CN116893513A - 结构光发生器及图案编码投射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种结构光发生器及图案编码投射器，其中，结构光发生器，包括：电路板，电路板设有光源；掩膜版；以及镜筒或导向柱，当结构光发生器包括镜筒时，镜筒一端与电路板连接另一端与掩膜版连接，镜筒设有空腔以及与所述空腔连通的开口，镜筒的内壁设置第一反射层并形成第一反射光线，第一出射光线包括光源发出的光线及第一反射光线；当结构光发生器包括导光柱时，光源发出的光线通过导光柱形成第二出射光线；第一出射光线或第二出射光线透过掩膜版后形成红外光斑图。本发明技术方案提供的结构光发生器能够提高光源的利用率以及达到经过掩膜版后的出射能量分布均匀性的目的，在保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。

Description

结构光发生器及图案编码投射器

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及一种结构光发生器及图案编码投射器。

背景技术

随着科技和工业的发展，二维成像已经不能满足实际生产生活需要，近年来二维成像逐步向三维成像升级，三维成像技术的不断突破和迭代，让大规模产业化应用成为可能。目前主流的三维成像技术包括：3D结构光成像、飞行时间法成像、双目立体法成像，其中3D结构光成像技术因其适应性强、防伪性强、精度高等优点被广泛应用于智能门锁、机器人等各个领域，其最关键的模块之一就是3D结构光投射器。主流的3D结构光投射器包括：散斑结构光、图案编码结构光，其中图案编码结构光因其结构图案密度高、远距离测量精度高等优点被广泛应用于远距离场景。

现有典型的图案编码投射器包含：发光光源、准直镜、掩膜版、以及投射物镜，其中掩膜版上刻有高密度的编码图案，图案分为透光区域和不透光区域，经过掩膜版不透光区域的光束被掩膜版表面反射后会被投射器外壳结构吸收掉，导致最终只有不超过50%的有效光束从投射物镜出射，能量利用率较低，且投射器功耗较大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种结构光发生器，旨在解决目前图案编码投射器能量利用率低、功耗大、能量分布不均匀且不利于投射器小型化设计的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的结构光发生器，包括：

电路板，所述电路板设有光源；

掩膜版；以及

镜筒或导光柱；

其中，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒一端与所述电路板连接，另一端与所述掩膜版连接，所述镜筒设有空腔以及与所述空腔连通的开口，所述空腔内形成有第一出射光线，所述镜筒的内壁设有第一反射层，所述第一反射层用于形成第一反射光线，所述第一出射光线包括所述光源发出的光线以及所述第一反射光线，所述第一出射光线通过所述开口出射至所述掩膜版并透过所述掩膜版射出，以形成红外光斑图；

当所述结构光发生器包括所述导光柱时，所述导光柱一端与所述电路板连接，另一端与所述掩膜版连接，所述光源发出的光线通过所述导光柱形成第二出射光线，所述第二出射光线透过所述掩膜版并形成红外光斑图。

可选地，所述电路板上设有第二反射层，所述第二反射层用于形成第二反射光线，所述第一出射光线或所述第二出射光线还包括第二反射光线；

和/或，所述光源和所述电路板上均设有光罩，所述光罩开设有出光孔，所述出光孔与所述光源的发光孔相对应，使所述光源发出的光线通过所述出光孔射出，所述光罩设有第三反射层并形成第三反射光线，所述第一出射光线或所述第二出射光线还包括第三反射光线；

和/或；

当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒内壁光滑设置或设置喷砂层；

和/或，

所述光源表面设有光学元件，所述光学元件集成有微透镜结构。

可选地，所述掩膜版包括：

基板，所述基板透光设置；以及

图案层，所述图案层设于所述基板朝向或远离所述空腔的表面上，所述图案层设有编码图案，所述编码图案设有透光区域和不透光区域，所述第一出射光线或所述第二出射光线通过所述透光区域射出并形成所述红外光斑图，所述不透光区域为第四反射层并形成第四反射光线；

和/或；

当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒设有安装凸台，所述掩膜版与所述安装凸台连接，所述第一出射光线还包括第五反射光线和第六反射光线，所述安装凸台朝向所述光源的表面设有第五反射层，所述第五反射层用于形成所述第五反射光线，所述安装凸台凸出所述镜筒的一端端面设有第六反射层，所述第六反射层用于形成所述第六反射光线。

可选地，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒的内壁面为椭球面，所述光源的出光面的中心点与所述椭球面的第一焦点重合，所述掩膜版的底面的中心点与所述椭球面的第二焦点重合；

或，所述镜筒的内壁面为抛物面，所述光源的中心点与所述抛物面的焦点重合，所述抛物面的开口方向朝向所述掩膜版方向设置。

可选地，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒的内壁包括第一内壁面和第二内壁面，所述第一内壁面背离所述光源的一端与所述第二内壁面连接。

可选地，所述第一内壁面包括两两相对的四个第一平面，四个所述第一平面的侧边依次连接，第二内壁面包括两两相对的四个第二平面，四个所述第二平面的侧边依次连接，每一所述第一平面分别与对应的一所述第二平面连接。

可选地，所述第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个所述第二平面靠近所述掩膜版的一端朝彼此靠近的方向倾斜；

或，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此远离的方向倾斜，相对的两个所述第二平面竖直且平行设置；

或，所述第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个所述第二平面竖直且平行设置。

可选地，所述第一内壁面为椭球面，所述第二内壁面包括两两相对的四个平面，四个平面的侧边依次连接，相对的两个平面靠近所述光源一端之间的距离与所述椭球面的短半轴相等，另两个平面靠近所述光源一端之间的距离与所述椭球面的中半轴相等，所述光源的出光面的中心点与所述椭球面的第一焦点重合，所述掩膜版的底面的中心点与所述椭球面的第二焦点重合，所述第一内壁面与第二内壁面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等。

