CN209231620U - 结构光图案投射器 - Google Patents

结构光图案投射器 Download PDF

Info

Publication number
CN209231620U
CN209231620U CN201821914047.9U CN201821914047U CN209231620U CN 209231620 U CN209231620 U CN 209231620U CN 201821914047 U CN201821914047 U CN 201821914047U CN 209231620 U CN209231620 U CN 209231620U
Authority
CN
China
Prior art keywords
luminous point
luminous
structured light
pattern
interval
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.)
Active
Application number
CN201821914047.9U
Other languages
English (en)
Inventor
蔡朝旭
朱秋兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Di Peng Optoelectronics Technology Co ltd
Original Assignee
Di Peng Optoelectronics Technology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Di Peng Optoelectronics Technology Co ltd filed Critical Di Peng Optoelectronics Technology Co ltd
Application granted granted Critical
Publication of CN209231620U publication Critical patent/CN209231620U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/521—Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本创作是一种结构光图案投射器，包括提供球面波形式的多个激光发光点的多点光源模块、透镜元件和绕射光学元件。多个激光发光点排列成一具有特定规则性的发光点排列图案，发光点排列图案经过透镜元件成像和绕射光学元件复制成多个后，在远处成像的相邻二发光点排列图案之间彼此部分重叠，特定规则性发光点排列图案使得重叠部分的光点具非规则性，且重叠程度不同时所产生的非规则图案也不同，藉由DOE的设计，各处相邻的重叠程度可以不同，因此可以产生不重复的非规则图案。

Description

结构光图案投射器
【技术领域】
本创作是关于一种以激光点组成图案产生器的领域，特别是一种以多点作为光源的结构光图案投射器。
【背景技术】
绕射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)可将激光复制成多个相同的光点分布图案后投射在远处，这些相同的光点分布图案可拼接成一大的投射图案。然，由于每个光点分布图案相同，即在横向和垂直向都是重复性的图案，因此，当应用在结构光时，在演算深度时可能出现错误讯息，需予以调整。
【实用新型内容】
本创作提供一种结构光图案投射器，其使用多点式光源来投射出没有重复性或出现重复性的距离大于发光点排列图案的单位宽度的距离。
本创作提供一种结构光图案投射器，多点式光源发出的光通过绕射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)后投射出多个重复的发光点排列图案，此些发光点排列图案之间可以有不同的重叠方式来产生不同的非规则投射图案。
本创作提供一种结构光图案投射器，透过依规则或非规则排列的一维/二维发光点，可以产生不重复的非规则投射图案，利于深度演算的准确性。
本创作提供一种结构光图案投射器，设计DOE使得重复的多点光源排列图样两两重叠的相对位置都不同时，便可产生都不重复的非规则图案或重复图案之间的距离大于发光点排列图案的单位长度的图案。
依据上述，一种结构光图案投射器，包含：一多点式光源，包括多个发光点，其中这些发光点则排列形成一具有一特定规则性的发光点排列图案；一透镜元件，将发光点排列图案投射在远处成像；及一绕射光学元件(DOE)，将成像的发光点排列图案复制为多个，其中，在远处成像的相邻二发光点排列图案之间彼此部分重叠形成至少一重叠部分，具有特定规则性的发光点排列图案使得重叠部分的多个投射光点的排列具非规则性。
依据上述，一种结构光图案投射器，包含：一多点式光源，其包括多个发光点，其中这些发光点则排列形成一具有一特定规则性的发光点排列图案；及一绕射光学元件(DOE)，其设置在多点式光源前方以接受这些发光点发出的多个光束，其中，绕射光学元件成像发光点排列图案以及复制成像的发光点排列图案为多个，其中，在远处成像的相邻二发光点排列图案之间彼此部分重叠形成至少一重叠部分，具有特定规则性的发光点排列图案使得重叠部分的多个投射光点的排列具非规则性。
一例中，这些发光点排列图案的至少二个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同；或是这些发光点排列图案的多个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同。
