上，用于对光场进行调制，在被目标物体反射后进入所述接收镜头，以获取该目标物体的图像信息。
本发明的另一个优势在于提供一光学组件，所述光学组件结构简单，使用方便。
相应地，为了实现以上至少一个发明优势，本发明提供一种光学组件，适用于具有一光源的深度相机，所述光学组件包括：
一具有微透镜阵列的匀光元件，所述匀光元件被设于该光源的光束传播路径上，用于对该深度相机的该光源所发出的光场进行调制，以形成不会产生干涉明暗条纹的光束；和
一接收镜头，所述接收镜头与所述匀光元件的视场角相适配，经过所述匀光组件的至少一部分光束在被目标物体反射后进入所述接收镜头。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的视场角在水平方向和竖直方向的取值范围均在1至150度范围内。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的视场角在水平方向和竖直方向的角度范围为大于或等于70°。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐减小，所述接收镜头在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐增大。
在本发明的一些优选实施例中，所述中央预设视场角范围是水平方向和竖直方向0°至20°。
在本发明的一些优选实施例中，接收镜头的焦距的范围是1mm至20mm。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的F数的范围是0.6至10。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的成像圆直径大于6mm。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的光学畸变的范围为-10％-10％。。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头适配光谱为800-1100nm的光源。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头的光学总长小于或等于100mm，光学后截距大于或等于0.1mm。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件的视场角在水平方向和竖直方向的取值范围均在1至150度范围内。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件在水平和竖直方向的输出光强度分布由输出光强度和角度关系表示为cos^(-n)，其中n的取值被预设为在0至20范围内。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件的透过率在80％以上。
在本发明的一些优选实施例中，在所述视场角内的光功率在透过所述匀光元件的总功率的占比为60％以上。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件的总厚度被预设在0.1mm至10mm范围以内，其中所述微透镜阵列的厚度被预设为在5um至300um之间。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件的总尺寸被预设为0.1至300mm之间，其中所述微透镜阵列的有效区域的边长尺寸范围被预设为0.05至300mm之间。
在本发明的一些优选实施例中，所述匀光元件包括一基板，其中所述微透镜阵列被形成于所述基板的表面。
在本发明的一些优选实施例中，所述接收镜头是基于TOF技术的接收光学镜头。
本发明的其他目的和优势将通过具体实施方式和权利要求的内容进一步体现。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的深度相机的框图示意图。
图2是根据本发明的一个优选实施例的深度相机的光线传播路径示意图。
图3是根据本发明的一个优选实施例的满足参数表所示规格的所述匀光元件的水平方向输出光强度。
图4是根据本发明的一个优选实施例的满足参数表所示规格的所述匀光元件的垂直方向输出光强度。
图5是根据本发明的一个优选实施例的接收镜头的结构示意图。
图6A和图6B是根据本发明的一个优选实施例的接收镜头水平方向和垂直方向接收光强度。
图7是根据本发明的一个优选实施例的满足参数表所示规格的所述匀光元件在1m处的输出光照度。
图8是根据本发明的一个优选实施例的接收装置和光学组件的框图示意图。
图9是根据本发明的一个优选实施例的匀光元件的坐标示意图。
图10是根据本发明的一个优选实施例的第一种实施方式的匀光元件的矩形微透镜阵列的平面示意图。
图11是根据本发明的一个优选实施例的第一种实施方式的匀光元件的圆形微透镜阵列的平面示意图。
图12是根据本发明的一个优选实施例的第一种实施方式的匀光元件的三角形微透镜阵列的平面示意图。
图13是根据本发明的一个优选实施例的第一种实施方式的匀光元件的微透镜阵列的结构示意图。
图14是根据本发明的一个优选实施例的第一种变形实施方式的匀光元件的光强分布曲线。
图15是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的匀光元件中的坐标示意图。
图16是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的匀光元件的方形的微透镜阵列的平面示意图。
图17是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的所述匀光元件的三角形的微透镜阵列的平面示意图。
图18是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的所述匀光元件的梯形的微透镜阵列的平面示意图。
图19是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的匀光元件的微透镜阵列的结构示意图。
图20是根据本发明的一个优选实施例的第二种实施方式的匀光元件的光强分布曲线。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于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。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考说明书附图1至图20，本发明所提供的TOF深度相机被阐述。所述TOF深度相机包括一光发射装置10、以及一接收装置30，所述光发射装置10所发出的光线照射到目标物体，被目标物体反射后进入所述接收装置30，以获取所述目标物体的图像信息。
