[发明专利]VCSEL阵列光源

说明书

本发明公开了一种VCSEL阵列光源、VCSEL阵列光源的图案设计方法、激光投影装置及3D成像设备。其中，所述VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL光源以二维阵列的形式排列在所述半导体衬底上；所述二维阵列由至少一个子阵列通过变换的方式产生。分布在半导体衬底表面的VCSEL光源具有极高的不相关性，解决了现有技术中用于3D成像的VCSEL光源的不相关性低的问题，本发明的VCSEL阵列主要应用在深度相机中。

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，特别是涉及一种由多个子阵列形成的VCSEL阵列。

背景技术

3D成像特别是应用于消费领域中的3D成像技术将不断冲击甚至取代传统的2D成像技术，3D成像技术除了拥有对目标物体进行2D成像能力之外还可以获取目标物体的深度信息，根据深度信息可以进一步实现3D扫描、场景建模、手势交互等功能。深度相机特别是结构光深度相机或TOF(时间飞行)深度相机是目前普遍被用来3D成像的硬件设备。

深度相机中的核心部件是激光投影模组，按照深度相机种类的不同，激光投影模组的结构与功能也有区别，比如专利CN201610977172A中所公开的投影模组用于向空间中投射斑点图案以实现结构光深度测量，这种斑点结构光深度相机也是目前较为成熟且广泛采用的方案。随着深度相机应用领域的不断扩展，光学投影模组将向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。

采用VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列光源的深度相机因为具有体积小、功率大、光束集中等优点将会取代边发射激光发射器光源，VCSEL阵列的特点是在一个极其小的基底上通过布置多个VCSEL光源的方式来进行激光投影，比如在2mmx2mm的半导体衬底上布置100甚至更多个VCSEL光源。对于结构光深度相机而言，其激光投影模组向外投射的斑点图案要求具有极高的不相关性，这一要求增加了VCSEL阵列上光源排列的设计难度。

发明内容

为了解决用于3D成像的VCSEL光源的不相关性低的问题，本发明提出一种VCSEL阵列光源。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本发明的解决方案包括VCSEL阵列光源、VCSEL阵列光源的图案设计方法、激光投影装置及3D成像设备。

本发明提出的VCSEL阵列光源，包括：半导体衬底；多个VCSEL光源以二维阵列的形式排列在所述半导体衬底上；所述二维阵列由至少一个子阵列通过变换的方式产生。其中，所述子阵列分布在规则区域和/或不规则区域内，所述规则区域又包括多边形区域或圆形区域。所述变化的方式有多种，可以是平移、旋转、镜像、缩放中的一种或多种的组合。构成二维阵列的相邻的两个子阵列之间会有：部分相互重叠、存在无VCSEL光源的间隔区域、边缘重合的一种或多种情况。当所述子阵列数量不小于2时，子阵列的大小、分布形状、光源数量中的至少一个方面不同。在具体实施方式中，所述子阵列中所述VCSEL光源以不规则二维图案排列在所述半导体衬底上。另外，所述半导体衬底由多个子衬底组成，所述子衬底上相应的排列了所述VCSEL光源的所述子阵列。

类似的，还包括一种VCSEL阵列光源，其中包括：半导体衬底；多个VCSEL光源以二维阵列的形式排列在所述半导体衬底上；所述二维阵列由至少两个子阵列组合而成；所述子阵列的大小、分布形状、光源数量中的至少一个方面不同。

此外，本发明提出的VCSEL阵列光源的图案设计方法，包括：生成排列不规则的子阵列图案；变换所述子阵列图案获取所述二维阵列的图案。

同时，本发明所提出的激光投影装置，包括：

上述任一所述的VCSEL阵列光源；

至少一个透镜，用于接收且汇聚由所述激光阵列发射的光束；

斑点图案生成器，用于将所述光束进行扩束后向空间中发射斑点图案光束；

所述透镜为单个透镜、微透镜阵列中的一种或组合；