一例中，特定规则性包括在一横方向或/和一垂直方向上以一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
一例中，这些发光点的一排列方向是与一横方向或一垂直方向夹一角度。
一例中，这些发光点以一同心圆排列方式排列，使得发光点排列图案为一同心圆点分布图案。
一例中，发光点排列图案分成至少二部份，每一部分具有特定规则性，且二部分的这些发光点排列方向夹一个角度，绕射光学元件复制使得任一部分均可紧密相接为一大图，二大图重叠为一复合大图。
一例中，特定规则性为包括在一横方向或/和一垂直方向上以一等间距、一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
一例中，多点式光源为一面射型激光(VCSEL)。
本创作所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。
【附图说明】
图1为本创作的结构光图案投射器的各部件配置和光束方向的第一实施例的侧面示意图。
图2为本创作的结构光图案投射器的多点光源排列的第一实施例和投射后的光点分布图案的部分光点正面示意图。
图3为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第二实施例的正面示意图。
图4为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第三实施例的正面示意图。
图5为本创作的结构光图案投射器的光源是图3的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第一实施例的正面示意图。
图6为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第四实施例的正面示意图。
图7则为本创作的结构光图案投射器的光源是图6的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第二实施例的正面示意图。
图8为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第五实施例的正面示意图。
图9则为本创作的结构光图案投射器的光源是图8的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第三实施例的正面示意图。
图10为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第六实施例的正面示意图。
图11则为本创作的结构光图案投射器的光源是图10的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第四实施例的正面示意图。
图12为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第七实施例的正面示意图。
图13则为本创作的结构光图案投射器的光源是图12的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第五实施例的正面示意图。
图14为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第八实施例的正面示意图。
图15则为本创作的结构光图案投射器的光源是图14的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第六实施例的正面示意图。
图16为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第九实施例的正面示意图。
图17为本创作的结构光图案投射器的光源是图16的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第七实施例的正面示意图。
图18为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第十实施例的正面示意图。
图19为本创作的结构光图案投射器的光源是图18的第一部分发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案的正面示意图。
图20为本创作的结构光图案投射器的光源是图18的第二部分发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案的正面示意图。
图21为本创作的结构光图案投射器的光源是图18的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案的正面示意图。
图22为本创作的结构光图案投射器的绕射光学元件设计原理的示意图。
主要元件符号说明：
1、3、5 结构光图案投射器
6 投射光点分布
10 光源
11、11a、11b、15、21、21a、21b、21c、21d、31、 发光点排列图案41、41a、41b、51、51a、51b、61、71、81、91
13、17、23、27a、27b、33、37、43、53、63、73、83 光点分布图案
16 激光点光束
18 成像光束
19 发光面
20 绕射光学元件
25a 第一发光点排列图案
25b 第二发光点排列图案
30 透镜元件
31a、31b 一维排列
32 绕射式透镜
50 远处
12a、12b、12c、12d、12e、12f 发光点
54、56、58、60、62、64、66、74、76 第二图案
L 轴
X、Y 轴