本发明的所述TOF深度相机包括一光学组件20，包括一匀光元件21和一接收镜头22，并且所述匀光元件21和所述接收镜头22的视场角相匹配。所述匀光元件21被设于所述光源11所发出的光传播路径上，所述光源11所发出的光在到达所述目标物体之前经过所述匀光元件21。被所述目标物体所反射的光经过所述接收镜头22之后进入所述接收装置30，以供获取所述目标物体的图像信息。
本发明的所述匀光元件21和所述接收镜头22分别是所述光发射装置10和所述接收装置30的部件。更具体地，所述光发射装置10包括一光源11和所述匀光元件21，并且可选地还可包括一发射镜头12如准直镜头。所述光源11用于发出光场，并且所述光源11所发出的光场经过所述发射镜头12和所述匀光元件21射出。在被所述目标物体反射后再进入所述接收装置30，以获取所述目标物体的图像信息。
所述接收装置30可以实施是一近红外摄像装置，并且包括所述接收镜头22、一TOF传感器32、一线路板33以及一壳体34，其中所述匀光元件21、所述光源11、所述接收镜头22、所述TOF传感器32以及所述线路板33均被安装于所述壳体34，其中所述匀光光束经目标场景反射的反射光经所述接收镜头22到达所述TOF传感器32，并转化为电信号传递至所述电路板33，其中所述线路板33被电连接于所述光源11、所述接收镜头22以及所述TOF传感器32，其中所述线路板33用于处理获得深度信息。所述线路板33被电连接于所述应用终端，以传递所述图像信息至所述应用终端。换句话说，所述接收模组30基于TOF技术获取目标场景的深度信息，并反馈至所述应用终端。
需要指出的是，所述匀光元件21和所述结构镜头22的视场角相匹配指的是，经过所述光学组件20射出的光场在经过目标物体的反射后至少一部分光线能够进入所述接收镜头22。
参考说明书附图5，优选地，所述接收镜头22是一种TOF光学镜头，该TOF光学镜头包括置于镜筒内的光学构件，如1片或多片透镜。例如在一个具体示例中，所述光学构件从物面至像面依次设有第一正光焦度弯月透镜L1；第二负光焦度弯月透镜L2；第三负光焦度双凹透镜L3；第四正光焦度双凸透镜L4；第五正光焦度双凸透镜L5；孔径光栏S1；第六正光焦度双凸透镜L6和第七负光焦度弯月透镜L7构成的胶合镜片；第八正光焦度弯月透镜L8；以及位于像面之前的平行玻璃平板P1。
具体地，所述第一正光焦度弯月透镜L1与所述第二负光焦度弯月透镜L2之间的间距为0.05-0.15mm；所述第二负光焦度弯月透镜L2与所述第三负光焦度双凹透镜L3之间的间距为3.0-3.5mm；所述第三负光焦度双凹透镜L3与所述第四正光焦度双凸透镜L4之间的间距为0.05-0.15mm；所述第四正光焦度双凸透镜L4与所述第五正光焦度双凸透镜L5之间的间距为0.05-0.15mm；所述第五正光焦度双凸透镜L5与所述第六正光焦度双凸透镜L6之间的间距为4-5mm；所述第七负光焦度弯月透镜L7与所述第八正光焦度弯月透镜L8之间的间距为0.05-0.15mm。
进一步地，设定所述接收镜头22的焦距为f；所述第一正光焦度弯月透镜L1的焦距为f1；所述第二负光焦度弯月透镜L2的焦距为f2；所述第三负光焦度弯月透镜L3的焦距为f3；所述第四正光焦度双凸透镜L4和所述第五正光焦度双凸透镜L5的组合焦距为fa；所述第八正光焦度弯月透镜L8的焦距为f8；并且上述焦距满足如下关系：3.0<f1/f<5.0；-1.5<f2/f<-1；0.5<fa/f<2；1<f8/f<4.5。
在本优选实施例中，所述第四片正光焦度双凸透镜L4、所述第五正光焦度双凸透镜L5以及所述第八正光焦度弯月透镜L8的玻璃材料折射率分别为n4、n5以及n8，并且满足如下关系：1.5<n4<2.0，1.5<n5<2.0，1.5<n8<2.0。
在本实施例中光学面序号S1表示所述第一正光焦度弯月透镜L1靠近物面的一光学面，光学面序号S2表示所述第一正光焦度弯月透镜L1靠近像面的一光学面；光学面S3表示所述第二负光焦度弯月透镜L2靠近物面的一光学面，光学面S4表示所述第二负光焦度弯月透镜L2靠近像面的一光学面；光学面S5表示所述第三负光焦度双凹透镜L3靠近所述物面的一光学面，光学面S6表示所述第三负光焦度双凹透镜L3靠近所述像面的一光学面；光学面S7表示所述第四正光焦度双凸透镜L4靠近所述物面的一光学面，光学面S8表示所述第四正光焦度双凸透镜14靠近所述像面的一光学面；光学面S9表示所述第五正光焦度双凸透镜L5靠近所述物面的一光学面，光学面S10表示所述第五正光焦度双凸透镜L5靠近所述像面的一光学面；光学面S12表示所述第六正光焦度双凸透镜L6靠近所述物面的一光学面，光学面S13表示所述第六正光焦度双凸透镜L6靠近所述像面的一光学面；光学面S14表示所述第七负光焦度弯月透镜L7靠近所述像面的一光学面；光学面S15表示所述第八正光焦度弯月透镜L8靠近所述物面的一光学面，光学面S16表示所述第八正光焦度弯月透镜L8靠近所述像面的一光学面。厚度表示所在光学面与下一个光学面之间的中心间距，其中，所述第六正光焦度双凸透镜L6及所述第七负光焦度弯月透镜L7构成的胶合镜片表示的双胶合透镜中部表面重合面为S13，所述第七负光焦度弯月透镜L7朝向像侧的一面为S15，折射率对应于所述透镜的折射率。
所述第一正光焦度弯月透镜L1的S1曲面的R值范围是14-15mm，厚度范围是1.75-1.85mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是33-38。
所述第一正光焦度弯月透镜L1的S2曲面的R值范围是65-75mm，厚度范围是0.1-0.3mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是33-38。
所述第二负光焦度弯月透镜L2的S3曲面的R值范围是9-12mm，厚度范围是0.5-1mm，玻璃折射率是1.8-1.9，玻璃阿贝数的范围是20-26。
所述第二负光焦度弯月透镜L2的S4曲面的R值范围是3-3.5mm，厚度范围是3-3.5mm，玻璃折射率是1.85-1.9，玻璃阿贝数的范围是20-26。
所述第三负光焦度双凹透镜L3的S5曲面的R值范围是-4.0至-3.5mm，厚度范围是0.5-1.5mm，玻璃折射率是1.75-1.85，玻璃阿贝数的范围是20-25。
所述第三负光焦度双凹透镜L3的S6曲面的R值范围是15至20mm，厚度范围是1.5-2.0mm，玻璃折射率是1.75-1.85，玻璃阿贝数的范围是20-25。
