CN211786409U

CN211786409U - 结构光投射器及三维成像装置

Info

Publication number: CN211786409U
Application number: CN202020283617.XU
Authority: CN
Inventors: 朱力; 吕方璐; 汪博
Original assignee: Shenzhen Guangjian Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Guangjian Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-10

Abstract

本实用新型提供了一种结构光投射器及三维成像装置，包括基板、光源、投射透镜以及衍射光学元件；光源的数量为多个，多个光源设置在基板且在基板上呈准晶体形状排布；投射透镜设置光源的出光侧，构造为接收由光源发射的光，并投射出呈准晶体形状排列的光束阵列；衍射光学元件，设置在投射透镜的出光侧，用于扩展呈准晶体形状排列的多束光束以投射出多个彼此相邻的呈准晶体形状排列的光束阵列。本实用新型中多个光源设置在基板且在基板上呈准晶体形状排布，从而能够投射出呈准晶体形状排布的光斑点阵，使得光斑点阵的排布整体呈随机性同时局部具有一定的规律性，从而能够通过光斑点阵的局部信息恢复丢失的点，增强了结构光摄像头的鲁棒性。

Description

结构光投射器及三维成像装置

技术领域

本实用新型涉及深度传感设备技术领域，具体地，涉及一种结构光投射器及三维成像装置。

背景技术

近年来，随着消费电子产业的不断发展，具有深度传感功能的3D摄像头日渐受到消费电子界的重视。

目前比较成熟的深度测量方法是结构光方案，即将特定的结构光图案投影在物体上，然后通过图案的形变或位移计算物体不同位置的深度。一种比较常见的结构光图案是随机点阵。随机点阵，是指随机分布的红外激光点阵，如图1所示，在这样的随机点阵分布中，可以根据光斑的形变或位移计算出物体表面不同区域的深度。相反，周期性排布的点阵是无法作为结构光图案。

但是随机点阵中，不便于在深度计算时，对于随机点阵中光斑点的查找，增加了计算难度，使得在结构光方案在实施时更为困难，制造成本较高。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种结构光投射器及三维成像装置。

根据本实用新型提供的结构光投射器，包括：基板、光源、投射透镜以及衍射光学元件；

所述光源的数量为多个，多个所述光源设置在所述基板且在所述基板上呈准晶体形状排布；

所述投射透镜设置所述光源的出光侧，构造为接收由所述光源发射的光，并投射出呈准晶体形状排列的光束阵列；

所述衍射光学元件，设置在所述投射透镜的出光侧，用于扩展所述呈准晶体形状排列的多束光束以投射出多个彼此相邻的呈准晶体形状排列的光束阵列。

优选地，所述光源包括垂直腔面发射激光二极管。

优选地，所述准晶体形状包括多个晶格单元；

每一所述晶格单元包括呈周期性排列的光源点阵；

多个所述晶格单元呈周期性排列且使得不同的所述晶格单元内的光源之间呈随机性排布。

优选地，所述晶格单元中周期性排列的光斑点阵呈如下任一种或任多种形状：

直线形；三角形；四边形；矩形；圆形；六边形；五边形；七边形；八边形；星形；椎形；梯形；椭圆形；多焦点圆；月牙形；弓形；扇形；菱形。

优选地，所述基板采用半导体基板。

优选地，还包括第一驱动器和第二驱动器；

多个所述光源设置成第一光源组和第二光源组；所述第一光源组和所述第二光源组均包括呈准晶体形状排布的多个光源；

所述第一光源组和所述第二光源组交错布置在所述基板上；

所述第一驱动器、所述第二驱动器分别连接所述第一光源组、所述第二光源组以分开驱动所述第一光源组、所述第二光源组，以使所述第一光源组和所述第二光源组分别发光或同时发光。

优选地，所述第一光源组包括呈一种准晶体形状排布的多个光源；

所述第二光源组包括呈另一种准晶体形状排布的多个光源。

优选地，所述投射透镜和所述衍射光学元件形成在一光学基板的相对侧上。

本实用新型提供的三维成像装置，包括所述的结构光投射器，还包括光探测器阵列成像器；

所述结构光投射器，用于向目标物体投射多束呈准晶体形状排列的光束；

所述光探测器阵列成像器，用于接收经所述目标物体反射的多束光束并根据多束形成的光斑点阵图像能够获得所述目标物体表面的深度数据。

优选地，所述光探测器阵列成像器采用红外摄像头。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型中多个所述光源设置在所述基板且在所述基板上呈准晶体形状排布，从而能够投射出呈准晶体形状排布的光斑点阵，使得光斑点阵的排布整体呈随机性同时局部具有一定的规律性，从而能够通过光斑点阵的局部信息恢复丢失的点，增强了结构光摄像头的鲁棒性；在本实用新型中光斑点阵呈准晶体排布，方便每个光斑点的查找，使得光斑点阵的图案变换能够控制，便于深度图计算。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中激光点阵呈随机分布的示意图；

图2为本实用新型实施例中结构光投射器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中光斑点阵呈准晶体形状排布的示意图；

图4为本实用新型实施例中准晶体形状排布光斑点阵应用示例的示意图；

图5为本实用新型实施例中光源的排布示意图；

图6为本实用新型实施例中三维成像装置的结构示意图。

图中：

1为光源；2为基板；3为投射透镜；4为衍射光学元件；100为结构光投射器；200为光探测器阵列成像器；300为目标物体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图2为本实用新型实施例中结构光投射器的结构示意图，如图2所示，本实用新型提供的结构光投射器，包括：基板2、光源1、投射透镜3以及衍射光学元件4；