X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3、Y4 坐标轴
x 间隔
d 级数
θ 角度
【具体实施方式】
本创作以下所述的目标处为一特定着光面，其可以是经过绕射光学元件(DOE)后激光光点分布投射的一平面、弧面、曲面或凹凸不一的轮廓，以下的实施例以平面做说明，而一般的观察者，无论是人或是摄像机(camera)皆可看到在目标处的激光光点所形成的图案、乱点分布、多点规则排列等视觉效果。为方便说明，以下实施例将以图式将各部分以不同比例放大说明，图式各部分的比例并非用以限制本创作的创作精神。
以下所称的多点光源模块，其是发出多道激光点光束的激光发光点。原则上，本创作应用的每一激光点光束为球面波，就同一发光平面(光束发射共同面)来看，刚离开同一发光平面(光束发射共同面)的多道激光点光束是以同一发光平面的法线方向发出，故此谓本创作的多道激光点光束的球面波或平面波彼此平行但不重叠。但可理解的，激光点光束为具有发光角的光，是以，在发光平面(光束发射共同面)到绕射光学元件(DOE)之间，具有发光角的多道激光点光束是有交错的情形。实现上，本创作的每一激光点光束可由一垂直共振腔面射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)提供，一垂直共振腔面射激光经由开孔位置的安排可提供本创作的多道激光点光束，开孔数量、大小和排列是可以设计的。另外，本创作以下所谓开孔的点光源，也可更细腻的建立小面光源的波前真实分布模型，更精确地做相位调制，故以下所称的点光源是涵盖小面光源，若和绕射光学元件接受多道激光点光束入射的接收面来比较，发出点光源的开孔的孔大小为几微米或几十微米等级，而绕射光学元件接受多道激光点光束入射的接收面则为1*1或数平方毫米(mm2)的等级。
图1为本创作的结构光图案投射器的各部件配置和光束方向的第一实施例的侧面示意图。结构光图案投射器1包括一光源10、一透镜元件30和一绕射光学元件20，其中，透镜元件30和绕射光学元件20二者以一间隔距离设置在光源10所发出的多点光源球面波的发射方向路径上，透镜元件30和一绕射光学元件20之间的间距则较短或可贴近彼此。为方便说明，光源10、透镜元件30和绕射光学元件20和远处50沿着L轴间隔设置者。在第一实施例中，光源10包括多个发光点发出多道球面波形式的激光点光束16，多个发光点在光源10上是排列形成一具有一特定规则性的发光点排列图案。其次，透镜元件30可将发光点排列图案投射在远处成像，绕射光学元件20则可将成像的发光点排列图案复制为多个。是以，成像光束18投射在远处50，形成由多个发光点排列图案排列所组成的一光点分布图案。发光点排列图案以及多个发光点排列图案的排列方式将后详述。
图2为本创作的结构光图案投射器的多点光源排列的第一实施例和投射后的光点分布图案的部分光点正面示意图。参考图1和图2，光源10上具有多个发光点，每一发光点可发出一道球面波形式的激光点光束，这些激光点光束组合以构成光源10所提供的多道球面波形式的激光点光束16。光源10的发光面可利用一垂直共振腔面射激光的多个激光开孔来实现。其次，在图2中，这些发光点排列具有特定规则性，发光点以间隔等差级数的规则排列，例如发光点12a、12b、12c、12d、12e、12f等等依序排列，相邻的发光点12a和发光点12b之间的间隔定义为”x”，则发光点12b和发光点12c之间的间隔则为”x+d”；发光点12c和发光点12d之间的间隔则为”x+2d”；发光点12d和发光点12e之间的间隔则为”x+3d”；发光点12e和发光点12f之间的间隔则为”x+4d”，以此类推，因此，图2所示的发光点排列图案11为间隔等差级数的光点排列。要说明的是，此例中的”x”和”d”的值为大于0的数值，任二相邻的发光点的间隔差值亦不限于整数倍的”d”。可以理解的，上述数值是以图2中最左边的发光点为基准点为说明，当以不同位置的发光点为基准点说明时，”x”和”d”的值亦可以是小于0的数值，本创作不以正数值为限。
续参考图1和图2，这些发光点透过透镜元件30和绕射光学元件20的成像和复制后，在远处50投射出多个发光点排列图案11a、11b排列所组成的光点分布图案，其中，发光点排列图案11a、11b分别包括这些发光点12a、12b、12c、12d、12e、12f等，并且发光点排列图案11a、11b相邻且之间彼此部分重叠。在图2中，发光点排列图案11a、11b在Y轴方向上相邻，并且在X轴方向部分重叠，其中发光点排列图案11a的发光点12d和发光点排列图案11b的发光点12a对准。可以理解的，在一维方向上(X轴)的重叠方式不限于图2所示，发光点排列图案11b的发光点12a也可以和发光点排列图案11a的其他发光点对准，特征在于:发光点排列图案11b的发光点12a不和发光点排列图案11a的发光点12a对准，如此才可以形成远处50的相对非规则的光点分布图案13。另，要说明的是，在形成乱度相对大的光点分布图案考虑下，可将发光点排列图案11a、11b的发光点的对准位置设定为非整数的位置，甚至在Y轴(垂直)方向进行不同程度的重叠或错位，如此即可增加光点分布图案13的乱度。
图3和图4分为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第二和第三实施例的正面示意图。如图3所示，将图2的一列发光点(在X轴方向排成一列)展开成二维矩阵即形成图3的发光点排列图案21，其中以图3所示左下角为基准点，则X轴和Y轴方向分别为发光点的间隔渐增的排列，或谓发光点在X轴和Y轴方向上分别依照等差数列的规则排列。是以，图3中是以彼此垂直的二方向上展开发光点的排列成为一二维矩阵；但本创作不以此为限，如图4所示，发光点的一维排列31a和31b交错(interlaced)而形成具有曲折(zigzag)效果的发光点排列图案31。