可选地，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒高度，其中/>为所述光源的发散角，L为所述光源的宽度。

本发明技术方案还提出一种图案编码投射器，包括：结构光发生器和投射物镜，所述结构光发生器的出光面位于所述投射物镜的物方焦平面上，所述结构光发生器用于投射具有高密度编码图案的红外光斑图，所述投射物镜将所述红外光斑图放大后投射至空间区域，其中，所述结构光发生器为如以上所述的结构光发生器。

可选地，所述投射物镜为远心镜头，所述投射物镜的数值孔径与所述结构光发生器相匹配；

和/或；

所述投射物镜为投射超透镜，所述投射超透镜与所述结构光发生器的掩膜版形成集成光学元件，所述掩膜版的图案层设于所述掩膜版的基材靠近所述光源的一侧表面，所述投射超透镜设于所述基材背离所述图案层的一侧；

和/或；

所述掩膜版的基材为电致折射率可变材料；

和/或；

所述光源设有发光点，所述光源的自中心向边缘的方向上，所述发光点逐渐密集，或，所述光源的自中心向边缘的方向上，所述发光点的出射孔径逐渐增大；

和/或；

所述结构光发生器的光轴偏移所述投射物镜的光轴。

本发明技术方案通过采用光源用于发射光线，采用镜筒并设置空腔形成第一出射光线，在镜筒的内壁设置第一反射层，使内壁表面呈现高反射率的反射状态，可以提高光束在结构光发生器内部的反射效率，从而在光源出射的光束经过此内壁一次或多次反射后，可以使能量更集中且均匀地出射到掩膜版，进而大幅度提高光源能量利用率。另外，本发明技术方案还可以通过采用导光柱使光源发出的光线在导光柱内发生全反射，并通过全反射传输，形成第二出射光线从掩膜版的上表面出射，从而大幅度提高光源能量利用率。

本发明技术方案还通过对镜筒内壁设置不同的形状，进一步使光束更集中且均匀的出射到掩膜版上，从而大幅度提高光源能量利用率，并提高经过掩膜版后的出射能量分布均匀性。另外，通过镜筒内壁轮廓的设计使光束经过镜筒内壁一次或多次反射后直接出射到掩膜版，不需要经过准直镜即可出射远心光束，使透过掩膜版透光区域的边缘光束和中心光束发散角保持一致，从而在保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。

本发明技术方案还通过对图案编码投射器中结构光发生器相对于投射物镜偏心设置，即，通过使结构光发生器的光轴在基线方向上偏移物镜的光轴，且靠近红外相机的方向偏移，由此，可以使红外相机接收到的红外光斑与投射视场相匹配，提高红外相机接收到的红外光斑的有效范围，减少光源能量的浪费，提高光斑利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有典型的图案编码投射器及光路示意图；

图2为本发明提供的一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图3为本发明提供的一种掩膜版结构及编码图案示意图；

图4为本发明提供的另一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图5为本发明提供的又一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图6为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图7为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图8为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图9为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及原理示意图；

图10为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及原理示意图；

图11为本发明提供的再一种结构光发生器的结构示意图；

图12为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图13为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图；

图14为本发明提供的一种图案编码投射器的光路示意图；

图15为本发明提供的另一种图案编码投射器的结构示意图；

图16为本发明提供的经过图3所示的掩膜版后出射的红外光斑示意图；

图17为本发明提供的一种发光光源发光点分布示意图；

图18为本发明提供的再一种图案编码投射器的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种结构光发生器。

在现有技术中，如图1所示，为现有典型的图案编码投射器及光路示意图。典型的图案编码投射器包含：发光光源101、准直镜102、掩膜版103、以及投射物镜104，发光光源发出具有一定发散角度的光，经过准直镜后被准直为不同角度的平行光，部分平行光穿过掩膜版，投射出与掩膜版图案一致的高密度高清晰度的红外光斑图，再经过投射物镜投射出红外光斑图。图案编码投射器将红外光斑图向空间区域投射，接收模组中红外相机接收空间区域的反射光成像，采集得到带有结构特征的红外图，利用红外图中像素匹配点在不同距离下的位置偏差量，基于三角测量原理计算得到目标物体的深度信息。其中掩膜版上刻有高密度的编码图案，图案分为透光区域和不透光区域。现有技术一方面会存在能量利用率较低且投射器功耗较大的情况，具体的，光源投射到掩膜版不透光区域的光束被掩膜版表面反射后会被投射器外壳结构吸收掉，导致最终只有不超过50%的有效光束从投射物镜出射。另一方面，光束经过掩膜版后出射到投射物镜的能量分布均匀性较差，通常是中心高、边缘低。

为了解决上述问题，本发明技术方案通过采用光源用于发射光线，采用镜筒并设置空腔形成第一出射光线，在镜筒的内壁设置第一反射层，使内壁表面呈现高反射率的反射状态，可以提高光束在结构光发生器内部的反射效率，从而在光源出射的光束经过此内壁一次或多次反射后，可以使能量更集中且均匀地出射到掩膜版，进而大幅度提高光源能量利用率。另外，本发明技术方案还可以通过采用导光柱使光源发出的光线在导光柱内发生全反射，并通过全反射传输，形成第二出射光线从掩膜版的上表面出射，从而大幅度提高光源能量利用率。