所述第四正光焦度双凸透镜L4的S7曲面的R值范围是22-25mm，厚度范围是1.5-2.0mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是30-38。
所述第四正光焦度双凸透镜L4的S8曲面的R值范围是-6.0至-5.5mm，厚度范围是0.05-0.15mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是30-38。
所述第五正光焦度双凸透镜L5的S9曲面的R值范围是5-10mm，厚度范围是1-2mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是30-38。
所述第五正光焦度双凸透镜L5的S10曲面的R值范围是-90至85mm，厚度范围是2-3mm，玻璃折射率是1.85-1.95，玻璃阿贝数的范围是30-38。
所述第六正光焦度双凸透镜L6的S12曲面的R值范围是30-35mm，厚度范围是1.5-2.0mm，玻璃折射率是1.5-1.7，玻璃阿贝数的范围是50-60。
所述第六正光焦度双凸透镜L6的S13曲面的R值范围是-3.0至-2.5mm，厚度范围是0.5-1.0mm，玻璃折射率是1.9-2.0，玻璃阿贝数的范围是15-20。
所述第七负光焦度弯月透镜L7的S14曲面的R值范围是-10至-9，厚度范围是0.5-1.5mm，玻璃折射率是1.5-1.7，玻璃阿贝数的范围是15-20。
所述第八正光焦度双凸透镜L8的S15曲面的R值范围是8-12mm，厚度范围是1.1-1.5mm，玻璃折射率是1.5-2.0，玻璃阿贝数的范围是40-45。
所述第八正光焦度双凸透镜L8的S16曲面的R值范围是300-320mm，厚度范围是2.5-5mm，玻璃折射率是1.5-2.0，玻璃阿贝数的范围是40-45。
进一步地，所述接收镜头22的具体性能参数为：焦距为1mm至20mm；F数为0.6至10；视场角≥70°；成像圆直径大于6.0mm；光学畸变的范围为-10％-10％。；适配光源光谱800-1100nm；光学总长TTL≤100mm，光学后截距≥0.1mm；所述接收镜头22尤其适用于100万像素高分辨率TOF芯片。
需要指出的是，所述接收镜头22具有较高的分辨率，能够满足100万像素TOF芯片的MTF需求。所述接收镜头22还具有很低的光学畸变，能够满足部分TOF低畸变要求的应用场景。
参考说明书附图6A和图6B，其显示有所述接收镜头22在水平方向接收光强与视场角之间的对应关系，但得一提的是，所述匀光元件21在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐减小，所述接收镜头22在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐增大，这样通过所述接收镜头22和所述匀光元件的搭配，减小曝光不均，提高成像质量。例如，在水平方向和竖直方向的中央预设视场角范围是0°至20°的视场角范围内。
优选地，所述光源11被实施为激光发射单元，用于发出激光光束，所述光束如红外光。或者，所述光源11可以被实施为激光发射阵列，或者垂直腔面激光发射器。所述光源11能够被预设朝向一定的角度或者方向发射所述光束，其中所述光束应按一定的光场分布照射至所需的视场角范围内。所述光源11发射的所述光束具备一定的波长，其中所述光源11发射的所述光束的波长范围大致为800nm至1100nm以内。根据不同的摄像需求，所述光源11发射的所述光束的波长一般被预设为808nm、830nm、850nm、860nm、940nm、945nm、975nm、980nm或者1064nm等，在此不受限制。
如图2所示，进一步地，所述匀光元件21被设置于所述光源11的发出所述光束的前端，且所述匀光元件21与所述光源11的发光面之间保持一间距D1。在拍摄时，所述光源11发射的所述光束经所述匀光元件21的匀光作用形成所述匀光光束，其中所述匀光光束以一定视场角地照射至目标场景，其中所述匀光光束不会发生干涉而形成明暗条纹，即形成具有连续的特定光强分布的所述匀光光束，以供最终形成均匀的光场。换句话说，所述光束经所述匀光元件21处理后形成不会发生干涉而形成明暗条纹的所述匀光光束，使得所述接收装置30形成均匀的光场，以供测得目标物体的每个点位的深度信息，减少或者避免出现盲点、坏点或缺失点等，使得所述图像信息更加完整、可靠，从而提高摄像质量。
所述匀光元件21包括一基板211和被形成于所述基板211的表面的一随机规则化微透镜阵列212，其中所述微透镜阵列212由一组微透镜单元2121随机规则排布组成，其中各所述微透镜单元2121的部分参数或者随机变量均不相同，而非周期性规则排布。所述光源11所发出的光线经所述微透镜阵列212作用后形成匀光光束，由于各所述微透镜单元2121各不相同，且非周期性规则排布，因此不同于传统的规则排布的微透镜阵列，有效地避免了光束经传统的规则微透镜阵列发生干涉而形成明暗条纹的问题，使得所述匀光光束之间不会发生干涉而形成明暗条纹，从而减少或避免了目标场景的部分点位或区域无法被光束充分均匀照射的现象，即确保了目标场景的每个点位均能够被光束充分照射，保证了深度信息的完整性和可靠性，有利于提高所述增维信息获取装置的摄像质量。
换句话说，各所述微透镜单元2121的部分参数或随机规则变量分别在一定的范围内随机规则变化被预设，使得各所述微透镜单元2121分别具备随机规则化的形状尺寸或者空间排布方式，即任意两个所述微透镜单元2121之间的形状尺寸互不相同，且排布方式不规则，以防止光束在空间传播时产生干涉，以提高匀光效果，从而满足对所需求的目标场景的光斑散射图样和光强分布的调控。
优选地，所述微透镜单元2121具有非球面面型，其为具有光焦度作用的光学结构。举例地，所述微透镜单元2121可以是凹面型透镜，也可以是凸面型透镜，在此不做具体限制。通过对所述微透镜单元2121的部分参数或变量进行随机规则化处理即调制过程，以实现对所需求的目标场景的光斑图样和光强分布的调控。所述微透镜单元2121的部分参数包括但不限于曲率半径、圆锥常数、非球面系数、所述微透镜单元2121的有效通光孔径的形状和尺寸即所述微透镜单元2121在X-Y平面上的截面轮廓、所述微透镜单元2121的空间排布以及所述微透镜单元2121沿Z轴方向的表面面型等变量。
根据不同的应用场景的摄像需求，所述微透镜阵列212的所述微透镜单元2121的部分参数或变量被预设为在相应的范围内随机规则取值，以实现对相应的目标场景的光场的光斑图样和光强分布的调控，以相匹配地适应于不同的摄像场景。