所述光源1的数量为多个，多个所述光源1设置在所述基板2且在所述基板2上呈准晶体形状排布；

所述投射透镜3设置所述光源1的出光侧，构造为接收由所述光源1发射的光，并投射出呈准晶体形状排列的光束阵列；

所述衍射光学元件4，设置在所述投射透镜3的出光侧，用于扩展所述呈准晶体形状排列的多束光束以投射出多个彼此相邻的呈准晶体形状排列的光束阵列。

所述基板2采用半导体基板。所述投射透镜和所述衍射光学元件4形成在一光学基板的相对侧上。

在本实用新型实施例中，多个所述光源1设置在所述基板2且在所述基板2上呈准晶体形状排布，从而能够投射出呈准晶体形状排布的光斑点阵，使得光斑点阵的排布整体呈随机性同时局部具有一定的规律性，从而能够通过光斑点阵的局部信息恢复丢失的点，增强了结构光摄像头的鲁棒性。

本实用新型提供的结构光投射器可以在各种系统或装置上实施，例如，手机、电脑、平板电脑、穿戴式设备，车辆等等。

在本实用新型实施例中，所述光源1包括垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)。

在本实用新型变形例中，所述光源1包括还可以采用带光准直的发光二极管(LED)或类似物。或者，所述光源1还可包括多个激光器或二极管，例如边发射激光器阵列、VCSEL阵列、LED阵列等。

在本实用新型实施例中，所述投射透镜3可配置成能增大或减小投射光束阵列的视野。例如，所述投射透镜3可通过分散所述投射光束阵列增大视野，或通过会聚投射光束阵列减小视野。

在本实用新型实施例中，所述投射透镜3可配置成准直各耦合出的光束。例如，按照不同应用的工作距离要求，经所述投射透镜3准直后的投射光束阵列的激光束腰从10mm至1m不等。这样，所述投射透镜3可准直输出光以在观测的距离处，例如，根据应用，在10cm至10m的范围内，并形成清晰的图像，例如，光斑点阵。

图3为本实用新型实施例中光斑点阵呈准晶体形状排布的示意图，如图3所示，所述准晶体形状包括多个晶格单元；

每一所述晶格单元包括呈周期性排列的光源点阵；

在本实用新型实施例中，所述晶格单元中周期性排列的光斑点阵呈如下任一种或任多种形状：

图4为本实用新型实施例中准晶体形状排布光斑点阵应用示例的示意图，如图4所示，通过多种形状的晶格单元排列形成多种形状的光斑点阵。

图5为本实用新型实施例中光源的排布示意图，如图5所示，多个所述光源1在所述基板2上呈准晶体形状排布。

在本实用新型变形例中，本实用新型提供的结构光投射器，还包括第一驱动器和第二驱动器；

多个所述光源1设置成第一光源组和第二光源组；所述第一光源组和所述第二光源组均包括呈准晶体形状排布的多个光源；

所述第一光源组和所述第二光源组交错布置在所述基板2上；

在该变形例中，能够单独控制一组光源进行光束的投射，也可以控制两组光源同时进行投射，从而能够投射不同密度的光斑点阵，适用不同分辨率的应用场景。

所述第一光源组包括呈一种准晶体形状排布的多个光源；所述第二光源组包括呈另一种准晶体形状排布的多个光源。

在该变形例中，所述第一光源组和所述第二光源组的光源排布形状不同，从而可以投射出不同图案的光斑点阵。

图6为本实用新型实施例中三维成像装置的结构示意图，如图6所示，本实用新型提供的三维成像装置包括所述的结构光投射器100，还包括光探测器阵列成像器200；

所述结构光投射器100，用于向目标物体300投射多束呈准晶体形状排列的光束；

所述光探测器阵列成像器200，用于接收经所述目标物体300反射的多束光束并根据多束形成的光斑点阵图像能够获得所述目标物体表面的深度数据。

所述光探测器阵列成像器200采用红外摄像头。

在本实用新型实施例中，所述光探测器阵列成像器200采用红外摄像头。

当多束光束照射在目标物体上时，会形成一光斑点阵图像，其中光斑图案会有形变或位移，光探测器阵列成像器拍摄得到目标表面的光斑图案后，会根据光斑图案的形变或位移，得到目标物体表面的深度图像，即得到目标物体表面的凹凸不平的深度信息。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种结构光投射器，其特征在于，包括：基板、光源、投射透镜以及衍射光学元件；

2.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述光源包括垂直腔面发射激光二极管。

3.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述准晶体形状包括多个晶格单元；

每一所述晶格单元包括呈周期性排列的光源点阵；

4.根据权利要求3所述的结构光投射器，其特征在于，所述晶格单元中周期性排列的光斑点阵呈如下任一种或任多种形状：

5.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述基板采用半导体基板。

6.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，还包括第一驱动器和第二驱动器；

所述第一光源组和所述第二光源组交错布置在所述基板上；

7.根据权利要求6所述的结构光投射器，其特征在于，所述第一光源组包括呈一种准晶体形状排布的多个光源；

所述第二光源组包括呈另一种准晶体形状排布的多个光源。

8.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述投射透镜和所述衍射光学元件形成在一光学基板的相对侧上。

9.一种三维成像装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的结构光投射器，还包括光探测器阵列成像器；

10.根据权利要求9所述的三维成像装置，其特征在于，所述光探测器阵列成像器采用红外摄像头。