CN211426953U

CN211426953U - 增维摄像装置

Info

Publication number: CN211426953U
Application number: CN202020187717.2U
Authority: CN
Inventors: 黄河; 楼歆晔; 孟玉凰; 林涛
Original assignee: Shanghai North Ocean Photonics Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai North Ocean Photonics Technology Co Ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2030-02-20

Abstract

一种增维摄像装置，其中所述增维摄像装置包括一光接收单元和一光发射组件，其中所述光发射组件包括一激光发射器、至少一匀光元件以及至少一准直透镜，其中所述激光发射器用于发射激光光束，其中所述匀光元件和所述准直透镜被设置于所述激光发射器发射的光束的光路路径中，其中所述准直透镜用于准直光束，以供缩小光束发散角，其中所述匀光元件具有微透镜阵列，以供光束经所述匀光元件的所述微透镜阵列的调制，以供在所述光接收单元形成光场。

Description

增维摄像装置

技术领域

本实用新型涉及摄像领域，进一步涉及一种增维摄像装置。

背景技术

随着数字成像技术的发展，摄像装置作为一种图像传感器被广泛应用。例如，一种基于TOF(time of flight)时间飞行技术的TOF深度相机，用于获取目标场景的深度信息，以提供3D深度视觉效果，已逐渐应用于诸如手机、VR/AR手势交互、汽车、安防监控设备、智能家居、无人机以及智能机器人等领域。

目前的深度摄像模组包括一光发射组件和一光接收单元，其中该光发射组件包括激光发射器和匀光元件，其中通过该激光发射器发射激光光束，经该匀光元件投射至一定视场角内的目标场景，其中该光接收单元接收反射光，最终在一定视场角范围内形成较为均匀的光场，从而获取深度信息。

然而，由于该激光发射器的发射激光光束的发散角一般为20°-30°，激光光束经该匀光元件后很难满足更小角度的投射需求，光能较为分散，光束探测区域的边界较为模糊，探测距离较短，无法适用于一些对光束发散角要求较小或光场分布要求较高的应用设备领域。例如，在一些扫地机器人、线阵激光雷达或工业检测等应用领域中，一般需求投射光束在目标场景形成一个线状的长方形探测区域，即一个方向为大角度而另一方向为小角度的光束探测区域，例如120°*10°、135°*8°等。又例如，对于一些面阵激光雷达或特定的深度相机等，一般需求更远的探测距离，需要一个比较小的光束发散角，如25°*20°。或者，有些特殊应用设备所需求的光束发散角比该激光发射器的光束发散角还要小，显然，由于现有的深度摄像模组中的光发射组件无法满足如此小的光束发散角，导致适用效果较差，甚至无法满足市场要求。

实用新型内容

本实用新型的一个优势在于提供一种增维摄像装置，相对于现有的深度摄像模组，其中所述增维摄像装置具备更小的光束发散角，从而能够适用于一些对光束发散角较小或光场分布要求较高的应用设备领域。

本实用新型的另一个优势在于提供一种增维摄像装置，其中所述增维摄像装置能够收窄激光发射器的光束发散角度，光能更加集中，使得光束探测区域的边界较为锐利、明显，探测距离更远。

本实用新型的另一个优势在于提供一种增维摄像装置，其能够形成一个方向为大角度、另一方向为小角度的光束探测区域，例如120°*10°、135°*8°等，从而能够适用于一些扫地机器人、线阵激光雷达或工业检测等应用领域。

本实用新型的另一个优势在于提供一种增维摄像装置，其中所述增维摄像装置的光束发散角可达到25°*20°，甚至更小，从而能够适用于追求更远的探测距离的应用设备，如面阵激光雷达或特定的深度相机等。

本实用新型的另一个优势在于提供一种增维摄像装置，其结构简单，成本较低，适用性较广。

依本实用新型的一个方面，本实用新型进一步提供一增维摄像装置，其中所述增维摄像装置包括一光接收单元和一光发射组件，其中所述光接收单元被设置于接收由所述光发射组件发射的光束经目标场景反射的光束的位置，其中所述光发射组件包括：