图5为本创作的结构光图案投射器的光源是图3的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第一实施例的正面示意图。请参考图3和图5，光点分布图案23的一部分具有发光点排列图案21a、21b、21c、21d，其中二相邻的发光点排列图案在X轴和Y轴(横向和垂直向)二方向皆有部分重叠。其次，发光点排列图案的重叠部分可异于彼此，例如图5上所示，发光点排列图案21a和发光点排列图案21b的重叠部分的长和宽不同于发光点排列图案21b和发光点排列图案21c的重叠部分的长和宽；同理，发光点排列图案21b和发光点排列图案21c的重叠部分的长和宽不同于发光点排列图案21c和发光点排列图案21d的重叠部分的长和宽，以此类推。除了重叠部分的长和宽不同之外，上述各重叠部分的范围内的光点分布图案并不相同。是以，光点分布图案23内不会出现块状重复的光点分布图案，即光点分布图案23内不会有重复性，是适合应用在演算深度的领域。可以理解的，图5中的发光点排列图案21a、21b、21c、21d的其他部分亦有和其他发光点排列图案相邻且可具有不同的重叠部分，在此未绘出。
图6为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第四实施例的正面示意图。和图3相同的，图6亦以图的左下角为基准点，则X轴和Y轴方向分别为发光点的间隔先渐减后渐增的排列。也可谓发光点由发光点排列图案41的中心向X轴和Y轴方向上分别依照等差数列的规则排列。可以理解的，发光点排列图案41的排列规则亦可采用图4的交错排列，在此不赘述。图7则为本创作的结构光图案投射器的光源是图6的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第二实施例的正面示意图。请参考图6和图7，光点分布图案33的一部分具有相邻的发光点排列图案41a和发光点排列图案41b以二维方向皆部分重叠的方式排列，如此形成非规则排列的光点分布。
图8为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第五实施例的正面示意图，图9则为本创作的结构光图案投射器的光源是图8的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第三实施例的正面示意图。参考图8和图9，图8以图的左下角为基准点，则X轴和Y轴方向分别为发光点的间隔先渐增后渐减的排列以形成发光点排列图案51，经过成像和复制后投射成光点分布图案43，光点分布图案43的一部分具有相邻的发光点排列图案51a和发光点排列图案51b以二维方向皆部分重叠的方式排列构成。
图10为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第六实施例的正面示意图，图11则为本创作的结构光图案投射器的光源是图10的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第四实施例的正面示意图。参考图10和图11，图10以图的左下角为基准点，发光点排列图案61的X轴方向为发光点的间隔先渐增后渐减的特定规则性，Y轴方向则为发光点的间隔先渐减后渐增的特定规则性，光点分布图案53的一部分具有相邻的二发光点排列图案61以二维方向皆部分重叠的方式排列构成。
图12为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第七实施例的正面示意图，图13则为本创作的结构光图案投射器的光源是图12的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第五实施例的正面示意图。参考图12和图13，发光点排列图案71的X轴方向为发光点的间隔随机特定规则性，Y轴方向则为发光点的间隔先渐增后渐减的特定规则性，光点分布图案63的一部分具有相邻的二发光点排列图案71以二维方向皆部分重叠的方式排列构成。
是以，上述实施例中，发光点排列图案在一维或二维方向上可依据一段变化(渐增或渐减)或二段变化(渐增和渐减)，但本创作不以此为限，应用时，当光源的发光点数量足够时，是可以采用多段变化的。其次，发光点所的特定规则性可以是等距、间距渐增、间距渐减、间距交互渐减渐增或随机间距，此特定规则性可应用在一维方向或二维方向。另，同一光源的多个发光点在不同维度方向上的特定规则性也可相同或不同，甚至出现如错位的第三维度方向上的排列。
图14为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第八实施例的正面示意图，图15则为本创作的结构光图案投射器的光源是图14的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第六实施例的正面示意图。参考图14和图15，发光点排列图案81的二个轴方向皆为发光点的间隔先渐增后渐减的特定规则性，但相对于水平X轴而言旋转一角度θ。光点分布图案73的一部分具有相邻的二发光点排列图案81以二维方向皆部分重叠的方式排列构成。
图16为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第九实施例的正面示意图，图17则为本创作的结构光图案投射器的光源是图16的发光点排列图案所投射出的部分光点分布图案第七实施例的正面示意图。参考图16和图17，光源的发光点排列图案91是以光源发光面的几何中心为基准点，发光点依照同心圆等间距向外间隔的特定规则性，光点分布图案83的一部分具有相邻的二发光点排列图案91以二维方向皆部分重叠的方式排列构成。