本发明技术方案还通过对镜筒内壁设置不同的形状，进一步使光束更集中且均匀的出射到掩膜版上，从而大幅度提高光源能量利用率，并提高经过掩膜版后的出射能量分布均匀性。另外，通过镜筒内壁轮廓的设计使光束经过镜筒内壁一次或多次反射后直接出射到掩膜版，不需要经过准直镜即可出射远心光束，使透过掩膜版透光区域的边缘光束和中心光束发散角保持一致，从而在保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。

本发明技术方案还通过对图案编码投射器中结构光发生器相对于投射物镜偏心设置，即，通过使结构光发生器的光轴在基线方向上偏移物镜的光轴，且靠近红外相机的方向偏移，由此，可以使红外相机接收到的红外光斑与投射视场相匹配，提高红外相机接收到的红外光斑的有效范围，减少光源能量的浪费，提高光斑利用率。

下面结合附图对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

图2为本发明提供的一种结构光发生器的结构及光路示意图，图3为本发明提供的一种掩膜版结构及编码图案示意图。在本实施例中，为了便于描述，如图2和图3所示，光源的标号为201、镜筒的标号为202、掩膜版的标号为203、电路板的标号为204、基板的标号为301、图案层的标号为302。

结构光发生器，包括：

电路板204，电路板204设有光源201；

掩膜版203；以及

镜筒202，镜筒202一端与电路板204连接，另一端与掩膜版203连接，镜筒202设有空腔以及与空腔连通的开口，空腔内形成有第一出射光线，镜筒202的内壁设有第一反射层，第一反射层用于形成第一反射光线，第一出射光线通过开口射出至掩膜版203并透过掩膜版203射出，以形成红外光斑图。

在本实施例中，光源201用于发出光线，可以是垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）、水平腔面发射激光器（Horizontal cavitysurface-emitting laser，HCSEL）或者边缘发射激光器（Edge Emitting Laser，EEL）、LED等的中任意一种；当然，可以理解的，光源201为多个发光点并列设置形成的发光平面结构，并非是一个发光点。

镜筒202的空腔延伸出两端，一端形成开口，另一端设置光源201，光源201发出的光线经过镜筒202并通过开口射出。在实际中，空腔内形成第一出射光线，第一出射光线包括光源201发出的光线以及经空腔侧壁一次或多次反射的光线。可以理解的，光源201发出的光线一部分直接通过开口射出，还有一部分会照射到空腔内壁，经空腔内壁反射形成第一反射光线。本实施例中，如图2所示，空腔表面为d面，镀有高反材料形成第一反射层并用于反射光线，以形成第一反射光线，第一反射层可以为薄膜结构、高反涂覆材料或高反胶带（可以选择金属铬、银膜层或介质膜层），使内壁表面呈高反射率的镜面反射状态，可以提高光束在结构光发生器内部的反射效率，从而在光源201出射的光束经过此内壁反射后，可以使能量更集中且均匀地出射到掩膜版。由此可以大幅度提高光源201能量利用率，并提高经过掩膜版203后的出射能量分布均匀性。

可选地，第一出射光线还包括第二反射光线，电路板204上设有第二反射层，第二反射层用于形成第二反射光线。如图2所示，电路板204朝向空腔的表面为c面，并具有高反射率的金属层以形成第二反射层。在具体实施过程中，经空腔内壁反射的光线会有部分反射到第二反射层，又通过第二反射层进行反射，最终均通过镜筒202开口射出。

可选地，掩膜版203包括：

基板301，基板301透光设置；以及

图案层302，图案层302设于基板301朝向或远离空腔的表面上，图案层302设有编码图案，编码图案设有透光区域和不透光区域，不透光区域为第四反射层并形成第四反射光线，第一出射光线通过透光区域射出并形成红外光斑图。

可选地，镜筒202的内壁设有安装凸台，掩膜版203与安装凸台连接，第一出射光线还包括第五反射光线和第六反射光线，安装凸台朝向光源201的表面设有第五反射层，第五反射层用于形成第五反射光线，安装凸台凸出镜筒202的一端端面设有第六反射层，第六反射层用于形成第六反射光线。如图2所示，安装凸台的底面设有第五反射层，安装凸台具有与镜筒202连接的连接端以及延伸出镜筒202的自由端，自由端的端面设置第六反射层。具体的，如图2所示的e面镀有高反材料形成第五反射层，f面镀有高反材料形成第六反射层。光束被镀有高反材料的第五反射层和第六反射层反射后，再经过多次反射作为有效光束被再次利用。

在本实施例中，掩膜版203的结构如图3中的(a)所示，掩膜版由透光的基板301和覆盖于基板301上的图案层302构成。基板301材料一般为石英玻璃、有机玻璃或树脂等，图案层302材料为具有高反射率的金属材料，如铝、铬、钼或其他金属合金。图案层302可以在透光基板301的上表面，也可以在透光基板301的下表面，图案层302刻有高密度的编码图案，如图3中的(b)为一种掩膜版编码图案示例，图案分为透光区域（图中白色区域）和不透光区域（图中黑色区域）。发光光源201发出的光束经过镜筒202内壁一次或多次反射后出射到掩膜版203，光束穿过掩膜版203透光区域，投射出与掩膜版203图案一致的高密度高清晰度的红外光斑图。如图2中的(b)所示，在掩膜版203不透光区域的表面镀上高反金属层（可以选择金属铝膜层）形成第四反射层，在图2中，第四反射层为b面，第四反射层反射光线形成第四反射光线，使出射到掩膜版203不透光区域的光束，高反金属层的第四反射层反射后，再经过多次反射作为有效光束被再次利用。由此也可以大幅度提高光源201能量利用率，并提高经过掩膜版203后的出射能量分布均匀性。