所述微透镜阵列212被形成于所述基板211的表面，如所述基板211的相背于所述光源11的一侧表面。或者，本实施例中，优选地，所述微透镜阵列212被形成于所述基板211的相近于所述光源11的一侧表面。所述基板211可由透明材料制成，如塑料材料、树脂材料或者玻璃材料等。为了避免所述光束直接透过所述基板211向前传播，所述微透镜阵列212应尽可能地完全覆盖于所述基板211的表面，使得所述光源11产生的所述光束尽量全部地经所述微透镜阵列212向前传播。换句话说，所述微透镜阵列212的所述微透镜单元2121在所述基板211表面尽可能地紧密排布，表面覆盖率尽可能地高。
为了得到较为完整、可靠的深度信息，提高摄像质量，本实施例提供了所述匀光元件21的部分规格参数的取值范围。
所述匀光元件21基于光折射原理，使所述光束经所述匀光元件21折射后形成不会发生干涉而形成明暗条纹的所述匀光光束。即所述光束经所述匀光元件21折射并透射后形成所述匀光光束并投射至所述目标场景。
所述匀光元件21视场角的取值范围基本为在水平和竖直方向1至150度以内。根据不同的摄像需求，所述视场角的取值范围也能够被预设调整。举例地，对于一些移动端的深度增维信息获取装置，所述深度相机被预设在40至90度的视场角范围内形成均匀的光场。或者，对于某些特殊应用场景下，例如所述深度相机被应用于家用智能扫地机器人，所述深度相机相应地被预设为在指定视场角范围内形成均匀的光场，以确保该家用智能扫地机器人的准确性和可靠性。
相应地，所述接收镜头22的视场角取值范围也基本为在水平和竖直方向1至150度以内，以供与所述匀光元件21的视场角相匹配。
所述深度相机的水平和竖直方向的输出光强度分布由输出光强度和角度关系表示为cos^(-n)，其中n的取值与所述视场角和所述深度相机的传感器的特性相关。本实施例中，n的取值被预设为在0至20范围内，即水平和竖直方向的所述输出光强分布由输出光强度和角度关系表示为在cos^(0)至cos^(-20)范围以内。熟知本领域的技术人员应当理解的是，所述输出光强分布还可以由其他形式的表示式界定范围，本实施例中仅作为举例，而且根据不同的摄像需求或者目标场景，所述深度相机的所述输出光强分布能够被做相应的调整，在此不受限制。
所述匀光元件21的透过率基本大于等于80％，即所述匀光光束与所述光束的辐射能之比大于等于80％，或总发射功率与总输入功率的比值。众所周知，透过率通常与所述匀光元件21的材质属性有很大的关系。因此，根据不同的摄像需求或者应用场景的不同，为提供合适的透过率，所述匀光元件21可由相对应的透过率的材料制成或者组合材料制成等，优选地，所述匀光元件21的透过率大于等于90％。
所述深度相机的窗口效率被定义为所述视场角内的光功率在透过所述匀光元件21的总光功率中的占比，在一定程度上代表了所述匀光元件21的能量利用率，且所述窗口效率的值越高也好。在本实施例中，所述深度相机的所述窗口效率的值在60％以上，优选地，所述窗口效率的值在70％以上。
基于所述光源11发射的所述光束的波长，所述匀光元件21的工作波长范围被优选地预设为在所述光源11发射的所述光束的波长基础上设定±10nm的公差，以适应所述光源11发射的所述光束的波长在目标场景的环境变化下的漂移，保证摄像质量。可以理解的是，所述匀光元件21的工作波长范围可以被预设为在所述光束的波长基础上设定±20nm的公差。
根据所述深度相机所应用的场景或者应用终端的种类的不同，所述匀光元件21与所述光源11的发光面之间的间距D被预设为相应的距离值。在本实施例中，所述间距D被预设在0.1mm至20mm之间，在不同的应用场景中，所述间距D的值会有所不同。举例地，所述深度相机被应用于手机移动端，为了满足小型化需求，所述深度相机的体积或尺寸应尽量地缩小，因此，所述匀光元件21与所述光源11之间的所述间距D一般被控制在0.5mm以下，优选地，所述间距D为0.3mm左右。又例如，所述深度相机被应用于家用智能扫地机器人，由于家用智能扫地机器人对所述深度相机的体积或尺寸的容忍度相对较高，所述匀光元件21与所述光源11之间的所述间距D可以被预设为几毫米，甚至几十毫米，在此不受限制。
所述匀光元件21的总厚度基本在0.1mm至10mm范围内，即所述微透镜阵列212与所述基板211的厚度之和。进一步地，所述匀光元件21的所述微透镜阵列212的厚度优选为在5um至300um之间。
为保证形成均匀的光场，基于不同的应用场景或者所述深度相机的结构，所述匀光元件21的总尺寸范围基本为0.1mm至300mm之间，其中所述微透镜阵列212的有效区域的边长尺寸范围基本为0.05mm至300mm之间。所述微透镜阵列212的有效区域指的是所述光束经所述微透镜阵列212形成所述匀光光束的区域，即各所述微透镜单元2121所排布组成的总区域。优选地，所述微透镜阵列212的排布面积与所述基板211的水平面积基本相等。
以上，为本实施例提供的所述深度相机的部分规格参数的取值范围的举例，当然，根据实际的摄像需求或者不同的应用场景，所述深度相机的部分规格参数的取值范围能够做适应性地调整，在此不受限制。
如下表1所示为本实施提供的所述深度相机的所述匀光元件21的部分规格参数表：
表1
Figure BDA0002476597440000121
Figure BDA0002476597440000131
如图3所示是应用于所述应用终端的所述深度相机的满足上述参数表所示规格的所述匀光元件21的水平方向输出光强度。
如图4所示是应用于所述应用终端的所述深度相机的满足参数表所示规格的所述匀光元件21的垂直方向输出光强度。
如图7所示是应用于所述应用终端的所述深度相机的满足上述参数表所示规格的所述匀光元件21的在1m处的输出光照度。
可以理解的是，所述光发射装置10和所述接收装置30可以是多组，从而提供多组三维信息，即所述深度相机可以被实施为双摄、三摄以及四摄或者更多摄的增维信息获取装置，在此不受限制。。
所述匀光元件21的所述微透镜阵列212的制造方法，包括步骤：
101：在所述基板211的表面划分各所述微透镜单元2121所在的区域103，其中各所述微透镜单元2121所在的区域103的截面形状或尺寸各不相同，如图9所示；
102：对整个所述微透镜阵列212建立全局坐标系(X，Y，Z)，对每个单独的所述微透镜单元2121分别建立本地坐标系(xi，yi，zi)，且所述本地坐标系的中心坐标为(x0，y0，z0)；以及
103：对于每个所述微透镜单元2121，其沿Z轴方向的表面面型用一曲面函数f表示：
Figure BDA0002476597440000141
其中，ρ2＝(xi-x0)2+(yi-y0)2.
