CN218956928U - 散斑投射模组和深度相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种散斑投射模组和深度相机，涉及光学投影技术领域。散斑投射模组用于向目标空间投射散斑图案化光束，包括：底座及设置在底座上的镜座；LED阵列光源，安装在底座上，包括面阵排列的多个LED子光源；衍射光学元件，安装在镜座上，包括与多个LED子光源对应的多个有源区，有源区用于接收LED子光源发射的光束后向目标空间投射子散斑图案化光束；多个子散斑图案化光束通过重叠或相邻拼接方式形成散斑图案化光束。本实用新型可以向空间中投射对人眼更加友好的散斑图案化光束，结构简单，有利于实现散斑投射模组的小型化。

Description

散斑投射模组和深度相机

技术领域

本实用新型涉及光学投影技术领域，尤其涉及一种散斑投射模组和深度相机。

背景技术

请参阅图1，在现有技术中，散斑投射模组一般包括底座、镜座、光源阵列、准直透镜和衍射光学元件(DOE，Diffractive Optical Elements)，衍射光学元件具有一个有源区，光源阵列发出的光经过准直透镜后，由有源区接收，最后由有源区向外发射光束。在这样的散斑投射模组中，光源阵列采用垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical-CavitySurface-Emitting Laser)和激光二极管(LD，Laser Diode)发射红外激光。一方面，红外激光属于相干光，并且具有较高的相干性，在投射过程中，会产生随机的半点或颗粒状图案，图形边界较为模糊，导致在对三维物体进行扫描获得三维图像时，边界无法准确定位。另一方面，现有散斑投射模组的结构较为复杂，占据的立体空间较大，不利于深度相机的小型化发展。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种散斑投射模组和深度相机，旨在解决背景技术中所涉及的至少一个技术问题。

本实用新型的第一方面，提供了一种散斑投射模组，用于向目标空间投射散斑图案化光束，包括底座及设置在底座上的镜座、LED阵列光源和衍射光学元件。LED阵列光源，安装在底座上，包括面阵排列的多个LED子光源；衍射光学元件，安装在镜座上，包括与多个LED子光源对应的多个有源区，有源区用于接收LED子光源发射的光束后向目标空间投射子散斑图案化光束；多个子散斑图案化光束通过重叠或相邻拼接方式形成散斑图案化光束。

本实用新型的第二方面，提供了一种深度相机，包括第一方面的散斑投射模组、采集模块和处理器。散斑投射模组，用于向目标物体发射散斑图案化光束；采集模组，用于获取目标物体反射的光束图案；处理器，用于接收采集模组反馈的光束图案，并根据光束图案计算出深度图像。

相对于现有技术而言，本实用新型提供的散斑投射模组，包括底座及设置在底座上的镜座、LED阵列光源和衍射光学元件，通过对衍射光学元件的与LED阵列光源的匹配设计，省去准直透镜，使得散斑投射模组的结构更为简化和紧凑。本实用新型提供的深度相机，其发射光束的结构为上述的散斑投射模组，散斑投射模组具有较小的体型，可以有利于深度相机的小型化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是现有散斑投射模组的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的深度相机的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的散斑投射模组的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的LED子光源的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的光反射元件的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的光折射元件的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的散斑投射模组发射的光束和散斑图案化光束示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的深度相机的结构示意图。在本实施例中，深度相机1包括处理器10、散斑投射模组20和采集模组30。散斑投射模组20，用于向目标物体发射散斑图案化光束；采集模组30，用于获取目标物体反射的光束图案；处理器10，用于接收采集模组反馈的光束图案，并根据光束图案计算出深度图像。

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的散斑投射模组的结构示意图。在本实施例中，散斑投射模组20包括底座21、镜座22、LED阵列光源23和衍射光学元件24。其中，镜座22设置在底座21上。LED阵列光源23，安装在底座21上，包括面阵排列的多个LED子光源231；衍射光学元件24，安装在镜座22上，包括与多个LED子光源231对应的多个有源区241，有源区241用于接收LED子光源231发射的光束后向目标空间投射子散斑图案化光束；多个子散斑图案化光束通过重叠或相邻拼接方式形成散斑图案化光束。