可选地，镜筒202内壁光滑设置或设置喷砂层。本实施例通过对镜筒202内壁进行表面光滑处理，使其表面呈镜面反射状态，再镀上多层薄膜结构的反射层、高反涂覆材料或高反胶带（可以选择金属铬、银膜层或介质膜层），使内壁表面呈高反射率的镜面反射状态，可以提高光束在结构光发生器内部的反射效率，从而在光源201出射的光束经过此内壁反射后，可以使能量更集中且均匀地出射到掩膜版203。另外，还可以通过对镜筒202内壁进行喷砂使其表面呈漫反射的消光状态，再镀上多层薄膜结构的反射层、高反涂覆材料或高反胶带，使内壁表面呈高反射率的漫反射状态，同样可以达到提高光源201能量利用率和经过掩膜版后的出射能量分布均匀性的目的。

在本发明技术方案中，当结构光发生器包括镜筒时，通过对镜筒内壁面形状的设计，一方面，能够进一步使光束更集中且均匀地出射到掩膜版上，从而大幅度提高光源能量利用率，并提高经过掩膜版后的出射能量分布均匀性。另一方面，光束经过一次或多次反射后直接出射到掩膜版，不需要再经过准直镜，即可出射远心光束。远心光束包括中心光束与边缘光束，靠近掩膜版的中心透过的出射光线形成中心光束，靠近掩膜版边缘透过的出射光线形成边缘光束，镜筒内壁面的设计使边缘光束发散角和中心光束发散角保持一致，从而在保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。具体的，请具体参见以下实施例二至实施例七的详细叙述。

实施例二

图4为本发明提供的另一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图4所示，光源的标号为401、镜筒的标号为402、掩膜版的标号为403、电路板的标号为404。

在本实施例中，镜筒402的内壁面为椭球面，光源401出光面的中心点与椭球面的第一焦点重合，掩膜版403的中心点与椭球面的第二焦点重合。

具体的，在本实施例中，如图4所示，d面、e面、f面同样镀有高反材料；光源401居中放置在椭球面的第一个焦点处，平行于镜筒402底面；掩膜版403居中放置在椭球面的第二个焦点处，平行于光源401，其下表面的不透光区域即第四反射层b面为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）；电路板404的上表面c面设有高反射率的金属层以形成第二反射层。在空间直角坐标系下，椭球面基本方程为，其中为椭球面的短半轴、中半轴、长半轴，x、y、z如图4所示。当将光源401放置在椭球面的第一个焦点处、将掩膜版403放置在椭球面的第二个焦点处时，椭球面第一个焦点处光源401出射的光束，经过镀有高反材料的椭球面反射后，必然经过第二个焦点处的掩膜版。因此此结构可以进一步将光束更集中且均匀地出射到掩膜版403；且在保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。

实施例三

图5为本发明提供的又一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图5所示，光源的标号为501、镜筒的标号为502、掩膜版的标号为503、电路板的标号为504。

镜筒502的内壁面还包括第一内壁面和第二内壁面，第一内壁面背离光源501的一端与第二内壁面连接，第一内壁面与第二内壁面分别在光源501至掩膜版503方向上延伸的直线距离相等。

第一内壁面为椭球面，第二内壁面包括两两相对的四个平面，四个平面的侧边依次连接，相对的两个平面靠近光源501一端之间的距离与椭球面的短半轴相等，另两个平面靠近光源501一端之间的距离与椭球面的中半轴相等，光源501的出光面的中心点与椭球面的第一焦点重合，掩膜版503的底面的中心点与椭球面的第二焦点重合。

在上述实施例二的基础上，如图5所示，镜筒502的内壁中第一内壁面d1面的高度仅为镜筒502的一半，镜筒502的另一半为第二内壁面d2面，第一内壁面与第二内壁面同样镀有高反材料；光源501同样居中放置在椭球面的第一个焦点处，平行于镜筒502底面；掩膜版503同样居中放置在椭球面的第二个焦点处，平行于光源501，掩膜版的下表面为第四反射层，即b面，为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）；电路板504的上表面为第二反射层，即c面为具有高反射率的金属层。此结构可以在保持椭球面第一个焦点处光源501出射的光束，经过镀有高反材料的椭球面反射后，必然经过第二个焦点处的掩膜版503的同时，使镜筒502的开口与空腔最大直径保持一致，便于加工。

实施例四

图6为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图6所示，光源的标号为601、镜筒的标号为602、掩膜版的标号为603、电路板的标号为604。

在本实施例中，镜筒602的内壁面包括第一内壁面和第二内壁面，第一内壁面背离光源601的一端与第二内壁面连接。

第一内壁面包括两两相对的四个第一平面，四个第一平面的侧边依次连接，第二内壁面包括两两相对的四个第二平面，四个所述第二平面的侧边依次连接，每一所述第一平面分别与对应的一所述第二平面连接。第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个第一平面靠近光源601的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个第二平面靠近掩膜版603的一端朝彼此靠近的方向倾斜。

镜筒602的内壁同样镀有高反材料。光源601出射的光束，经过镜筒602内壁的多个平面多次反射后出射到掩膜版603。此结构相比于上述实施例二和实施例三，既可以进一步将光束更集中且均匀地出射到掩膜版603，内壁又为多个平面，便于加工。

实施例五

图7为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图7所示，光源的标号为701、镜筒的标号为702、掩膜版的标号为703、电路板的标号为704。

在本实施例中，镜筒702的内壁面包括第一内壁面和第二内壁面，第一内壁面背离光源701的一端与第二内壁面连接。

第一内壁面包括两两相对的四个第一平面，四个第一平面的侧边依次连接，第二内壁面包括两两相对的四个第二平面，四个所述第二平面的侧边依次连接，每一所述第一平面分别与对应的一所述第二平面连接。第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个所述第二平面竖直且平行设置。

