CN113311644A - 3d结构光激光发射器及3d结构光装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种3D结构光激光发射器及3D结构光装置，其中，3D结构光激光发射器，包括激光发射单元，用于发射散斑激光束；第一光学组件，用于对所述散斑激光束进行准直；第二光学组件，用于对准直后的所述散斑激光束进行扩束并进行光斑复制；第三光学组件，用于对扩束并进行光斑复制后的所述散斑激光束再次进行扩束。上述方案，通过第二光学组件对散斑激光束进行扩束后，再通过第三光学组件进一步进行扩束，使得该3D结构光激光发射器具有足够大的视场角，以覆盖超广角相机的视场角；此外，由于第二光学组件对散斑激光束的光斑复制，使得该3D结构光激光发射器视场角变大后，仍能具有较高的光斑密度，利于提高3D检测的精度及准确性。

Description

3D结构光激光发射器及3D结构光装置
技术领域
本发明一般涉及3D检测技术领域，具体涉及一种3D结构光激光发射器及3D结构光装置。
背景技术
随着移动设备和智能交互设备的普及，2D(Dimension；维)因其只能提供XY两个方向的位置信息，已经不能满足行业发展需要。而3D技术不但可以提供XY两个方向的位置信息还可以提供位置深度信息，可以减少2D识别时发生的误判，所以3D技术目前已经被广泛应用在刷脸支付行业、智能门锁、体感游戏、安防监控、智能机器人避障等。
目前行业中3D技术主要有双目、TOF、结构光等，而结构光3D技术因其精度高、成本低、功耗低等优点而被广泛应用。
但是，目前在某些应用场景下，需要用到超广角相机进行拍摄，但是目前3D结构光激光发射器的视场角有限，一个3D结构光激光发射器不能与超广角相机适配，即一个3D结构光激光发射器不能覆盖超广角相机的视场角，导致广角相机的视场角不被覆盖部位采集的图像没有深度信息，影响3D检测的准确性。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种3D结构光激光发射器及3D结构光装置，用以解决现有技术中3D结构光激光发射器不能覆盖超广角相机的视场角的问题。
第一方面，本发明提供一种3D结构光激光发射器，包括：
激光发射单元，用于发射散斑激光束；
第一光学组件，用于对所述散斑激光束进行准直；
第二光学组件，用于对准直后的所述散斑激光束进行扩束并进行光斑复制；
第三光学组件，用于对扩束并进行光斑复制后的所述散斑激光束再次进行扩束。
作为可实现方式，所述第一光学组件为准直器。
作为可实现方式，所述第二光学组件为二维衍射光学器件。
作为可实现方式，所述第三光学组件为扩束透镜。
作为可实现方式，所述扩束透镜的孔径满足以下关系式：
D＝D0-2d·tanU0；
其中，D为所述扩束透镜的孔径，D0为所述第二光学组件的出光口径，d为所述扩束透镜与所述第二光学组件的的中心距，U0所述第二光学组件所出射的激光束的视场角。
作为可实现方式，所述散斑激光束经所述第三光学组件扩束后的视场角为100°-150°。
作为可实现方式，所述激光发射单元为垂直腔面发射激光器。
第二方面，本发明提供一种3D结构光装置，包括超广角相机和上述的3D结构光激光发射器，所述广角相机和所述3D结构光激光发射器并排设置，所述3D结构光激光发射器的视场角覆盖所述超广角相机的视场角；所述超广角相机的光入射面与所述3D结构光激光发射器的光出射面平行。
作为可实现方式，所述超广角相机的光入射面与所述3D结构光激光发射器的光出射面位于同一平面。
本申请提供的上述方案，通过第二光学组件对散斑激光束进行扩束后，再通过第三光学组件进一步进行扩束，使得该3D结构光激光发射器具有足够大的视场角，以覆盖超广角相机的视场角；此外，由于第二光学组件对散斑激光束的光斑复制，使得该3D结构光激光发射器视场角变大后，仍能具有较高的光斑密度，利于提高3D检测的精度及准确性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的3D结构光激光发射器的结构示意图；
图2为确定扩束透镜的孔径的原理图；
图3为本发明实施例提供的3D结构光装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
第一方面，如图1所示，本发明实施例提供的3D结构光激光发射器，包括：
激光发射单元2，用于发射散斑激光束；例如但不限于，该处的散斑激光束可以是850nm、940nm的红外/近红外激光。
第一光学组件3，用于对所述散斑激光束进行准直；激光发射单元2通电后发出散斑激光束，散斑激光束照射进第一光学组件3，第一光学组件3对散斑激光束进行准直。
第二光学组件4，用于对准直后的所述散斑激光束进行扩束并进行光斑复制；第二光学组件4主要用于对准直后的散斑激光束的光斑进行复制复制，以增大光斑密度，例如但不限于，散斑激光束中原始的光斑数为200个，散斑激光束经过第二光学组件4后，光斑数复制为20000个，这里的数值仅是进行原理性说明，并非是对本申请的唯一性限定，当然根据实际情况，还可以是其他数值的光斑数。同时，第二光学组件4还用于对散斑激光束进行初步的扩束。