其中，R是所述微透镜单元2121的曲率半径，K是圆锥常数，Aj是非球面系数，ZOffset是每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量。
需要指出的是，所述微透镜单元2121的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj根据所述应用终端所使用的应用场景在相应的一定范围内随机规则化取值。在对所述微透镜单元2121的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj等参数在预定范围内进行随机规则化处理的基础上，其中所述微透镜单元2121的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj等参数在一定范围内进行随机规则化处理，将每个所述微透镜单元2121的坐标从所述本地坐标系(xi，yi，zi)转换到所述全局坐标系(X，Y，Z)中，使得每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset在一定范围内进行随机规则化处理，以使每个所述微透镜单元2121在Z轴方向的表面面型均是随机规则化的，避免了光束产生干涉，以此达到匀光效果。
其中各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状选自一组或多组：矩形、圆形、三角形、梯形、多边形或者其他不规则形状，在此不受限制。
如图10所示为本实施例的所述微透镜阵列212所在的区域的截面形状为矩形的平面示意图。如图11所示为本实施例的所述微透镜阵列212所在的区域的截面形状为圆形的平面示意图。如图12所示为本实施例的所述微透镜阵列212所在的区域的截面形状为三角形的平面示意图。
根据不同的所述应用终端所使用的应用场景的需求，所述匀光元件21的所述微透镜阵列212的各所述微透镜单元2121的部分参数或变量的取值范围大致为：各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面，其中每个所述微透镜单元2121的尺寸分别为在3um至250um范围内取值，曲率半径R为在±0.001至0.5mm范围内取值，圆锥常数K为在负无穷至+100范围内取值，每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.1至0.1mm范围内取值。
进一步地，本实施例提供了以下几种所述匀光元件21的所述微透镜阵列212的各所述微透镜单元2121的部分参数或变量在相应的一定范围内取值。如图13所示为适用于所述应用终端的所述深度相机的所述匀光元件21的所述微透镜阵列212的结构示意图。如图14所示是适用于所述应用终端的所述深度相机的所述匀光元件21的光强分布曲线。
对应于第一种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤101中，各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面，其中每个所述微透镜单元2121的尺寸分别为在45um至147um范围内取值，曲率半径R为在0.01至0.04mm范围内取值，圆锥常数K为在-1.03至-0.97范围内取值，每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.002至0.002mm范围内取值。
对应于第二种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤101中，各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121的尺寸分别为在80um至125um范围内取值，曲率半径R为在0.02至0.05mm范围内取值，圆锥常数K为在-0.99至-0.95范围内取值，每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.003至0.003mm范围内取值。
对应于第三种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤101中，各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121的尺寸分别为在28um至70um范围内取值，曲率半径R为在0.008至0.024mm范围内取值，圆锥常数K为在-1.05至-1范围内取值，每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.001至0.001mm范围内取值。
对应于第四种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤101中，各所述微透镜单元2121所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121的尺寸分别为在50um至220um范围内取值，曲率半径R为在-0.08至0.01mm范围内取值，圆锥常数K为在-1.12至-0.95范围内取值，每个所述微透镜单元2121所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.005至0.005mm范围内取值。
如图15至20所示，在本优选实施例的第二种实施方式中，进一步提供了另一种匀光元件21A的微透镜阵列212A的设计方法，包括步骤：
201：在所述基板211A的表面划分各所述微透镜单元2121A所在的区域104A，其中各所述微透镜单元2121A所在的区域104A的截面形状或尺寸基本一致，如图15所示；
202：对整个所述微透镜阵列212A建立全局坐标系(X，Y，Z)，对每个单独的所述微透镜单元2121A分别建立本地坐标系(xi，yi，zi)，且相对应的所述区域104A的中心坐标为(x0，y0，z0)，其中所述区域104A的中心坐标代表对应的所述微透镜单元2121A的初始中心位置；
203：设置每个所述微透镜单元2121A的真实中心位置为在所述区域104A的中心坐标在X轴、Y轴方向分别添加一个随机偏移量XOffset、YOffset；以及
204：对于每个所述微透镜单元2121A，其沿Z轴方向的表面面型用一曲面函数f表示：
Figure BDA0002476597440000161
其中，ρ2＝(xi-x0-XOffset)2+(yi-y0-YOffset)2。
其中，R是所述微透镜单元2121A的曲率半径，K是圆锥常数，Aj是非球面系数，ZOffset是每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量。
需要指出的是，所述微透镜单元2121A的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj根据所述应用终端所使用的应用场景在相应的一定范围内随机规则化取值。在对所述微透镜单元2121A的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj等参数在预定范围内进行随机规则化处理的基础上，其中所述微透镜单元2121的曲率半径R、圆锥常数K以及非球面系数Aj等参数在一定范围内进行随机规则化处理，将每个所述微透镜单元2121A的坐标从所述本地坐标系(xi，yi，zi)转换到所述全局坐标系(X，Y，Z)中，使得每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset在一定范围内进行随机规则化处理，以使每个所述微透镜单元2121A在Z轴方向的表面面型型均是随机规则化的，避免了光束产生干涉，以此达到匀光效果。
在所述步骤S01中，各所述微透镜单元2121A所在的区域的截面形状选自一组：矩形、圆形、三角形、梯形、多边形或者其他不规则形状，在此不受限制。
如图16所示为本实施例的所述微透镜阵列212A所在的区域的截面形状为方形的平面示意图。如图17所示为本实施例的所述微透镜阵列212A所在的区域的截面形状为三角形的平面示意图。如图18所示为本实施例的所述微透镜阵列212A所在的区域的截面形状为梯形的平面示意图。
根据不同的所述应用终端所使用的应用场景的需求，所述匀光元件21的所述微透镜阵列212A的各所述微透镜单元2121A的部分参数或变量的取值范围也被相应地预设。
进一步地，本实施例提供了以下几种所述匀光元件21的所述微透镜阵列212A的各所述微透镜单元2121A的部分参数或变量在相应的一定范围内取值。如图19所示为适用于所述应用终端的所述深度相机的所述匀光元件21的所述微透镜阵列212A的结构示意图。如图20所示是适用于所述应用终端的所述深度相机的所述匀光元件21的所述微透镜阵列212A的光强分布曲线。