镜筒702的内壁面同样镀有高反材料。光源701出射的光束，经过第一内壁面和第二内壁面一次或多次反射后出射到掩膜版703。此结构既保持镜筒702的上端开口与空腔最大直径保持一致，第一内壁面和第二内壁面又为多个平面，进一步降低加工难度。

实施例六

图8为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图8所示，光源的标号为801、镜筒的标号为802、掩膜版的标号为803、电路板的标号为804。

在本实施例中，镜筒的内壁面为抛物面，光源801的中心点与抛物面的焦点重合，抛物面的开口方向朝向掩膜版803方向设置。

镜筒802内壁面为抛物面型，d面同样镀有高反材料；光源801居中放置在抛物面的焦点处，平行于镜筒802的底面；掩膜版803居中放置在抛物面一定距离的开口处，平行于光源，其下表面第四反射层b面为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）；电路板804的上表面第二反射层c面为具有高反射率的金属层。在空间直角坐标系下，抛物面基本方程为，其中/>为抛物面焦距，x、z如图8所示。当将光源801放置在抛物面的焦点处、将掩膜版803放置在抛物面的开口处时，光源801出射的大角度光束，经过镀有高反材料的抛物面反射后，会平行出射到出射口处的掩膜版803。因此，此结构可以进一步将光束更集中且均匀地出射到掩膜版803；且保证出射图案亮度均匀性的同时，可以节省物料，降低成本。

实施例七

图9为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图9所示，光源的标号为901、镜筒的标号为902、掩膜版的标号为903、电路板的标号为904。

在本实施例中，第一内壁面包括两两相对的四个第一平面，四个第一平面的侧边依次连接，第二内壁面包括两两相对的四个第二平面，四个第二平面的侧边依次连接，每一第一平面分别与对应的一第二平面连接。相对的两个第一平面靠近所述光源的一端朝彼此远离的方向倾斜，相对的两个第二平面竖直且平行设置。

镜筒902的第一内壁面和第二内壁面同样镀有高反材料。可以理解的，在本实施例中，第一内壁面在竖直方向的延伸长度与第二内壁面在竖直方向的延伸长度也可以依据出射到掩膜版903的光束目标能量分布设计。光源901出射的光束，经过第一内壁面与第二内壁面多次反射后出射到掩膜版903。此结构相比于上述实施例，既保持镜筒902的上端开口与空腔最大直径保持一致，又可以进一步将光束更集中且均匀地出射到掩膜版903，同时，内壁面为多个平面，加工难度低。另外，通过镜筒开口大小、第一内壁面延伸长度、第二内壁面延伸长度的设计，使出射到掩膜版903的光束具有目标能量分布，以满足实际应用。

除了上述实施例外，本发明还提出两种针对光源的结构进行改进的结构光发生器方案，具体参见实施例八与实施例九的详细叙述。

实施例八

图10为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及原理示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图10所示，光源的标号为1001、镜筒的标号为1002、掩膜版的标号为1003、电路板的标号为1004、光罩的标号为1005。

在本实施例中，光源1001和电路板1004上均设有光罩1005，第一出射光线还包括第三反射光线，光罩1005设有第三反射层并形成第三反射光线，光罩1005开设有出光孔，光源1001具有用于发射光线的发光孔，出光孔与发光孔相对应，使发光孔发出的光线通过出光孔射出。

具体的，光源1001居中放置在镜筒1002底面，平行于底面；镜筒1002的d面、e面、f面同样镀有高反材料；掩膜版1003居中放置在镜筒1002开口处，平行于光源1001，其下表面第四反射层b面为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）。本实施例在上述实施例的基础上，在光源1001的上表面设置光罩1005，光罩1005镀有高反金属层并形成第三反射层，第三反射层反射光线形成第三反射光线，如图10中的(a)所示。光罩1005与光源1001的详细结构的侧视图如图10中的(b)所示，光罩1005覆盖整个镜筒1002底面的电路板1004及光源1001区域。光罩1005中心区域开设的出光孔的形状与光源1001的发光孔分布相匹配，例如，如图10中的(c)所示为一种光源1001发光点分布示意图，则图10中的(d)所示为此光源1001对应的光罩1005的俯视图，光罩1005中间为与光源1001各发光孔对应的出光孔，发光孔发出的光束可以从光罩1005的出光孔中出射。由此，镀有高反金属层的光罩1005可以使发光光源1001发光孔之间的物理区域也参与到镜筒1002内壁的光束反射作用中，弥补原始发光孔之间的材料对光束有较大吸收的不足，更进一步使光束更集中且均匀地出射到掩膜版1003，从而大幅度提高光源1001能量利用率，并提高经过掩膜版1003后的出射能量分布均匀性。为了避免光学元件集成造成的干涉，光源1001不能在表面打金线，而是需要使用倒装封装的发光芯片，即正负极都在下表面，通过焊接与电路板1004电联。

实施例九

图11为本发明提供的再一种结构光发生器的结构示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图11所示，光源的标号为1101、镜筒的标号为1102、掩膜版的标号为1103、电路板的标号为1104、微透镜结构的标号为1105。