一激光发射器；

至少一匀光元件；以及

至少一准直透镜，其中所述激光发射器用于发射激光光束，其中所述匀光元件和所述准直透镜被依次设置于所述激光发射器发射的光束的光路路径中，其中所述准直透镜用于准直光束，以供缩小光束发散角，其中所述匀光元件具有微透镜阵列，以供光束经所述匀光元件的所述微透镜阵列的调制，以供在该光接收单元形成指定的光场。

在一些实施例中，其中所述匀光元件位于所述准直透镜与所述激光发射器之间。

在一些实施例中，其中所述准直透镜与所述匀光元件之间相距一定的预设距离。

在一些实施例中，其中所述匀光元件与所述准直透镜为一体式结构。

在一些实施例中，其中所述一体式结构包括一基板，其中所述基板的一侧具有所述微透镜阵列以形成所述匀光元件，另一侧形成所述准直透镜。

在一些实施例中，其中所述基板的所述另一侧为菲涅尔面或凸面。

在一些实施例中，其中所述准直透镜位于所述匀光元件与所述激光发射器之间。

在一些实施例中，其中所述准直透镜由单透镜组成。

在一些实施例中，其中所述准直透镜由两个透镜组成，其分别为一第一准直透镜和一第二准直透镜，其中所述第一准直透镜和所述第二准直透镜依次设置于所述激光发射器与所述匀光元件之间，或者，所述激光发射器、所述匀光元件、所述第一准直透镜以及所述第二准直透镜依次设置。

在一些实施例中，其中所述第一准直透镜的入光面为凸面或菲涅尔面，出光面为凹面，其中所述第二准直透镜的入光面为平面或凹面，出光面为凸面或菲涅尔面。

在一些实施例中，所述准直透镜由两个以上的单透镜组成。

在一些实施例中，其中所述准直透镜选自：球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、弯月透镜、非球面透镜以及菲涅尔透镜中的其中一种。

在一些实施例中，其中所述准直透镜为凸透镜，其中所述光束投射至目标场景形成一个方向大角度、另一个方向小角度的光束探测区域，其中所述大角度的范围大于或等于100°，其中小角度小于20°。

在一些实施例中，其中所述光发射组件的总长度小于等于20mm。

在一些实施例中，其中所述光发射组件的总长度小于等于4.4mm。

在一些实施例中，其中所述准直透镜为菲涅尔透镜，其中被投射至目标场景的所述光束的光束发射角小于25°*20°。

在一些实施例中，其中所述光发射组件的总长度小于等于3.93mm。

在一些实施例中，其中所述微透镜阵列由一组微透镜单元排布组成，其中各所述微透镜单元各不相同，以供光束经所述匀光元件后不会在远场形成明暗条纹。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个优选实施例的增维摄像装置的结构框图。

图2是根据本实用新型的上述优选实施例的第一种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图3是根据本实用新型的上述优选实施例的第一种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图4是根据本实用新型的上述优选实施例的第一种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图5是根据本实用新型的上述优选实施例的第一种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图6是根据本实用新型的上述优选实施例的第二种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图7是根据本实用新型的上述优选实施例的第二种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的一种实施方式的结构示意图。

图8是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光路的部分参数表格。

图9是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向大角度的光路结构示意图。

图10是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向小角度的光路结构示意图。

图11是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束在1m处的输出光照度的示意图。

图12是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束的水平输出光强度分布曲线示意图。

图13是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束的垂直输出光强度分布曲线示意图。

图14是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现两个方向均为小角度的光路的部分参数表格。

图15是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现两个方向均为小角度的光路结构示意图。

图16是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现两个方向均为小角度的光束在1m处的输出光照度的示意图。

图17是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现两个方向均为小角度的光束的水平输出光强度分布曲线示意图。

图18是根据本实用新型的上述优选实施例的所述增维摄像装置的光发射组件实现两个方向均为小角度的光束的垂直输出光强度分布曲线示意图。

图19是根据本实用新型的上述优选实施例的第三种实施方式的所述增维摄像装置的光发射组件的结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。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实用新型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实用新型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，在本实用新型的揭露中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。

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实用新型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不必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。