另，本创作上述的发光点排列图案可应用在光源的整个发光面，也可以结合二个以上的发光点排列图案应用在光源的整个发光面。图18为本创作的结构光图案投射器的发光点排列图案的第十实施例的正面示意图。参考图18，光源的整个发光面19可分成二个相邻部分，其中第一部分具有第一发光点排列图案25a，第二部分则具有第二发光点排列图案25b。透过透镜元件的成像和绕射元件的复制，绕射光学元件复制多个发光点排列图案，并使这些发光点排列图案部分重叠，其中一个特例为第一部分的发光点排列图案25a和第二部分的发光点排列图案25b的形状及大小相同，且绕射光学元件使得任一部分均可单独紧密相接为一大图，例如将多个第一发光点排列图案25a以拼接方式构成如图19的投射光点分布图案27a，以及将多个第二发光点排列图案25b以拼接方式构成如图20的投射光点分布图案27b，两大图重叠为一复合大图，最后显示的投射光点分布图案将如图21的投射光点分布图案37(来自投射光点分布图案27a和投射光点分布图案27b的重叠)，如此仍可达到本创作产生结构光点分布图案的目的。
图22为本创作的结构光图案投射器的绕射光学元件设计原理的示意图。为方便说明，单一发光点经过DOE后投射至某一距离的投射光点分布6上可由坐标轴X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4来定义说明。如图22所示，坐标轴X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交会处的点是原来的光点分布位置。习知在此位置，DOE所复制的多点光源光点分布图案会以相同相对位置重叠，坐标轴X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交会处的点的密度代表图案的重叠区域大小。在本创作中，黑色点(即未位在坐标轴X1、X2、X3、X4、Y1、Y2、Y3和Y4的交会处的点)为调整后的光点分布位置，让各点的(xi,yj)不同，可以使得重叠的相对位置均不同，产生的非规则图案不重复，或至少让相邻的(xi,yj)不同，可以使得不重复的范围尽量扩大。
依据上述，本创作的结构光图案投射器可以产生适合深度演算和分布密度高的投射点。光源的多个发光点排列形成一具有特定规则性的发光点排列图案，此发光点排列图案经过复制和成像投射后形成光点分布图案。透过设计DOE，使相邻二发光点排列图案可部分重叠以及重叠部分的大小的调整，可以仅在一维方向上不出现重复的光点分布图案，或是在二维方向上皆不出现重复的光点分布图案，或是所投射的光点分布图案内、或是重复图案的之间的距离大于发光点排列图案的单位长度。
又，本创作上述光源的发光点排列图案排列具有特定规则性，然光源的发光点排列图案若是非规则排列，亦可透过成像和复制使相邻二发光点排列图案部分重叠，来达到投射光点分布图案的重复图案区块之间的距离大于发光点排列图案投射的单元图案的目的。
虽然本创作的实施例揭露如上所述，然并非用以限定本创作，任何熟习相关技艺者，在不脱离本创作的精神和范围内，举凡依本创作权利要求所述的形状、构造、特征、方法及数量当可做些许的变更，因此本创作的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种结构光图案投射器，其特征在于，所述结构光图案投射器包含：
一多点式光源，包括多个发光点，其中所述这些发光点排列形成一具有一特定规则性的发光点排列图案；
一透镜元件，将所述发光点排列图案投射在远处成像；及
一绕射光学元件，将成像的所述发光点排列图案复制为多个，其中，在远处成像的相邻二所述发光点排列图案之间彼此部分重叠形成至少一重叠部分，所述具有所述特定规则性的发光点排列图案使得所述重叠部分的多个投射光点的排列具非规则性。
2.根据权利要求1所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点排列图案的至少二个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同；或是所述这些发光点排列图案的多个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同。
3.根据权利要求2所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述特定规则性包括在一横方向或/和一垂直方向上以一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
4.根据权利要求3所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述间隔渐增方式或所述间隔渐减方式为一等差数列变化。
5.根据权利要求1所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点的一排列方向是与一横方向或一垂直方向夹一角度。
6.根据权利要求1所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点以一同心圆排列方式排列，使得所述发光点排列图案为一同心圆点分布图案。
7.根据权利要求1所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述发光点排列图案分成至少二部份，每一所述部分具有所述特定规则性，且所述二部分的所述这些发光点排列方向夹一个角度，所述绕射光学元件复制使得任一所述部分均可紧密相接为一大图，所述二大图重叠为一复合大图。