在本实施例中，光源1101表面设有光学元件，光学元件集成有微透镜结构1105。

光源1101居中放置在镜筒1102底面，平行于底面；镜筒1102的d面、e面、f面同样镀有高反材料；掩膜版1103居中放置在镜筒1102开口处，平行于光源1101，其下表面第四反射层b面为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）；电路板1104的上表面第二反射层c面为具有高反射率的金属层。本实施例在上述实施例的基础上，在光源1101的每个发光孔表面集成微透镜结构1105阵列，详细结构如图11中的(b)所示，使光源1101发出的光束准直为不同角度的平行光，平行光穿过掩膜版1103透光区域，最终使透过掩膜版1103的光束孔径大小一样，提高出射能量分布均匀性。微透镜结构1105阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，可以是菲涅尔微结构、薄膜微透镜阵列等结构，此处不做限定。为了避免光学元件集成造成的干涉，光源1101不能在表面打金线，而是需要使用倒装封装的发光芯片，即正负极都在下表面，通过焊接与电路板1104电联。

此外，在具体实施过程中，还会通过增大结构光发生器镜筒筒高的方式来满足实际应用，具体参见实施例十的详细叙述。

实施例十

图12为本发明提供的再一种结构光发生器的结构及光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图12所示，光源的标号为1212、镜筒的标号为1202、掩膜版的标号为1203、电路板的标号为1204。

在实际中，镜筒1202的内壁面可以为实施例一至实施例七的任意一种，光源1201居中放置在镜筒1202底面，平行于底面；镜筒1202内壁的d面、e面、f面同样镀有高反材料；掩膜版1203居中放置在镜筒1202开口处，平行于光源1201，其下表面第四反射层b面为具有高反射率的图案层（在另一些实施例，图案层也可以在上表面）；电路板1204的上表面第二反射层c面为具有高反射率的金属层。如图12所示，当光源1201的发散角为，宽度为L时，镜筒高度H需满足/>。与上述实施例不同的是，镜筒1202的筒高较大，通过较大的筒高和开口大小的设计，可以提高光源1201出射的光束在内壁面的反射次数，在使能量更集中且均匀地出射到掩膜版1203的同时，使出射到掩膜版1203的光束具有目标能量分布，以满足实际应用。

本发明还提出利用导光柱代替镜筒的技术方案，具体参见实施例十一的详细叙述。

实施例十一

在本实施例中，为了便于描述，如图13所示，光源的标号为1301、导光柱的标号为1302、掩膜版的标号为1303、电路板的标号为1304。

本实施例中利用导光柱1302代替镜筒，具体的，本实施例中提出的结构光发生器包括电路板1304、导光柱1302以及掩膜版1303，其中，电路板1304设有光源1301，掩膜版1303与导光柱1302连接，光源1301发出的光线通过导光柱1302形成第二出射光线，第二出射光线透过掩膜版1303并形成红外光斑图。

具有高反射率内壁面的镜筒替换为导光柱1302，如图13所示，导光柱1302的下表面正对着光源1301，导光柱1302的上表面正对着掩膜版1303，导光柱1302上下表面形状与掩膜版1303的形状相匹配。导光柱1302一般使用的材料有光学级的亚克力板材、光学聚碳酸酯、玻璃、树脂等，具有高反射率和低吸光率，且折射率一般大于1.45，其中导光柱1302的折射率为，/>为全反射临界角。如图13所示，光源1301发出的光束以一定角度入射至导光柱下表面，进入导光柱内部，由于导光柱1302的折射率大于所在环境（空气等）的折射率，当光束以大于全反射临界角的角度入射到导光柱的侧边时，光束会在侧边发生全反射，并通过全反射向前传输，直至光束从导光柱1302的上表面出射。为了使光源1301发散角内的光全部传输至导光柱1302的上表面，并经过掩膜版后出射，需要使上述导光板的全反射临界角/>。这种结构可以进一步使光束更集中且均匀地出射到掩膜版1303，从而大幅度提高光源能量利用率，并提高经过掩膜版1303后的出射能量分布均匀性。

在以上实施例的基础上，本发明还提出一种图案编码投射器，具体参见以下实施例十二至实施例十五的详细叙述。

实施例十二

图14为本发明提供的一种图案编码投射器的光路示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图14所示，结构光发生器的标号为1401、投射物镜的标号为1402。

在本实施例中，本发明提出一种图案编码投射器，包括：结构光发生器1401和投射物镜，结构光发生器1401的出光面a面位于投射物镜1402的物方焦平面上，结构光发生器1401用于投射具有高密度编码图案的红外光斑图，投射物镜1402用于将红外光斑图放大后投射到空间区域，其中，结构光发生器1401为如以上实施例所述的结构光发生器。由于本图案编码投射器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

基于上述结构光发生器的实施例，为了满足应用，还需要对图案编码投射器的投射物镜有以下要求：第一，由于图案编码投射器中的结构光发生器投射出的是远心光束，因此投射物镜需要选用相匹配的远心镜头，从而使结构光发生器的掩膜版透光区域出射光束的发散角与投射物镜的入射角相匹配，最终保证图案编码投射器出射图案的亮度均匀性。第二，投射物镜的数值孔径需要与图案编码投射器中的结构光发生器相匹配，例如结构光发生器的出射角为24°时，投射物镜的数值孔径应大于/>，即大于0.2，从而使投射物镜可以完整接收掩膜版透光区域出射的光束，提高光源能量利用率。

实施例十三

图15为本发明提供的另一种图案编码投射器的结构示意图，在本实施例中，为了便于描述，如图15所示，结构光发生器的标号为1501、光源的标号为1511、镜筒的标号为1512、掩膜版的标号为1513、投射超透镜的标号为1515、电路板的标号为1515。