对应于第五种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤201中，各所述微透镜单元2121A所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面，其中每个所述微透镜单元2121A的尺寸分别为在32um，曲率半径R为在0.009至0.013mm范围内取值，圆锥常数K为在-0.96至-0.92范围内取值，每个微透镜单元2121A的在X轴方向添加的随机偏移量XOffset为在-15至15um范围内取值，每个微透镜单元2121A的在Y轴方向添加的随机偏移量YOffset为在-20至20um范围内取值，每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.001至0.001mm范围内取值。
对应于第六种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤201中，各所述微透镜单元2121A所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121A的尺寸分别为在35um，曲率半径R为在0.01至0.015mm范围内取值，圆锥常数K为在-0.99至-0.93范围内取值，每个微透镜单元2121A的在X轴方向添加的随机偏移量XOffset为在-23至23um范围内取值，每个微透镜单元2121A的在Y轴方向添加的随机偏移量YOffset为在-16至16um范围内取值，每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.001至0.001mm范围内取值。
对应于第七种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤201中，各所述微透镜单元2121A所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121A的尺寸分别为在80um，曲率半径R为在0.029至0.034mm范围内取值，圆锥常数K为在-1至-0.92范围内取值，每个微透镜单元2121的在X轴方向添加的随机偏移量XOffset为在37至37um范围内取值，每个微透镜单元2121A的在Y轴方向添加的随机偏移量YOffset为在-40至40um范围内取值，每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.005至0.005mm范围内取值。
对应于第八种所述应用终端所使用的应用场景的需求，在所述步骤201中，各所述微透镜单元2121A所在的区域的截面形状被实施为矩形截面、圆形截面或者三角形截面。每个所述微透镜单元2121A的尺寸分别为在75um，曲率半径R为在0.025至0.035mm范围内取值，圆锥常数K为在-1.2至-0.96范围内取值，每个微透镜单元2121A的在X轴方向添加的随机偏移量XOffset为在-45至45um范围内取值，每个微透镜单元2121A的在Y轴方向添加的随机偏移量YOffset为在-45至45um范围内取值，每个所述微透镜单元2121A所对应的沿Z轴方向的偏移量ZOffset为在-0.004至0.004mm范围内取值。
根据不同的应用场景，所述深度相机能够被应用于不同的应用终端，其中所述深度相机所获取目标场景的所述图像信息被发送至所述应用终端，由所述应用终端处理并给出相应的动作或结果等。所述应用终端包括但不限于活体检测、手机、人脸识别、虹膜识别、AR/VR技术、机器人识别和机器人避险、智能家居、自动驾驶车辆或者无人机技术等应用终端，应用范围广泛，适合于多样化应用场景。
在本实施例中，所述应用终端可以被实施为人脸识别系统，其中所述深度相机用于拍摄人脸的三维图像信息，由所述应用终端基于所述图像信息识别目标人脸，并做出相应的响应。可选地，所述应用终端可以被实施为手势识别系统，其中所述深度相机用于拍摄手势的三维图像信息，由所述应用终端基于所述图像信息识别手势，并做出相应的响应。可选地，所述应用终端被实施为智能家居，其中所述深度相机用于拍摄室内用户的三维图像信息，由所述应用终端基于所述图像信息，执行相应的智能家具的启闭或者运行模式。可选地，所述应用终端还可以被实施为安防监控系统、自动驾驶车辆、无人机、VR/AR设备等，在此不受限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述无须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (18)

1.一种光学组件，适用于具有一光源的深度相机，其特征在于，所述光学组件包括：
一具有微透镜阵列的匀光元件，所述匀光元件被设于该光源的光束传播路径上，用于对该深度相机的该光源所发出的光场进行调制，以形成不会产生干涉明暗条纹的光束；和
一接收镜头，所述接收镜头与所述匀光元件的视场角相适配，经过所述匀光组件的至少一部分光束在被目标物体反射后进入所述接收镜头，其中所述匀光元件在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐减小，所述接收镜头在一中央预设视场角范围内的相对照度向中心方向逐渐增大；
其中所述匀光元件包括一基板，其中所述微透镜阵列被形成于所述基板的表面，并且所述微透镜阵列由一组微透镜单元随机规则排布组成，其中所述微透镜单元的部分参数或随机规则变量分别在一定的范围内随机规则变化被预设，并且所述微透镜单元的部分参数包括曲率半径、圆锥常数、非球面系数、在X-Y平面上的截面轮廓、空间排布以及沿Z轴方向的表面面型中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头的视场角在水平方向和竖直方向的取值范围均在1至150度范围内。
3.根据权利要求2所述的光学组件，其中所述接收镜头的视场角在水平方向和竖直方向的角度范围为大于或等于70°。
4.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述中央预设视场角范围是水平方向和竖直方向0°至20°。
5.根据权利要求1所述的光学组件，其中接收镜头的焦距的范围是1mm至20mm。
6.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头的F数的范围是0.6至10。
7.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头的成像圆直径大于6mm。
8.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头的光学畸变的范围为-10%-10%。
9.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头适配光谱为800-1100nm的光源。
10.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述接收镜头的光学总长小于或等于100mm，光学后截距大于或等于0.1mm。
11.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述匀光元件的视场角在水平方向和竖直方向的取值范围均在1至150度范围内。
12.根据权利要求11所述的光学组件，其中所述匀光元件在水平和竖直方向的输出光强度分布由输出光强度和角度关系表示为cos^(-n)，其中n的取值被预设为在0至20范围内。
13.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述匀光元件的透过率在80%以上。
14.根据权利要求13所述的光学组件，其中在所述视场角内的光功率在透过所述匀光元件的总功率的占比为60%以上。
15.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述匀光元件的总厚度被预设在0.1mm至10mm范围以内，其中所述微透镜阵列的厚度被预设为在5um至300um之间。
16.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述匀光元件的总尺寸被预设为0.1至300mm之间，其中所述微透镜阵列的有效区域的边长尺寸范围被预设为0.05至300mm之间。
17.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述微透镜单元沿着Z轴方向的表面面型为一曲面函数f：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，R为每所述微透镜单元的曲率半径；k为圆锥常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为非球面系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为每该微透镜的中心位置在本地坐标系的