8.根据权利要求7所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述特定规则性为包括在一横方向或/和一垂直方向上以一等间距、一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
9.根据权利要求1所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述多点式光源为一面射型激光。
10.一种结构光图案投射器，其特征在于，所述结构光图案投射器包含：
一多点式光源，其包括多个发光点，其中所述这些发光点则排列形成一具有一特定规则性的发光点排列图案；及
一绕射光学元件，其设置在所述多点式光源前方以接受所述这些发光点发出的多个光束，其中，所述绕射光学元件成像所述发光点排列图案以及复制成像的所述发光点排列图案为多个，其中，在远处成像的相邻二所述发光点排列图案之间彼此部分重叠形成至少一重叠部分，所述具有所述特定规则性的发光点排列图案使得所述重叠部分的多个投射光点的排列具非规则性。
11.根据权利要求10所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点排列图案的至少二个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同；或
是所述这些发光点排列图案的多个重叠部分的横方向或/及垂直方向的宽度不同。
12.根据权利要求11所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述特定规则性包括在一横方向或/和一垂直方向上以一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
13.根据权利要求10所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点的一排列方向是与一横方向或一垂直方向夹一角度。
14.根据权利要求10所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述这些发光点以一同心圆排列方式排列，使得所述发光点排列图案为一同心圆点分布图案。
15.根据权利要求10所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述发光点排列图案分成至少二部份，每一所述部分具有所述特定规则性，且所述二部分的所述这些发光点排列方向夹一个角度，所述绕射光学元件复制使得任一所述部分均可紧密相接为一大图，所述二大图重叠为一复合大图。
16.根据权利要求15所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述具有所述特定规则性为包括在一横方向或/和一垂直方向上以一等间距、一间隔渐增、一间隔渐减、一间隔交互渐减、一间隔交互渐增或一随机方式排列。
17.根据权利要求10所述的结构光图案投射器，其特征在于，其中所述多点式光源为一面射型激光。
CN201821914047.9U 2018-06-12 2018-11-20 结构光图案投射器 Active CN209231620U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107207870U TWM566819U (zh) 2018-06-12 2018-06-12 結構光圖案投射器
TW107207870 2018-06-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN209231620U true CN209231620U (zh) 2019-08-09

Family

ID=64399906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201821914047.9U Active CN209231620U (zh) 2018-06-12 2018-11-20 结构光图案投射器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10498109B1 (zh)
CN (1) CN209231620U (zh)
TW (1) TWM566819U (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110806672A (zh) * 2020-01-07 2020-02-18 南昌欧菲生物识别技术有限公司 投影模组、识别装置及移动终端
CN113189601A (zh) * 2020-01-13 2021-07-30 奇景光电股份有限公司 混合型深度估算系统
WO2024001608A1 (zh) * 2022-06-28 2024-01-04 嘉兴驭光光电科技有限公司 提升散斑点密度的方法、衍射光学元件及投射器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493767B (zh) * 2018-03-12 2019-09-27 Oppo广东移动通信有限公司 激光发生器、结构光投射器、图像获取结构和电子装置
US20220412729A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-29 Himax Technologies Limited Dot pattern projector for use in three-dimensional distance measurement system