现有的图案编码投射器，使用的光学元件较多，不利于投射器小型化设计。

为了解决上述问题，本实施例中使用投射超透镜1514代替投射物镜，并将投射超透镜1514与结构光发生器的掩膜版1513集成在一个光学元件上，实现模组小型化设计。此方案中，掩膜版1513的图案层和投射超透镜1514结构分别位于基材的两侧，且图案层靠近发光光源一侧，掩膜版的图案层设于掩膜版1513的基材靠近光源1511的一侧表面，投射超透镜1514设于基材背离图案层的一侧。超透镜结构1514基于光学超表面，超表面透镜通常是在高透过率的基地材料上刻蚀或沉积多个亚波长尺度单元按一定规律排列的微结构面，其高度方向尺寸很小，可以大大压缩模组高度，有利于模组小型化设计。

进一步地，本实施例还提出可以将图案编码投射器中掩膜版1513的基材替换为电致折射率可变材料，例如硅基材料、锂铌酸锂等，用以适配更多场景。由于掩膜版1513使用电致折射率可变材料后，可以通过电流控制掩膜版1513折射率的变化，而光束从光源1511到投射物镜的总光程与掩膜版1513折射率成正比，因此可以在不改变掩膜版1513位置和投射器整体结构的情况下，通过电流控制掩膜版1513的出光面位于投射物镜的物方焦平面上，或位于投射物镜的物方虚焦平面上。当掩膜版1513的出光面位于投射物镜的物方焦平面上时，图案编码投射器可以投射结构光红外光斑图；当掩膜版的出光面位于投射物镜的物方虚焦平面上时，图案编码投射器可以投射泛光红外图。此方案为了达到上述效果，掩膜版1513的图层面必须在靠近光源1511的一侧。由此在不改变投射器整体结构的情况下，能够在保持模组的小型化设计的同时，使图案编码投射器在一些场景中可以充当泛光投射器使用。

基于以上实施例，图案编码投射器将红外光斑图向空间区域投射，接收模组中红外相机接收空间区域的反射光成像，采集得到带有结构特征的红外图，利用红外图中像素匹配点在不同距离下的位置偏差量，基于三角测量原理计算得到目标物体的深度信息，从而实现三维成像。

实施例十四

图16为经过图3所示的掩膜版后出射的红外光斑示意图；图17为本发明提供的一种发光光源发光点分布示意图；在本实施例中，为了便于描述，如图16和图17所示，完整的掩膜版区域的标号为1601、第一虚线区域的标号为1602、第二虚线区域的标号为1603、光源的标号为1701。

在现有技术中，接收模组中红外相机接收到的红外光斑并不像理想中与投射器投射出的图案完全匹配。具体的，如图16所示，图16中的(a)和图16中的(b)为经过图3所示的掩膜版后出射的红外光斑示意图，其中，完整的掩膜版区域1601、第一虚线区域1602为接收模组中红外相机接收到的一种不理想的红外光斑和第二虚线区域1603为接收模组中红外相机接收到的另一种不理想的红外光斑。由于通常成像透镜的相对照度随视角的增大而降低，所以接收模组中红外相机接收到的红外光斑是中心亮、边缘暗，最终导致整体精度下降。

为了解决上述问题，在本实施例中，光源1701设有发光点；光源1701的自中心向边缘的方向上，发光点逐渐密集；或，光源1701的自中心向边缘的方向上，发光点的出射孔径逐渐增大。

具体的，本实施例将图案编码投射器中发光光源发光点设计成中心暗、边缘亮，如图17所示。此方案可以通过以下两种方式来实现，第一，将光源1701发光点设计成边缘点分布密集、中心点分布稀疏；第二，增大光源1701边缘发光点的出射孔径，从而间接增大发光边缘点的供电电流。基于此方案可以弥补成像透镜的相对照度问题，从而使红外相机接收到的红外光斑亮度均匀。

实施例十五

图18为本发明提供的再一种图案编码投射器的结构示意图；在本实施例中，为了便于描述，如图18所示，结构光发生器为1801、光源的标号为1811、镜筒的标号为1812、掩膜版的标号为1813、电路板的标号为1814、投射物镜的标号1802，为投射物镜的光轴。

在现有技术中，接收模组中红外相机接收到的红外光斑图可能存在不完整的情况。具体的，依旧如图16中的(a)和图16中的(b)所示，由于红外相机与投射器在基线方向上存在一定距离（基线方向指的是图案编码投射器的光源与接收模组之间的连线方向），投射器的投射视场与红外相机的接收视场无法完全重合，所以一方面可能会导致投射器投射的红外光斑有很大一部分未被红外相机接收到，如图16中的(a)中第一虚线区域1602所示，形成无效光斑，造成光源能量的浪费和光斑利用率的下降；另一方面可能会导致红外相机接收到的红外光斑图存在暗区，如图16中的(b)中第二虚线区域1603所示，造成红外光斑有效范围的下降。

为了解决上述问题，在本实施例中，将图案编码投射器中结构光发生器1801相对于投射物镜1802偏心设置，即结构光发生器1801的光轴偏移投射物镜1802的光轴。具体的，如图18所示，此方案将结构光发生器1801沿垂直于/>、平行于基线、且远离红外相机的方向偏移，从而使结构光发生器1801的光轴从/>偏移到/>，结构光发生器1801出射的光束关于/>对称分布，并投射到投影物镜1802。基于此方案可以使图案编码投射器最终出射的红外光斑区域沿垂直于/>、平行于基线、且靠近红外相机的方向偏移，由此可以弥补红外相机接收到的红外光斑存在的水平偏移，并且减小未被红外相机接收到的无效光斑，从而使红外相机接收到的红外光斑与投射器的投射视场相匹配，提高红外相机接收到的红外光斑的有效范围，减少光源能量的浪费，提高光斑利用率。

本发明提供以上方案，但并不排除图案编码投射器可以有其他形式的结构方案。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种结构光发生器，其特征在于，包括：