如图1至图19示出了本申请的一个优选实施例的增维摄像装置，如图1所示，所述增维摄像装置包括一光接收单元10和一光发射组件20，其中所述光接收单元10被设置于接收由所述光发射组件20发射的光束经目标场景反射的光束的位置，即所述光发射组件20发射光束至目标场景，所述光束经目标场景发射后，由所述光接收单元10接收反射光，以供获取图像信息。

在本实施例中，所述增维摄像装置用于拍摄获取目标场景的图像信息。优选地，所述增维摄像装置能够获取目标场景的深度信息，以获取三维图像信息。进一步地，所述增维摄像装置基于TOF时间飞行技术获取目标场景的深度信息。或者，本实用新型的所述增维摄像装置搭配其他摄像模组，为其他摄像模组拍摄的图像信息提供增维信息，所述增维信息指的是，所述增维摄像装置能够获取的目标场景的深度信息。或者，所述增维摄像装置还可以获取其他维度的信息，例如，所述维度信息可以是不同角度、深度、不同功能、不同特征如色彩、物理维度或者时间维度等信息。或者所述维度信息包括色彩信息，以供获取RGB色彩图像等。或者所述维度信息包括时间维度信息，即所述增维摄像装置能够获得一定时间内的图像信息，以供录制视频图像等，在此不受限制。

根据不同的应用场景，所述增维摄像装置被应用于不同的应用设备，其中所述增维摄像装置获取目标场景的所述图像信息被发送至所述应用设备，由所述应用设备处理并给出相应的动作或结果等。所述应用设备包括但不限于扫地机器人、线阵激光雷达、面阵激光雷达、深度相机、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等，应用范围广泛，适合于多样化应用场景。

所述光接收单元10为近红外摄像模组，并且包括至少一摄像镜组、至少一TOF传感器、一线路板以及一壳体，其中所述摄像镜组、所述TOF传感器以及所述线路板均被安装于所述壳体，其中所述光发射组件20发射的光束经目标场景反射的反射光经所述摄像镜组到达所述TOF传感器，并转化为电信号传递至所述线路板，其中所述线路板被电连接于所述光发射组件20和所述TOF传感器，其中所述线路板用于处理获得深度信息，以获取图像信息。所述线路板被电连接于所述应用设备，以传递所述图像信息至所述应用设备。换句话说，所述光接收单元10基于TOF技术获取目标场景的深度信息，并反馈至所述应用设备。

如图2至图7所示，进一步地，所述光发射组件20包括一激光发射器21、至少一匀光元件22和至少一准直透镜23，其中所述激光发射器21用于发射激光光束，其中所述匀光元件22和所述准直透镜23被依次设置于所述激光发射器21发射的光束210的光路路径中，其中所述准直透镜23用于准直所述光束210，以供缩小光束发散角，其中所述匀光元件22具有微透镜阵列221，以供光束210经所述匀光元件22的所述微透镜阵列221的调制，在所述光接收单元10形成指定的光场，以供所述光接收单元10获取图像信息。

也就是说，所述激光发射器21发射的光束210经所述准直透镜23准直，以收窄所述激光发射器21的光束发射角，使得所述增维摄像装置具备更小的光束发散角，光能更加集中，使得光束探测区域的边界较为锐利、明显，探测距离更远，从而能够适用于一些对光束发散角较小或光场分布要求较高的应用设备领域。

所述激光发射器21用于发出激光光束210，所述光束210如红外光。或者，所述激光发射器21可以被实施为激光发射阵列，或者垂直腔面激光发射器。所述激光发射器21能够被预设朝向一定的角度或者方向发射所述光束210，其中所述光束210应按一定的光场分布照射至所需的视场角范围内。所述激光发射器21发射的所述光束210具备一定的波长，其中所述激光发射器发射的所述光束210的波长范围大致为800nm至1100nm以内。根据不同的摄像需求，所述激光发射器21发射的所述光束210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。

所述匀光元件22用于使穿过其中的所述光束210的不会发生干涉，即不会在远场形成明暗条纹，以形成更加均匀的光场，其中所述匀光元件22位于所述激光发射器21发射的光束210的光路路径中，以使所述光束210尽可能地全部穿过所述匀光元件22。当然，所述匀光元件22的数量可以为一个，也可以为两个，甚至更多个。