Figure DEST_PATH_IMAGE012
轴和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
轴上的坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为每该微透镜单元所对应的沿Z轴方向的偏移量。
18.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述微透镜单元沿着Z轴方向的表面面型为一曲面函数f：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
其中，R是所述微透镜单元的曲率半径，k是圆锥常数，Aj是非球面系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是每个所述微透镜单元所对应的沿Z轴方向的偏移量，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
是每个所述微透镜单元在Y轴方向添加的随机偏移量，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是每个所述微透镜单元在X轴方向添加的随机偏移量。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112394524A (zh) * 2019-08-19 2021-02-23 上海鲲游光电科技有限公司 匀光元件及其制造方法和系统以及电子设备
WO2021087998A1 (zh) * 2019-11-08 2021-05-14 南昌欧菲生物识别技术有限公司 光发射模组、深度相机和电子设备
CN111289990A (zh) * 2020-03-06 2020-06-16 浙江博升光电科技有限公司 基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法
CN112764234B (zh) * 2020-08-11 2022-05-13 上海鲲游光电科技有限公司 光场调制器及其调制方法
CN111880315A (zh) * 2020-08-12 2020-11-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种激光照明设备
CN113192144B (zh) * 2021-04-22 2023-04-14 上海炬佑智能科技有限公司 ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备
CN113406735B (zh) * 2021-06-15 2022-08-16 苏州燃腾光电科技有限公司 随机微透镜阵列结构、其设计方法及应用
CN113655652B (zh) * 2021-07-28 2024-05-07 深圳市麓邦技术有限公司 匀光元件的制备方法及系统
CN114299016B (zh) * 2021-12-28 2023-01-10 合肥的卢深视科技有限公司 深度图检测装置、方法、系统及存储介质
CN114624877B (zh) * 2022-03-16 2023-03-31 中国科学院光电技术研究所 一种工作在红外波段的大视场衍射透镜的设计方法
WO2023201596A1 (zh) * 2022-04-20 2023-10-26 华为技术有限公司 一种探测装置及终端设备

Family Cites Families (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7009789B1 (en) * 2000-02-22 2006-03-07 Mems Optical, Inc. Optical device, system and method
US7033736B2 (en) * 2000-07-31 2006-04-25 Corning Incorporated Structured screens for controlled spreading of light
DE10144244A1 (de) * 2001-09-05 2003-03-20 Zeiss Carl Zoom-System, insbesondere für eine Beleuchtungseinrichtung
US6859326B2 (en) * 2002-09-20 2005-02-22 Corning Incorporated Random microlens array for optical beam shaping and homogenization
DE102006047941B4 (de) * 2006-10-10 2008-10-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur Homogenisierung von Strahlung mit nicht regelmäßigen Mikrolinsenarrays
CN100547867C (zh) * 2006-12-01 2009-10-07 中国科学院半导体研究所 含高掺杂隧道结的垂直腔面发射激光器
JP4626686B2 (ja) * 2008-08-14 2011-02-09 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザ
CN201378244Y (zh) * 2009-01-23 2010-01-06 上海三鑫科技发展有限公司 使用激光光源的微型投影机用光学引擎
CN101788712B (zh) * 2009-01-23 2013-08-21 上海三鑫科技发展有限公司 使用激光光源的微型投影机用光学引擎
DE102009046124A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-05 Ifm Electronic Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines 3D-TOF-Kamerasystems
US9551914B2 (en) * 2011-03-07 2017-01-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Illuminator with refractive optical element
KR101265312B1 (ko) * 2011-03-15 2013-05-16 주식회사 엘지화학 마이크로 렌즈 어레이 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
US20130163627A1 (en) * 2011-12-24 2013-06-27 Princeton Optronics Laser Illuminator System
GB2498972A (en) * 2012-02-01 2013-08-07 St Microelectronics Ltd Pixel and microlens array
JP5985661B2 (ja) * 2012-02-15 2016-09-06 アップル インコーポレイテッド 走査深度エンジン
EP2629136A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Using micro optical elements for depth perception in luminescent figurative structures illuminated by point sources
US9057784B2 (en) * 2012-08-14 2015-06-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Illumination light shaping for a depth camera
US9297889B2 (en) * 2012-08-14 2016-03-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Illumination light projection for a depth camera
US20140168971A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Casio Computer Co., Ltd. Light source unit able to emit light which is less influenced by interference fringes
JP5884743B2 (ja) * 2013-01-30 2016-03-15 ソニー株式会社 照明装置および表示装置