电路板，所述电路板设有光源；

掩膜版；以及

镜筒或导光柱；

其中，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒一端与所述电路板连接，另一端与所述掩膜版连接，所述镜筒设有空腔以及与所述空腔连通的开口，所述空腔内形成有第一出射光线，所述镜筒的内壁设有第一反射层，所述第一反射层用于形成第一反射光线，所述第一出射光线包括所述光源发出的光线以及所述第一反射光线，所述第一出射光线通过所述开口出射至所述掩膜版并透过所述掩膜版射出，以形成红外光斑图；

当所述结构光发生器包括所述导光柱时，所述导光柱一端与所述电路板连接，另一端与所述掩膜版连接，所述光源发出的光线通过所述导光柱形成第二出射光线，所述第二出射光线透过所述掩膜版并形成红外光斑图。

2.如权利要求1所述的结构光发生器，其特征在于，所述电路板上设有第二反射层，所述第二反射层用于形成第二反射光线，所述第一出射光线或所述第二出射光线还包括第二反射光线；

和/或，所述光源和所述电路板上均设有光罩，所述光罩开设有出光孔，所述出光孔与所述光源的发光孔相对应，使所述光源发出的光线通过所述出光孔射出，所述光罩设有第三反射层并形成第三反射光线，所述第一出射光线或所述第二出射光线还包括第三反射光线；

和/或；

当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒内壁光滑设置或设置喷砂层；

和/或，

所述光源表面设有光学元件，所述光学元件集成有微透镜结构。

3.如权利要求1所述的结构光发生器，其特征在于，所述掩膜版包括：

基板，所述基板透光设置；以及

图案层，所述图案层设于所述基板朝向或远离所述空腔的表面上，所述图案层设有编码图案，所述编码图案设有透光区域和不透光区域，所述第一出射光线或所述第二出射光线通过所述透光区域射出并形成所述红外光斑图，所述不透光区域为第四反射层并形成第四反射光线；

和/或；

当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒设有安装凸台，所述掩膜版与所述安装凸台连接，所述第一出射光线还包括第五反射光线和第六反射光线，所述安装凸台朝向所述光源的表面设有第五反射层，所述第五反射层用于形成所述第五反射光线，所述安装凸台凸出所述镜筒的一端端面设有第六反射层，所述第六反射层用于形成所述第六反射光线。

4.如权利要求1-3任一项所述的结构光发生器，其特征在于，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒的内壁面为椭球面，所述光源的出光面的中心点与所述椭球面的第一焦点重合，所述掩膜版的底面的中心点与所述椭球面的第二焦点重合；

或，所述镜筒的内壁面为抛物面，所述光源的中心点与所述抛物面的焦点重合，所述抛物面的开口方向朝向所述掩膜版方向设置。

5.如权利要求1-3任一项所述的结构光发生器，其特征在于，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒的内壁包括第一内壁面和第二内壁面，所述第一内壁面背离所述光源的一端与所述第二内壁面连接。

6.如权利要求5所述的结构光发生器，其特征在于，所述第一内壁面包括两两相对的四个第一平面，四个所述第一平面的侧边依次连接，第二内壁面包括两两相对的四个第二平面，四个所述第二平面的侧边依次连接，每一所述第一平面分别与对应的一所述第二平面连接。

7.如权利要求6所述的结构光发生器，其特征在于，所述第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个所述第二平面靠近所述掩膜版的一端朝彼此靠近的方向倾斜；

或，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此远离的方向倾斜，相对的两个所述第二平面竖直且平行设置；

或，所述第一平面与第二平面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等，相对的两个所述第一平面靠近所述光源的一端朝彼此靠近的方向倾斜，相对的两个所述第二平面竖直且平行设置。

8.如权利要求5所述的结构光发生器，其特征在于，所述第一内壁面为椭球面，所述第二内壁面包括两两相对的四个平面，四个平面的侧边依次连接，相对的两个平面靠近所述光源一端之间的距离与所述椭球面的短半轴相等，另两个平面靠近所述光源一端之间的距离与所述椭球面的中半轴相等，所述光源的出光面的中心点与所述椭球面的第一焦点重合，所述掩膜版的底面的中心点与所述椭球面的第二焦点重合，所述第一内壁面与第二内壁面分别在竖直方向上延伸的直线距离相等。

9.如权利要求1-8任一项所述的结构光发生器，其特征在于，当所述结构光发生器包括所述镜筒时，所述镜筒高度，其中/>为所述光源的发散角，L为所述光源的宽度。

10.一种图案编码投射器，其特征在于，包括：结构光发生器和投射物镜，所述结构光发生器的出光面位于所述投射物镜的物方焦平面上，所述结构光发生器用于投射具有高密度编码图案的红外光斑图，所述投射物镜将所述红外光斑图放大后投射至空间区域，其中，所述结构光发生器为如权利要求1-9任一项所述的结构光发生器。

11.如权利要求10所述的图案编码投射器，其特征在于，所述投射物镜为远心镜头，所述投射物镜的数值孔径与所述结构光发生器相匹配；

和/或；

所述投射物镜为投射超透镜，所述投射超透镜与所述结构光发生器的掩膜版形成集成光学元件，所述掩膜版的图案层设于所述掩膜版的基材靠近所述光源的一侧表面，所述投射超透镜设于所述基材背离所述图案层的一侧；

和/或；

所述掩膜版的基材为电致折射率可变材料；

和/或；

所述光源设有发光点，所述光源的自中心向边缘的方向上，所述发光点逐渐密集，或，所述光源的自中心向边缘的方向上，所述发光点的出射孔径逐渐增大；

和/或；

所述结构光发生器的光轴偏移所述投射物镜的光轴。