[发明专利]一种光学投影装置及深度相机

说明书

本发明公开了一种光学投影装置，该装置包括：光源，用于发射光束；分光装置，用于接收光源所发射的光束并将其分束成多个子光束；图案生成器，用于分别接收多个子光束并向外发射结构光光束图案。该装置还可以包括反射装置，反射装置用于反射至少一个子光束以改变子光束的发射方向。通过分光装置的反射和透射作用，将光源发射的光束分束成多个子光束，子光束再经图案生成器衍射后形成结构光光束向外发射；或部分子光束先经反射装置反射，再经图案生成器向外发射。通过该装置，能够扩发结构光的投影范围，从而有利于以装置体积小、成本低的方式实现大视场。通过分光装置和反射装置的共同作用，可使多个子光束的方向朝任意的所需要的方向进行发射。

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种光学投影装置及包含该光学投影装置的深度相机。

背景技术

深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。基于结构光技术的深度相机由于成本低、精度及分辨率高等优点，因此使用最为广泛且技术发展最为成熟。尽管如此，结构光深度相机也面临着一些待进一步解决的问题，比如视场较小(普遍的水平视场角在50～60度)、测量范围有限(0.5～6m)等。

在一些具体的应用中，比如利用深度相机进行室内定位与绘图，由于视场较小，相比与拥有360度视角的激光雷达而言，绘制相同面积的地图则需要花费更多的时间，且在进行地图拼接时要消耗较大的计算量。解决这类问题，往往是借助于多个深度相机，这样会导致整体成本增加、体积变大，另外不同相机之间的标定也较为麻烦。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多向发射的光学投影装置，可以扩发结构光的投影范围，从而有利于实现具有大视场等多种功能的深度信息测量。

本发明提供一种光学投影装置，其特征在于，所述光学投影装置包括：

光源，用于发射光束；

分光装置，用于接收光源所发射的光束并将其分束成多个子光束；

图案生成器，用于分别接收所述多个子光束并向外发射结构光光束图案。

优选地，分光装置包括分光镜、平面镜、棱镜中的一种或几种，所述多个子光束包括经分光装置的反射作用和透射作用分束的反射子光束和透射子光束。

优选地，所述光学投影装置还包括透镜，所述透镜用于准直所述光束或所述子光束。

进一步地优选，所述透镜与所述图案生成器设置在不同或相同的光学元件上。

优选地，所述光学投影装置还包括：反射装置，所述反射装置用于反射至少一个所述子光束以改变所述子光束的发射方向。

进一步地优选，所述反射装置与所述分光装置设置在不同或相同的光学元件上。

进一步地优选，所述分光装置及所述反射装置将多个子光束中的至少两个子光束向相反的方向发射。

优选地，所述光源为VCSEL光源或VCSEL阵列光源，所述VCSEL阵列光源以一定的图案排列在半导体衬底上。

优选地，所述图案生成器包括衍射光学元件(DOE)。

优选地，不同的所述图案生成器向外发射不同密度的结构光光束图案。

优选地，所述图案生成器中的至少两个分别位于所述光学投影装置的对应平面上，以相反的方向发射结构光图案。

优选地，不同的所述结构光光束图案拥有不同的光强。

优选地，所述光学投影装置还包括：光学孔径，所述光学孔径与图案生成器一一对应且用于控制所述子光束向外发射的光通量。