进一步地，所述匀光元件22的所述微透镜阵列221由一组微透镜单元排布组成，其中各所述微透镜单元的部分参数或者随机变量均不相同，而非周期性规则排布。所述光束210经所述微透镜阵列221作用后不会产生干涉，由于各所述微透镜单元各不相同，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210经传统的规则地微透镜阵列发生干涉而形成明暗条纹的问题，使得所述光束210之间不会发生干涉而形成明暗条纹，以供在所述光接收单元10形成均匀的光场，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。

所述准直透镜23用于准直所述光束210，其中所述准直透镜23位于所述激光发射器21发射的光束210的光路路径中，其中所述准直透镜23包括但不限于球面透镜、平凸面透镜、双凸面透镜、弯月透镜、非球面透镜以及菲涅尔透镜等。

在本优选实施例的第一种实施方式中，所述匀光元件22与所述准直透镜23为分体式结构，其中所述匀光元件22与所述准直透镜23均由透明材料制成，如塑料材料、树脂材料或者玻璃材料等，在此不受限制，其中所述匀光元件22与所述准直透镜23依次设置且间隔一定的预设距离，以满足不同的摄像需求。

进一步地，所述匀光元件22具有互为相反侧的第一侧面2201和一第二侧面2202，其中所述微透镜阵列221位于所述第一侧面2201，其中所述光束210自所述第一侧面2201的所述微透镜阵列221射入，从所述第二侧面2202射出，以形成所述光束210。可以理解的是，所述微透镜阵列221占所述第一侧面2201的面积比例可以被预设，优选地，所述微透镜阵列221布满所述第一侧面2201。可选地，所述第二侧面2202可以为平面、弧面、微透镜阵列面、不规则曲面等，在此不受限制。

所述准直透镜23具有位于相反两侧的一出光面231和一入光面232，其中所述光束210自所述入光面232射入，从所述出光面231射出，以形成准直后的所述光束210。所述出光面231包括但不限于凸面、球面、非球面或菲涅尔面等，所述入光面232包括但不限于平面、凸面、凹面等，在此不受限制。

更进一步地，所述匀光元件22位于所述准直透镜23与所述激光发射器21之间，其中所述激光发射器21发射的所述光束210依次穿过所述匀光元件22和所述准直透镜23。也就是说，所述光束210先经所述匀光元件22作用不会产生干涉，然后再经所述准直透镜23准直形成准直后的所述光束210，以缩小光束发射角，以供在目标场景投射形成光束探测区域，并最终在所述光接收单元10形成均匀的光场。如图2所示，所述准直透镜23为凸透镜如球面透镜或非球面透镜等，如图4所示，所述准直透镜23为菲涅尔透镜。

需要指出的是，所述匀光元件22的所述第一侧面2201面向所述激光发射器21发射所述光束210的发射面，其中所述准直透镜23的所述出光面231背向所述匀光元件22的所述第二侧面2202。

可以理解的是，所述匀光元件22的所述第二侧面2202与所述准直透镜23的所述入光面232之间可以相距一定的预设距离。或者，所述匀光元件22的所述第二侧面2202与所述准直透镜23的所述入光面232相贴合在一起，或者通过粘接、卡接、熔接等手段固定在一起，以提高稳定性，防止晃动或抖动，在此不受限制。

可选地，所述准直透镜23位于所述匀光元件22与所述激光发射器21之间，其中所述激光发射器21发射的所述光束210依次穿过所述准直透镜23和所述匀光元件22。也就是说，所述光束210先经所述准直透镜23准直形成准直后的所述光束210，以缩小光束发射角，然后再经所述匀光元件22作用不会产生干涉，以供在目标场景投射形成光束探测区域，并最终在所述光接收单元10形成均匀的光场。如图3所示，所述准直透镜23为凸透镜如球面透镜或非球面透镜等，如图5所示，所述准直透镜23为菲涅尔透镜。