在一些实施方式中，LED子光源231呈一行多列排布，并且相邻的两个LED子光源231之间具有间距，而在一些替代的实施方式中，LED子光源231呈多行多列排布。在一些实施方式中，一个LED阵列光源23中，设有至少3个LED子光源231，当LED子光源231的数量为三个时，LED子光源231可以呈一行三列排布；LED子光源231的数量为四个时，可以呈一行四列排布，也可以呈两行两列排布；当LED子光源231的数量为九个时，可以呈三行三列排布；其余数量的LED子光源231可以根据需要设计成相应的行列排布方式，以实现所需要的出光效果，故而在此不再展开赘述。

在一些实施方式中，每个有源区241具有相同的阶梯状衍射结构。每个LED子光源231射出的光束完全覆盖对应的有源区241，每个有源区241的阶梯状衍射结构相同，以确保LED子光源231发射的光束经过相同的衍射方式从有源区241发射出子散斑图案化光束，每个子散斑图案化光束打在同一平面上的形成的子散斑图案相同。由于不同LED子光源231之间存在间隙，不同子散斑图案化光束在同一平面上的形成的子散斑图案之间也存在一定间隔，通过均匀排布LED子光源231，最终得到更均匀的散斑图案化光束。在本实施例中，LED子光源231采用红外发光二极管，红外发光二极管发出的光具有非相干性和非偏振特性，能够获得较为高精度的图像边界。

在一些实施方式中，LED阵列光源23还包括电路基板232。电路基板232安装于底座21上，电路基板232与LED子光源231电连接，多个LED子光源231间隔设置在电路基板232上。其中，基板232可以集成于底座111上，基板232作为底座111的一部分给光源提供电连接、物理支撑和散热功能。电路基板232还可以采用印刷电路板组件，印刷电路板组件即印制电路板经过表面贴装技术上件或经过双列直插封装得到的板体。LED子光源231通过导线与印刷电路板组件连接，导线可以是芯片键合线，如金线等。LED子光源231设于印刷电路板组件朝向衍射光学元件24的一侧，以确保子光源121发出的光束可以射向衍射光学元件24。电路基板232的可以采用覆铜/环氧玻璃布基材或酚醛树脂玻璃布基材，来帮助LED子光源231提高散热能力。

请参阅图4，图4是本实用新型实施例提供的LED子光源的结构示意图。在本实施例中，LED子光源231包括发光芯片31和聚光组件32。其中，发光芯片31，用于将电信号转化为光信号，以发出光束；聚光组件32，用于将发光芯片31发出的光束进行聚合，以减小光束的发散角。其中，聚光组件32包括光反射元件321和光折射元件322，光折射元件322嵌套安装于光反射元件321上。发光芯片31是一个近似的朗伯光源，光通量规律符合朗伯定律。发光芯片31发出的光束中大角度的光线由光反射元件321反射，小角度的光线由光折射元件322折射，使得各个方向的光向中心靠拢，提高聚光效率。

请参阅图5，图5是本实用新型实施例提供的光反射元件的结构示意图。在本实施例中，光反射元件321的反光面3211呈抛物型曲面，反光面3211的焦点与发光芯片31的固定点重合。其中，反光面3211的焦点与发光芯片31的固定点重合，确保光束得聚合更加均衡。光反射元件的反光面3211镀附有全反射膜，全反射膜包括铝箔镜面，尽量将投射在反光面3211上的光线全都反射出去，降低光束的能量损耗。

请参阅图6，图6是本实用新型实施例提供的光折射元件的结构示意图。在本实施例中，光折射元件322的侧面51呈抛物型曲面，侧面51与反光面3211相互嵌套接触，侧面51的抛物曲线与反光面3211的抛物曲线重合，能够进一步确保光束得聚合更加均衡。

