[实用新型]图案投影仪及深度相机

说明书

本实用新型公开了一种图案投影仪及深度相机，图案投影仪包括：光源阵列，用于发射出多个光束；透镜，接收并汇聚所述多个光束后形成与所述光源阵列中光源排列对应的子图案光束；衍射光学元件，将所述子图案光束进行复制后投影出具有更大视场角的图案化光束；所述图案化光束由多个所述子图案光束组合而成，且所述多个子图案光束之间有部分重叠，形成部分重叠区域；其中，所述部分重叠区域对应的夹角Δθ满足公式：采用该图案投影仪可有效解决因温度变化或制造误差所导致投射图案中产生缝隙从而降低深度图像质量的问题。

技术领域

本实用新型涉及电子及光学元器件制造领域，尤其涉及一种图案投影仪及深度相机。

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。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果。另外，微型化的深度相机与移动设备结合还可以实现人脸识别、解锁、支付等功能，给平板、手机等设备带来全新的生物识别体验。

深度相机中的核心部件是激光图案投影仪，随着对体积以及功耗的不断追求，激光图案投影仪向越来越小的体积以及越来越高的性能上不断进化。一般地，激光图案投影仪由光源、衍射光学元件(DOE)等部件组成，目前晶圆级大小的垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列光源使得投影仪的体积可以减小到被嵌入到手机等微型电子设备中。DOE则可以将VCSEL阵列光源所发出的光进行分束以形成具备更多个光束的图案，比如专利申请CN201711080702.5中所描述的方案。

然而，要想让投影仪投射出理想的图案化光束则面临着诸多问题。理想的图案化光束投射到平面上所形成的图案应具备较高的不相关度、均匀度以及视场角，然而这三者往往难以兼得，比如当不相关度高以及视场角较大时均匀度往往较差；更重要的是，当投影仪微型化之后，光源、光学元件等散热相对较差，在温度变化下投影仪投射的图案不稳定，由此也会导致图案的不相关度、均匀度、视场角等受到影响，从而会降低后续深度图像的计算精度。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种图案投影仪及深度相机。

本实用新型提供一种图案投影仪，包括：光源阵列，用于发射出多个光束；

透镜，接收并汇聚所述多个光束后形成与所述光源阵列中光源排列对应的子图案光束；衍射光学元件，将所述子图案光束进行复制后投影出具有更大视场角的图案化光束；所述图案化光束由多个所述子图案光束组合而成，且所述多个子图案光束之间有部分重叠，形成部分重叠区域；其中，所述部分重叠区域对应的夹角Δθ满足公式：其中m为衍射级数，Λ为所述DOE的周期，θ_m指波长为λ的光束入射到所述DOE上时产生的第m级衍射光束的衍射角，Δλ指由温度变化或制造误差等造成的所述VCSEL阵列光源的波长变化。

在一些实施例中，所述部分重叠区域不超过所述图案化光束区域的50％。在另一些实施例中，所述部分重叠区域不超过所述述图案化光束区域的10％。

在一些实施例中，所述光源阵列中的光源为垂直腔面激光发射器，所述光源阵列上多个光源以规则形式排列或不规则形式排列。

在一些实施例中，所述阵列光源包括可独立控制的多个子光源，对所述多个子光源进行单独或整体控制以产生多个密度分布不同的所述图案化光束。

本实用新型还提供一种深度相机，包括：如上所述的图案投影仪，用于向空间中投射结构光图案化光束；采集模组，用于采集所述结构光图案；处理器，接收所述结构光图案后计算出深度图像。