需要指出的是，所述准直透镜23的所述出光面231背向所述激光发射器21发射所述光束210的发射面，其中所述匀光元件22的所述第一侧面2201面向所述准直透镜23的所述入光面232。

在本优选实施例的第二实施方式中，所述匀光元件22与所述准直透镜23为一体式结构，以减小尺寸、节省材料，且便于安装。

进一步地，所述一体式结构包括一基板24，其中所述基板24的一侧具有所述微透镜阵列221以形成所述匀光元件22，另一侧为所述出光面231以形成所述准直透镜23，也就是说，所述基板24的相反两侧分别为所述匀光元件22和所述准直透镜23。如图6所示，所述出光面231为球面或凸面等，如图7所示，所述出光面231为菲涅尔面等。

需要指出的是，所述匀光元件22面向所述激光发射器21发射所述光束210的发射面，其中所述准直透镜23背向所述激光发射器21发射所述光束210的发射面。也就是说，所述光束210自所述匀光元件22射入，从所述准直透镜23射出，以不会产生干涉且形成缩小光束发射角的所述光束210，以供在目标场景投射形成光束探测区域，并最终在所述光接收单元10形成均匀的光场。

如图8至图13所示，在本优选实施例中，所述准直透镜23为凸透镜，即所述准直透镜23的所述出光面231为凸面或球面，其中经所述准直透镜23准直后的所述光束210能够投射形成一个方向为大角度、另一方向为小角度的光束探测区域，其中所述大角度的范围大于等于100°，其中小角度小于20°。例如所述光束210的光束发射角为120°*10°、135°*8°等，从而能够适用于一些扫地机器人、线阵激光雷达或工业检测等应用领域。进一步地，所述光发射组件的总长度小于等于20mm。优选地，所述光发射组件20的总长度小于等于4.4mm，以减小占用尺寸，且便于安装。

图8为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光路的部分参数表格，其中所述激光发射器21的尺寸为1.015×1.015mm，其中所述激光发射器21发射所述光束210的中心波长为850nm，其中所述光束210的光束发散角为120°*5°，其中所述光发射组件20的总长度为4.4mm。图9为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向大角度的光路结构示意图。图10为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向小角度的光路结构示意图。图11为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束在1m处的输出光照度。图12所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束的水平输出光强度分布曲线示意图。图13所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现一个方向大角度、另一个方向小角度的光束的垂直输出光强度分布曲线示意图。

可选地，如图14至18所示，所述准直透镜23为菲涅尔透镜，其中所述准直透镜23的所述出光面231为菲涅尔面，其中经所述准直透镜23准直后的所述光束210的光束发散角可达到25°*20°，甚至更小，以实现两个方向均为小角度，从而能够适用于追求更远的探测距离的应用设备，如面阵激光雷达或特定的深度相机等。更进一步地，所述光发射组件的总长度小于等于20mm。优选地，所述准直透镜23与所述匀光元件22为一体式结构，其中所述光发射组件的总长度小于等于3.93mm，以减小占用尺寸，且便于安装。

图14为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现两个方向均为小角度的光路的部分参数表格，其中所述激光发射器21的尺寸为1×0.835mm，其中所述激光发射器21发射所述光束210的中心波长为940nm，其中所述光束210的光束发散角为28°*20°，其中所述光发射组件20的总长度为3.93mm。图15为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现两个方向均为小角度的光路结构示意图。图16为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现两个方向均为小角度的光束在1m处的输出光照度。图17为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现两个方向均为小角度的光束的水平输出光强度分布曲线示意图。图18为所述增维摄像装置的所述光发射组件20实现两个方向均为小角度的光束的垂直输出光强度分布曲线示意图。

如图19所示，在本优选实施例的第三种实施方式中，所述准直透镜22并不局限于由单个透镜组成，其也可以包含两个或多个单透镜。举例地，所述准直透镜23由两个单透镜组成，其分别为一第一准直透镜23A和一第二准直透镜23B，其中所述第一准直透镜23A和所述第二准直透镜23B依次设置于所述激光发射器21与所述匀光元件22之间。所述第一准直透镜23A的入光面232A朝向所述激光发射器21，所述第一准直透镜23A的出光面231A朝向所述第二准直透镜23B的入光面232B，其中所述第二准直透镜23B的出光面231B朝向所述匀光元件22。也就是说，所述激光发射器21发射的所述光束210依次经第一准直透镜23A、所述第二准直透镜23B以及所述匀光元件22后投射至目标场景以形成光束探测区域，以供在所述光接收单元10形成光场。