在本实施例中，光折射元件322的入光曲面52，包括第一中心环带521和第一外环带522；第一中心环带521呈凸面，第一外环带522呈凹面；第一中心环带521的曲率半径小于第一外环带522。光折射元件322的出光曲面53，包括第二中心环带531和第二外环带532；第二中心环带531呈凸面，第二外环带532呈凹面；第二中心环带531的曲率半径小于第二外环带532。第二外环带532能够使到达该环带光线小角度偏折后以等于近似于0°出射。第一中心环带521和第二中心环带531构成的凸透镜的焦点与侧面51的抛物曲线的焦点重合，该凸透镜对发光芯片31发出的中心区较小角度光束进行收缩会聚，以减小光束发散角度。

请参阅图7，图7是本实用新型实施例提供的散斑投射模组发射的光束和散斑图案化光束示意图。在本实施例中，发光芯片获取电路基板传递的电信号，并将电信号转化为光信号，以发出光束，聚光组件将发光芯片发出的光束进行聚合，最终发射出发散角较小的光束，由衍射光学元件接收。衍射光学元件在获取到光束后，由具备阶梯状衍射结构的有源区对光束进行分束复制。有源区的分束角度和分束数量，分束角度θ与周期d关系为d＝mλ/sinθ，其中，m为分束级次，λ为设计要求的波长，分束角度越大，分束器周期越小。在本实施例中，每个有源区具备相同的分束角度和分束数量，进而使散斑投射模组可以获得更高对比度且分布更均匀的散斑图案化光束。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散斑投射模组，用于向目标空间投射散斑图案化光束，其特征在于，包括：

底座及设置在所述底座上的镜座；

LED阵列光源，安装在所述底座上，包括面阵排列的多个LED子光源；

衍射光学元件，安装在所述镜座上，包括与所述多个LED子光源对应的多个有源区，所述有源区用于接收所述LED子光源发射的光束后向目标空间投射子散斑图案化光束；

所述多个子散斑图案化光束通过重叠或相邻拼接方式形成所述散斑图案化光束。

2.根据权利要求1所述的散斑投射模组，其特征在于，每个所述有源区具有相同的阶梯状衍射结构。

3.根据权利要求1所述的散斑投射模组，其特征在于，所述LED阵列光源还包括电路基板；

所述电路基板安装于所述底座上；

所述电路基板与所述LED子光源电连接，多个所述LED子光源间隔设置在所述电路基板上。

4.根据权利要求1所述的散斑投射模组，其特征在于，所述LED子光源包括：

发光芯片，用于将电信号转化为光信号，以发出光束；

聚光组件，用于将所述发光芯片发出的光束进行聚合，以减小所述光束的发散角。

5.根据权利要求4所述的散斑投射模组，其特征在于，所述聚光组件包括光反射元件；

所述光反射元件的反光面呈抛物型曲面，所述反光面的焦点与所述发光芯片的固定点重合。

6.根据权利要求5所述的散斑投射模组，其特征在于，所述光反射元件的反光面镀附有全反射膜。

7.根据权利要求5所述的散斑投射模组，其特征在于，所述聚光组件还包括光折射元件，所述光折射元件，嵌套安装于所述光反射元件上。

8.根据权利要求7所述的散斑投射模组，其特征在于，所述光折射元件的侧面呈抛物型曲面，所述侧面与所述反光面相互嵌套接触，所述侧面的抛物曲线与所述反光面的抛物曲线重合。

9.根据权利要求7所述的散斑投射模组，其特征在于，所述光折射元件包括入光曲面和出光曲面；

所述入光曲面，包括第一中心环带和第一外环带；所述第一中心环带呈凸面，所述第一外环带呈凹面；所述第一中心环带的曲率半径小于所述第一外环带；

所述出光曲面，包括第二中心环带和第二外环带；所述第二中心环带呈凸面，所述第二外环带呈凹面；所述第二中心环带的曲率半径小于所述第二外环带。

10.一种深度相机，其特征在于，包括：

权利要求1至9任一项所述的散斑投射模组，所述散斑投射模组用于向目标物体发射散斑图案化光束；

采集模组，所述采集模组用于获取目标物体反射的光束图案；

处理器，所述处理器用于接收所述采集模组反馈的所述光束图案，并根据所述光束图案计算出深度图像。

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