CN112782910B - 结构光投射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结构光投射装置，其包括：光源，用于发射激光；布置在所述激光的出射光路上的光路改变元件，所述光路改变元件用于改变所述激光的传播方向；以及布置在所述激光的经改变光路上的衍射光学元件，所述衍射光学元件用于生成结构光；其特征在于：所述光路改变元件至少能三次改变所述激光的传播方向且经最后一次改变传播方向后的激光出射方向与从所述光源出射的方向平行。

Description

结构光投射装置
技术领域
本发明涉及深度相机技术领域，更为具体地，涉及一种用于深度相机的结构光投射装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果。
深度相机中的核心部件是光学投影模组，随着应用的不断扩展，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。为实现深度信息采集，采用结构光原理的深度相机包括产生特定类型结构光的结构光发射模组。结构光投射模组一般由光源、准直组件和衍射光学组件(diffractive optical elements，DOE)组成。光源射出时，通过一定距离的光程，才可以实现光斑最优化；但是为了增加光程距离也会相应增加产品的结构及体积，不便于轻小化、微型化设计。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种空间利用率高的结构光投射装置。
一种结构光投射装置，其包括：
光源，用于发射激光；
布置在所述激光的出射光路上的光路改变元件，所述光路改变元件用于改变所述激光的传播方向；以及
布置在所述激光的经改变光路上的衍射光学元件，所述衍射光学元件用于生成结构光；所述光路改变元件至少能三次改变所述激光的传播方向且经最后一次改变传播方向后的激光出射方向与从所述光源出射的方向平行。
较佳地，所述光路改变元件至少包括面向所述光源的第一反射部、与第一反射部呈一夹角连接的第二反射部以及与第一反射部平行设置的第三反射部，所述夹角的范围介于90°＜β＜135°，所述光源发出的激光依次经过第一反射部、第二反射部，及第三反射部改变光线传播方向后入射至所述衍射光学元件。
较佳地，所述光路改变元件还包括第四反射部，所述第四反射部与所述第一反射部平行设置，所述光源发出的激光依次经过第一反射部、第二反射部，第四反射部及第三反射部改变光线传播方向后入射至所述衍射光学元件。
较佳地，所述结构光投射装置还包括准直元件，所述准直元件设置在所述光源的出光光路上，所述光源发射的激光经过所述准直元件后再入射至所述光路改变元件。
较佳地，所述结构光投射装置包括一能透光的承载体，所述光路改变元件设置于所述承载体。
较佳地，所述承载体包括一空腔，所述空腔包括第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面，所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部依次形成于第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面。
较佳地，所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部为分别形成于所述第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面的反射涂层。
较佳地，所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部为分别贴设于第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面的反射镜。
较佳地，所述承载体由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺中的任意一种制作形成。
较佳地，所述准直元件与所述承载体为一体形成的结构。
本发明提供的结构光投射装置，在不增加光路改变元件整体长度的基础上，增加改变光线传播方向的次数达到增加光程的效果，以实现光斑最优化，从而实现了结构光投射装置的轻便化及体积微小化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，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的附图。
图1为本发明第一实施方式提供的结构光投射装置的示意图。
图2为本发明第二实施方式提供的结构光投射装置的立体示意图。
图3为图2供的结构光投射装置的剖面图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002265281860000041
Figure BDA0002265281860000051
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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。
请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的一种结构光投射装置100的示意图。所述结构光投射装置100应用于深度相机中，作用是用于人脸识别。所述结构光投射装置100包括光源1、准直元件2、光路改变元件3及衍射光学元件4。
所述光源1用于发射激光。光源1可以为单个光源，也可以为多个光源。其中，垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)由于体积小、发散角小、稳定性等优点更宜于被应用于结构光投射装置中。在一些实施例中，为了增加投射强度，选择VCSEL阵列作为光源更佳。在本实施例中，所述光源1为二维VCSEL芯片，该VCSEL芯片包括至少一个VCSEL光源，能够向外投射830nm或者950nm的红外光束。VCSEL阵列光源可以通过分组控制来使每一个VCSEL的独立发射，分组控制可以为任何形式，比如独立控制其中几个子光源或者所有的光源同时打开，从而实现形状不同、大小不同或密度不同的图案。
在本实施方式中，所述光源1设置在基板11上。
所述准直元件2设置在所述光源1的出光光路上，所述光源1发射的激光经过所述准直元件2后入射至所述光路改变元件3。
所述光路改变元件3用于改变所述光源1发出的激光的传播方向。所述光路改变元件3至少能三次改变所述激光的传播方向且经最后一次改变传播方向后的激光出射方向与从所述光源1出射的方向平行。