优选地，所述第一准直透镜23A为弯月透镜，其中所述第一准直透镜23A的所述入光面232A为凸面，所述第一准直透镜23A的所述出光面231A为凹面，其中所述入光面232A的凸面孔径大于所述出光面231A的凹面孔径，以使所述光束210经所述第一准直透镜23A后形成预定方向的所述光束210。所述第二准直透镜23B为平凸透镜或弯月透镜，其中所述第二准直透镜23B的所述入光面232B为平面或凹面，其中所述第二准直透镜23B的所述出光面231B为凸面，其中所述入光面232B的内凹程度小于所述出光面231B的凸起程度。因此，由所述第一准直透镜23A和所述第二准直透镜23B的相互配合，使得所述光束210的光束发射角更小，探测距离更远。

可以理解的是，所述匀光元件22可以位于所述激光发射器21与所述第一准直透镜23A之间，即所述激光发射器21、所述匀光元件22、所述第一准直透镜23A以及所述第二准直透镜23B依次设置，也能够实现相应的技术效果，在此不受限制。

进一步地，所述匀光元件22的所述微透镜阵列221为随机规则化微透镜阵列，其中各所述微透镜单元的部分参数或者随机变量均不相同，而非周期性规则排布。所述光束210经所述微透镜阵列作用后不会产生干涉，由于各所述微透镜单元各不相同，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地微透镜阵列发生干涉而形成明暗条纹的问题，使得所述光束之间不会发生干涉而形成明暗条纹，以供在所述光接收单元10形成均匀的光场，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照明图样和光强分布的调控。

优选地，所述微透镜单元具有非球面面型，其具有光焦度作用的光学结构。举例地，所述微透镜单元可以是凹面型透镜，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照明图样和光强分布的调控。所述微透镜单元的部分参数包括但不限于曲率半径、圆锥常数、非球面系数、所述微透镜单元的有效通光孔径的形状和尺寸即所述微透镜单元在X-Y平面上的截面轮廓、所述微透镜单元的空间排布以及所述微透镜单元沿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221的所述微透镜单元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照明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。

更具体地，所述匀光元件22的所述微透镜阵列221的设计方法，包括步骤：

S01、在基材的表面划分各所述微透镜单元所在的区域，其中各所述微透镜单元所在的区域的截面形状或尺寸各不相同，形状为矩形、圆形、三角形、梯形、多边形或者其他不规则形状；

S02、对整个所述微透镜阵列221建立全局坐标系(X，Y，Z)，对每个单独的所述微透镜单元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)；

S03、对于每个所述微透镜单元，其沿Z轴方向的表面面型用一曲面函数f表示：

其中，ρ²＝(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)².

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，Z_Offset是每个所述微透镜单元所对应的沿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所对应的沿Z轴方向的偏移量Z_Offset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。

可选地，所述匀光元件22的所述微透镜阵列221的设计方法，还可以被实施为包括步骤：

S101、在基材的表面划分各所述微透镜单元所在的区域，其中各所述微透镜单元所在的区域的截面形状或尺寸基本一致；

S102、对整个所述微透镜阵列221建立全局坐标系(X，Y，Z)，对每个单独的所述微透镜单元分别建立本地坐标系(xi，yi，zi)，且相对应的所述区域的中心坐标为(x0，y0，z0)，其中所述区域的中心坐标代表对应的所述微透镜单元的初始中心位置；