US9462253B2 (en) * 2013-09-23 2016-10-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical modules that reduce speckle contrast and diffraction artifacts
US9443310B2 (en) * 2013-10-09 2016-09-13 Microsoft Technology Licensing, Llc Illumination modules that emit structured light
CN103888675B (zh) * 2014-04-16 2017-04-05 格科微电子（上海）有限公司 摄像头模组镜头模块的位置检测方法和摄像头模组
DE112015002502T5 (de) * 2014-05-27 2017-04-27 Nalux Co., Ltd. Mikrolinsensystem und optisches system, das dieses aufweist
JP2016045415A (ja) * 2014-08-25 2016-04-04 リコー光学株式会社 拡散板およびこれを用いた光学機器
US10317579B2 (en) * 2015-01-19 2019-06-11 Signify Holding B.V. Optical device with a collimator and lenslet arrays
KR102026005B1 (ko) * 2015-04-08 2019-09-26 주식회사 쿠라레 복합 확산판
JP6813769B2 (ja) * 2015-05-29 2021-01-13 ミツミ電機株式会社 光走査制御装置
US20160377414A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Hand Held Products, Inc. Optical pattern projector
JP6753660B2 (ja) * 2015-10-02 2020-09-09 デクセリアルズ株式会社 拡散板、表示装置、投影装置及び照明装置
JP6814978B2 (ja) * 2016-02-10 2021-01-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 投写型映像表示装置
US20180077437A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Barrie Hansen Parallel Video Streaming
JP2018055007A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 日東電工株式会社 光拡散フィルム
CN106405567B (zh) * 2016-10-14 2018-03-02 海伯森技术（深圳）有限公司 一种基于tof的测距系统及其校正方法
CN106990548A (zh) * 2017-05-09 2017-07-28 深圳奥比中光科技有限公司 阵列激光投影装置及深度相机
CN106950700A (zh) * 2017-05-17 2017-07-14 上海鲲游光电科技有限公司 一种微投影机分离的增强现实眼镜装置
US10705214B2 (en) * 2017-07-14 2020-07-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical projector having switchable light emission patterns
CN107563304B (zh) * 2017-08-09 2020-10-16 Oppo广东移动通信有限公司 终端设备解锁方法及装置、终端设备
US10535151B2 (en) * 2017-08-22 2020-01-14 Microsoft Technology Licensing, Llc Depth map with structured and flood light
US10551625B2 (en) * 2017-10-16 2020-02-04 Palo Alto Research Center Incorporated Laser homogenizing and beam shaping illumination optical system and method
CN107942520B (zh) * 2017-11-22 2020-09-25 东北师范大学 用于dmd数字光刻系统的匀光元件及其设计方法
EP3490084A1 (en) * 2017-11-23 2019-05-29 Koninklijke Philips N.V. Vertical cavity surface emitting laser
CN107944422B (zh) * 2017-12-08 2020-05-12 业成科技（成都）有限公司 三维摄像装置、三维摄像方法及人脸识别方法
CN109948399A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 宁波盈芯信息科技有限公司 一种智能手机的人脸支付方法及装置
CN108132573A (zh) * 2018-01-15 2018-06-08 深圳奥比中光科技有限公司 泛光照明模组
CN110133853B (zh) * 2018-02-09 2021-09-21 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 可调散斑图案的调节方法及其投射方法
CN108490725B (zh) * 2018-04-16 2020-06-12 深圳奥比中光科技有限公司 Vcsel阵列光源、图案投影仪及深度相机
CN208351151U (zh) * 2018-06-13 2019-01-08 深圳奥比中光科技有限公司 投影模组、深度相机及电子设备
CN108803067A (zh) * 2018-06-26 2018-11-13 杭州光珀智能科技有限公司 一种光学深度相机及其信号光源处理方法
CN109086694B (zh) * 2018-07-17 2024-01-19 北京量子光影科技有限公司 一种人脸识别系统及方法
CN209446958U (zh) * 2018-09-12 2019-09-27 深圳阜时科技有限公司 一种功能化模组、感测装置及设备
CN208834014U (zh) * 2018-10-19 2019-05-07 华天慧创科技（西安）有限公司 一种泛光模组
CN109343070A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 深圳奥比中光科技有限公司 时间飞行深度相机
CN109407187A (zh) * 2018-12-15 2019-03-01 上海鲲游光电科技有限公司 一种多层结构光学扩散片
CN109541810A (zh) * 2018-12-20 2019-03-29 珠海迈时光电科技有限公司 一种匀光器
CN109471270A (zh) * 2018-12-26 2019-03-15 宁波舜宇光电信息有限公司 一种结构光投射器、深度成像装置
CN109459813A (zh) * 2018-12-26 2019-03-12 上海鲲游光电科技有限公司 一种基于二维光栅的平面光波导
CN109407326A (zh) * 2018-12-31 2019-03-01 上海鲲游光电科技有限公司 一种基于衍射整合器的增强现实显示系统及其制造方法
CN209167712U (zh) * 2019-01-11 2019-07-26 珠海迈时光电科技有限公司 一种激光匀化器
CN109471267A (zh) * 2019-01-11 2019-03-15 珠海迈时光电科技有限公司 一种激光匀化器
CN109739027B (zh) * 2019-01-16 2021-07-27 北京华捷艾米科技有限公司 光点阵投影模组和深度相机
CN109541786B (zh) * 2019-01-23 2024-03-15 福建福光股份有限公司 一种低畸变大相对孔径广角tof光学镜头及其制造方法
CN110012198B (zh) * 2019-03-29 2021-02-26 奥比中光科技集团股份有限公司 一种终端设备
CN112394524A (zh) * 2019-08-19 2021-02-23 上海鲲游光电科技有限公司 匀光元件及其制造方法和系统以及电子设备

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