在本实施方式中，所述光路改变元件3至少包括面向所述光源1的第一反射部31、与第一反射部31呈一夹角连接的第二反射部32以及与第一反射部31平行设置的第三反射部33，所述夹角的范围介于90°＜β＜135°。所述光源1发出的激光依次经过第一反射部31、第二反射部32，及第三反射部33改变光线传播方向后入射至所述衍射光学元件4。在本实施方式中，通过对第一反射部31及第二反射部32之间的夹角进行限制，避免光束经第一反射部31反射后入射至第三反射部33，而是使光束经第一反射部31反射后入射至第二反射部32，经第二反射部32反射后至第三反射部33。
所述光源1发出的激光依次经过第一反射部31、第二反射部32，及第三反射部33的反射后入射至所述衍射光学元件4。
较佳地，所述光路改变元件3还包括第四反射部34，所述第四反射部34与所述第二反射部32平行设置。所述第一反射部31、第四反射部34，第三反射部33依次连接，第二反射部32的一端与所述第一反射部连接，第二反射部32的另一端不与第三反射部33连接。所述第二反射部32、第一反射部31、第四反射部34及第三反射部33大致形成“口”字型的结构。所述光源1发出的激光依次经过第一反射部31、第二反射部32，第四反射部34及第三反射部33的反射，多次改变光线传播方向后入射至所述衍射光学元件4。
所述衍射光学元件(DOE)4用于接收、分束所述准直元件2投射的平行光束，并通过镜像叠加的方式向外投射能量分布均匀、对比度高的图案化光束。利用衍射光学元件4进行光束整形，可以高效地产生均匀光或结构光场。所述衍射光学元件4设置于所述光源1的相对侧且面向所述第三反射部33。所述衍射光学元件4接收经所述光路改变元件3改变光路传播方向后的激光。所述衍射光学元件4可以是玻璃材质的衍射光学元件4，也可以是高分子聚合物(塑料)材质的衍射光学元件4，一般通过电子束直写技术或其他可行手段，在玻璃或塑料材质的透明基片表面刻蚀深度为1um的不规则光栅制作而成。
在本实施方式中，所述光源1发出的激光的光程L为：L＝M1+M2+M3+M4+M5。现有技术中光源1发出的激光到入射至衍射光学元件4光程为M1+M5，所以，在不增加所述结构光投射装置100的体积的情况下，使激光的光程增加一定的距离，能实现光斑最优化。
请参阅图2，图2为本发明第二实施方式提供的结构光投射装置200的立体结构示意图，第二实施例提供的结构光投射装置200与第一实施例提供的结构光投射装置100的结构基本相同。
也即，在本实施方式中，所述结构光投射装置200也包括：光源1、准直元件2、光路改变元件3及衍射光学元件4。
其不同之处在于：本实施例中所述结构光投射装置200还包括能透光的承载体5。所述承载体5通过胶层6固定在所述基板11上。所述光路改变元件3设置于所述承载体5。所述准直元件2与所述承载体5为一体形成的结构。
所述承载体5由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺中的任意一种制作形成。
较佳地，所述承载体5包括一空腔50，所述空腔50包括依次连接的第一连接面51，第二连接面52、第三连接面53及第四连接面54。所述第一反射部31、第二反射部32，第三反射部33及第四反射部34分别形成于第一连接面51，第二连接面52，第三连接面53及第四连接面54，但是第二反射部显露部分靠近第三连接面53的所述第二连接面52。所述第二连接面52未设置第二反射部32的部分用于设置衍射光学元件4。
较佳地，所述第一反射部31、第二反射部32，第三反射部33及第四反射部34为分别形成于所述第一连接面51，第二连接面52，第三连接面53及第四连接面54的反射涂层。
较佳地，所述第一反射部31、第二反射部32，第三反射部33及第四反射部34为分别贴设于第一连接面51，第二连接面52，第三连接面53及第四连接面54的反射镜。
综上所述，本发明提供的结构光投射装置100(200)，在不增加结构光投射装置100(200)整体尺寸的基础上，增加光线反射次数达到增加光程的效果，以实现光斑最优化。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种结构光投射装置，其包括：
光源，用于发射激光；
布置在所述激光的出射光路上的光路改变元件，所述光路改变元件用于改变所述激光的传播方向；以及
布置在所述激光的经改变光路上的衍射光学元件，所述衍射光学元件用于生成结构光；其特征在于：所述光路改变元件至少能三次改变所述激光的传播方向且经最后一次改变传播方向后的激光出射方向与从所述光源出射的方向平行，所述光路改变元件至少包括面向所述光源的第一反射部、与第一反射部呈一夹角连接的第二反射部、与第一反射部平行设置的第三反射部以及第四反射部，所述夹角的范围介于90°＜β＜135°，所述第四反射部与所述第一反射部平行设置，所述光源发出的激光依次经过第一反射部、第二反射部，第四反射部及第三反射部改变光线传播方向后入射至所述衍射光学元件。
2.如权利要求1所述的结构光投射装置，其特征在于：所述结构光投射装置还包括准直元件，所述准直元件设置在所述光源的出光光路上，所述光源发射的激光经过所述准直元件后再入射至所述光路改变元件。
3.如权利要求2所述的结构光投射装置，其特征在于：所述结构光投射装置包括一能透光的承载体，所述光路改变元件设置于所述承载体。
4.如权利要求3所述的结构光投射装置，其特征在于：所述承载体包括一空腔，所述空腔包括第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面，所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部依次形成于第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面。
5.如权利要求4所述的结构光投射装置，其特征在于，所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部为分别形成于所述第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面的反射涂层。
6.如权利要求4所述的结构光投射装置，其特征在于：所述第一反射部、第二反射部，第三反射部及第四反射部为分别贴设于第一连接面，第二连接面，第三连接面及第四连接面的反射镜。
7.如权利要求3所述的结构光投射装置，其特征在于：所述承载体由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺中的任意一种制作形成。
8.如权利要求4所述的结构光投射装置，其特征在于：所述准直元件与所述承载体为一体形成的结构。
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