S103、设置每个所述微透镜单元的真实中心位置为在所述区域的中心坐标在X轴、Y轴方向分别添加一个随机偏移量X_Offset、Y_Offset；以及

S104、对于每个所述微透镜单元，其沿Z轴方向的表面面型用一曲面函数f表示：

其中，ρ²＝(x_i-x₀-X_offset)²+(y_i-y₀-Y_Offset)²。

另一方面，本优选实施例进一步提供了所述增维摄像装置的所述光发射组件20的制造方法，包括：

设置至少一所述准直透镜23和至少一所述匀光元件22于所述激光发射器21发射所述光束210的光路路径中，其中所述准直透镜23用于准直所述光束210，以供缩小光束发散角，其中所述匀光元件22具有所述微透镜阵列221，以供所述光束210经所述匀光元件22的所述微透镜阵列221的调制不产生干涉，在所述光接收单元形成指定的光场。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，所述匀光元件22位于所述准直透镜23与所述激光发射器21之间。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，所述匀光元件22与所述准直透镜23为分体式结构。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，所述匀光元件22与所述准直透镜23为一体式结构。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，分别形成所述准直透镜23和所述匀光元件22于所述基板24的相反两侧。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，所述准直透镜23位于所述匀光元件22与所述激光发射器21之间。

在本申请的一实施例中，在所述制造方法中，所述准直透镜23选自：球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、弯月透镜、非球面镜以及菲涅尔透镜中的其中一种，或由以上多个单透镜组成的透镜组。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型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，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一增维摄像装置，其特征在于，包括：

一光接收单元；和

一光发射组件，其中所述光接收单元被设置于接收由所述光发射组件发射的光束经目标场景反射的光束的位置，其中所述光发射组件包括一激光发射器、至少一匀光元件和至少一准直透镜，其中所述激光发射器用于发射激光光束，其中所述匀光元件和所述准直透镜被设置于所述激光发射器发射的光束的光路路径中，其中所述准直透镜用于准直光束，以供缩小光束发散角，其中所述匀光元件具有微透镜阵列，以供光束经所述匀光元件的所述微透镜阵列的调制，以供在所述光接收单元形成指定的光场。

2.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述匀光元件位于所述准直透镜与所述激光发射器之间。

3.根据权利要求2所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜与所述匀光元件之间相距一定的预设距离。

4.根据权利要求2所述的增维摄像装置，其中所述匀光元件与所述准直透镜为一体式结构。

5.根据权利要求4所述的增维摄像装置，其中所述一体式结构包括一基板，其中所述基板的一侧具有所述微透镜阵列以形成所述匀光元件，另一侧形成所述准直透镜。

6.根据权利要求5所述的增维摄像装置，其中所述基板的所述另一侧为菲涅尔面或凸面。

7.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜位于所述匀光元件与所述激光发射器之间。

8.根据权利要求2或7所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜由单个透镜组成。

9.根据权利要求7所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜由两个单透镜组成，其分别为一第一准直透镜和一第二准直透镜，其中所述第一准直透镜和所述第二准直透镜依次设置于所述激光发射器与所述匀光元件之间。

10.根据权利要求2所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜由两个单透镜组成，其分别为一第一准直透镜和一第二准直透镜，所述激光发射器、所述匀光元件、所述第一准直透镜以及所述第二准直透镜依次设置。

11.根据权利要求9或10所述的增维摄像装置，其中所述第一准直透镜的入光面为凸面或菲涅尔面，出光面为凹面，其中所述第二准直透镜的入光面为平面或凹面，出光面为凸面或菲涅尔面。

12.根据权利要求2或7所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜由两个以上的单透镜组成。

13.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜选自：球面透镜、平凸透镜、双凸透镜、弯月透镜、非球面透镜以及菲涅尔透镜中的其中一种，或由以上多个单透镜组成的透镜组。

14.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述光束投射至目标场景形成一个方向大角度、另一个方向小角度的光束探测区域，其中所述大角度的范围大于或等于100°，其中小角度小于20°。

15.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述光发射组件的总长度小于等于20mm。

16.根据权利要求1所述的增维摄像装置，其中所述准直透镜为菲涅尔透镜，其中被投射至目标场景的所述光束的光束发射角小于25°*20°。

17.根据权利要求16所述的增维摄像装置，其中所述光发射组件的总长度小于等于20mm。

18.根据权利要求1至7任一所述的增维摄像装置，其中所述微透镜阵列由一组微透镜单元排布组成，其中各所述微透镜单元各不相同，以供光束经所述匀光元件后不会产生干涉。