US11979548B2 (en) 2022-04-08 2024-05-07 Himax Technologies Limited Structured light projector and three-dimensional image sensing apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9052512B2 (en) * 2011-03-03 2015-06-09 Asahi Glass Company, Limited Diffractive optical element and measuring apparatus
US9562760B2 (en) * 2014-03-10 2017-02-07 Cognex Corporation Spatially self-similar patterned illumination for depth imaging
US20160377414A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Hand Held Products, Inc. Optical pattern projector
CN107026392B (zh) * 2017-05-15 2022-12-09 奥比中光科技集团股份有限公司 Vcsel阵列光源
CN107424188B (zh) * 2017-05-19 2020-06-30 深圳奥比中光科技有限公司 基于vcsel阵列光源的结构光投影模组
CN109903719A (zh) * 2017-12-08 2019-06-18 宁波盈芯信息科技有限公司 一种时空编码的结构光编码图案生成方法及装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110806672A (zh) * 2020-01-07 2020-02-18 南昌欧菲生物识别技术有限公司 投影模组、识别装置及移动终端
CN113189601A (zh) * 2020-01-13 2021-07-30 奇景光电股份有限公司 混合型深度估算系统
CN113189601B (zh) * 2020-01-13 2023-08-18 奇景光电股份有限公司 混合型深度估算系统
WO2024001608A1 (zh) * 2022-06-28 2024-01-04 嘉兴驭光光电科技有限公司 提升散斑点密度的方法、衍射光学元件及投射器

Also Published As

Publication number Publication date
US20190379180A1 (en) 2019-12-12
TWM566819U (zh) 2018-09-11
US10498109B1 (en) 2019-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN209231620U (zh) 结构光图案投射器
CN205002744U (zh) 光电器件
TWI577922B (zh) Optical device
US9554122B2 (en) Optical pattern projection
JP5024712B2 (ja) 多視点空中映像表示素子
TWI813587B (zh) 使用縱向網格圖案進行距離測量的方法和非暫態機器可讀取存儲媒體
US10317691B2 (en) Arrays of individually oriented micro mirrors providing infinite axis activation imaging for imaging security devices
CN107429993A (zh) 用于产生图案化照明的装置
Yue et al. Poisson-based continuous surface generation for goal-based caustics
CN102654590A (zh) 衍射光学元件及计测装置
WO2019178969A1 (zh) 一种结构光投影模组和深度相机
KR101840261B1 (ko) 표면이 복수의 이미지들을 보여주는데 적합한 영역을 포함하는 물체
KR20070104209A (ko) 다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템
CN108594453B (zh) 一种结构光投影模组和深度相机
CN208013572U (zh) 多点光源式图案投射器
CN106443985A (zh) 缩放结构光图案的方法以及应用该方法的光学装置
JPWO2018051843A1 (ja) マーカとマーカを用いた姿勢推定方法
JP4402224B2 (ja) 立体模様を有するシートおよびその製造方法
CA2263405C (en) Substrate producing three-dimensional images
CN203858382U (zh) 结构光元件和包括结构光元件的光源模块
CN212989792U (zh) 匀光组件
JP2023522717A (ja) コリメータ機能付き回折光学素子
CN210090898U (zh) 结构光投影模组和深度相机
TWM572994U (zh) 多點光源式圖案投射器
CN100533206C (zh) 裸眼可视立体图像液晶光栅分时显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant