[发明专利]一种结构光投射器及其设计方法、深度相机

权利要求书

1.一种结构光投射器，其特征在于，包括依次设置且中心轴重合的激光光源及超表面光学元件；

所述激光光源用于发射激光光束；

所述超表面光学元件用于对所述激光光束进行衍射后投射出非对称结构光光束；

所述非对称结构光光束包括在所述中心轴左右依次排列的第一衍射级子结构光光束及第二衍射级子结构光光束，所述第一衍射级子结构光光束的视场角小于所述第二衍射级子结构光光束的视场角。

2.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光光束包括在所述中心轴上下依次排列的第三衍射级子结构光光束及第四衍射级子结构光光束，所述第三衍射级子结构光光束的视场角等于所述第四衍射级子结构光光束的视场角。

3.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，

所述结构光投射器还包括设于所述激光光源与所述超表面光学元件之间的准直元件，所述准直元件与所述激光光源的中心轴重合，用于对所述激光光束进行准直；或，

所述超表面光学元件包括沿所述激光光束出射方向依次设置的第一微纳结构及第二微纳结构，所述第一微纳结构用于准直所述激光光束，所述第二微纳结构用于衍射所述激光光束并投射出所述非对称结构光光束。

4.根据权利要求3所述的结构光投射器，其特征在于，所述激光光源为点光源阵列，所述点光源阵列包括多个点光源，所述结构光投射器满足以下关系式：

tan(i)＝P/EFL；

其中，P表示所述点光源与所述中心轴在左右方向上的距离，EFL表示所述准直元件或所述第一微纳结构的焦距，i表示所述点光源发射的激光光束经所述准直元件后入射所述超表面光学元件的角度、或经所述第一微纳结构后入射所述第二微纳结构的角度；λ表示所述激光光束的波长，n表示第一衍射级，m表示第二衍射级，A表示所述超表面光学元件或所述第二微纳结构的微结构周期，α′表示所述激光光束于所述第一衍射级时的第一衍射角度，θ′表示所述激光光束于所述第二衍射级时的第二衍射角度。

5.一种深度相机，其特征在于，包括：

权利要求1～4任一项所述的结构光投射器；

图像采集器，设置于所述结构光投射器的右侧，且所述图像采集器与所述结构光投射器的中心轴平行，用于采集由目标反射回的所述非对称结构光光束以形成结构光图像；其中，所述结构光投射器的视场在测量范围内覆盖所述图像采集器的视场；

处理器，用于接收所述结构光图像并计算出深度图像。

6.根据权利要求5所述的深度相机，其特征在于，所述图像采集器的接收视场角包括所述图像采集器的中心轴的左侧的第一接收子视场角和右侧的第二接收子视场角，所述深度相机满足以下关系式：

d_max×tan(α)+B≥d_max×tan(R1)，

d_min×tan(θ)-B≥d_min×tan(R2)；

其中，d_max表示所述深度相机的最远测量距离，d_min表示所述深度相机的最近测量距离，B表示所述深度相机的基线距离，R1表示所述第一接收子视场角，R2表示所述第二接收子视场角，α表示所述第一衍射级子结构光光束的视场角，θ表示所述第二衍射级子结构光光束的视场角。

7.根据权利要求6所述的深度相机，其特征在于，所述第一接收子视场角与所述第二接收子视场角相同；或，

所述第一接收子视场角大于所述第二接收子视场角。