第三光学组件5，用于对扩束并进行光斑复制后的所述散斑激光束再次进行扩束。散斑激光束进过第二光学组件4、第三光学组件5连续扩束后，视场角可达到150°。扩束后的散斑激光束照射至被测物体6，以获取被测物体6的深度信息。
本申请提供的上述方案，通过第二光学组件4对散斑激光束进行扩束后，再通过第三光学组件5进一步进行扩束，使得该3D结构光激光发射器具有足够大的视场角，以覆盖超广角相机的视场角；此外，由于第二光学组件4对散斑激光束的光斑复制，使得该3D结构光激光发射器视场角变大后，仍能具有较高的光斑密度，利于提高3D检测的精度及准确性。
作为可实现方式，所述第一光学组件3为准直器。
作为可实现方式，所述第二光学组件4为二维衍射光学器件。
作为可实现方式，所述第三光学组件5为扩束透镜。
作为可实现方式，所述扩束透镜的孔径满足以下关系式：
D＝D0-2d·tanU0；
其中，D为所述扩束透镜的孔径，D0为所述第二光学组件4的出光口径，d为所述扩束透镜与所述第二光学组件4的的中心距，U0所述第二光学组件4所出射的激光束的视场角。
具体地，如图2所示，在散斑激光束经过第二光学组件4后视场角为U0，经过第三光学组件5后的视场角为U′，第三光学组件5为扩束透镜，且扩束透镜的孔径为D，第二光学组件4为二维衍射光学器件，二维衍射光学元器件的出光口径为D0，扩束透镜的焦距为f，扩束透镜与二维衍射光学元器件的中心距为d。
对于扩束透镜，其入射物方孔径角U来说，出射像方孔径角满足：
Figure BDA0003085640640000041
则不加扩束透镜前的视场角即为透镜的物方孔径角，即
tanU＝tanU0；
Figure BDA0003085640640000042
那么，扩束透镜的孔径满足：
D＝D0-2d·tanU0。
例如，在扩束透镜的焦距为1.8mm，二维衍射光学器件与扩束透镜的中心距为1mm时，可以实现将二维衍射光学器件出射的散斑激光束60°的视场角，扩束到扩束透镜出射的散斑激光束100°的视场角。
在扩束透镜的焦距为1.2mm，二维衍射光学器件与扩束透镜的中心距为2mm时，可以实现将二维衍射光学器件出射的散斑激光束60°的视场角，扩束到扩束透镜出射的散斑激光束120°的视场角。
在扩束透镜的焦距为1.7mm，二维衍射光学器件与扩束透镜的中心距为10mm时，可以实现将二维衍射光学器件出射的散斑激光束60°的视场角，扩束到扩束透镜出射的散斑激光束140°的视场角。
作为可实现方式，所述散斑激光束经所述第三光学组件5扩束后的视场角为100°-150°。
作为可实现方式，所述激光发射单元2为垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser；VCSEL)。
第二方面，如图3所示，本发明提供一种3D结构光装置，包括超广角相机22和上述的3D结构光激光发射器21，所述广角相机22和所述3D结构光激光发射器21并排设置，所述3D结构光激光发射器21的视场角α覆盖所述超广角相机22的视场角β，这里所指的覆盖意思是超广角相机22的视场角β位于3D结构光激光发射器21的视场角α的视场角范围内，以保证距离超广角相机22一定范围外的视场角β范围内任何位置都可以采集到深度信息；所述超广角相机22的光入射面与所述3D结构光激光发射器21的光出射面平行。
作为可实现方式，所述超广角相机22的光入射面与所述3D结构光激光发射器21的光出射面位于同一平面。
需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种3D结构光激光发射器，其特征在于，包括：
激光发射单元，用于发射散斑激光束；
第一光学组件，用于对所述散斑激光束进行准直；
第二光学组件，用于对准直后的所述散斑激光束进行扩束并进行光斑复制；
第三光学组件，用于对扩束并进行光斑复制后的所述散斑激光束再次进行扩束。
2.根据权利要求1所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述第一光学组件为准直器。
3.根据权利要求1所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述第二光学组件为二维衍射光学器件。
4.根据权利要求1所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述第三光学组件为扩束透镜。
5.根据权利要求4所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述扩束透镜的孔径满足以下关系式：
D＝D0-2d·tanU0；
其中，D为所述扩束透镜的孔径，D0为所述第二光学组件的出光口径，d为所述扩束透镜与所述第二光学组件的的中心距，U0所述第二光学组件所出射的激光束的视场角。
6.根据权利要求1-5任一项所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述散斑激光束经所述第三光学组件扩束后的视场角为100°-150°。
7.根据权利要求1-5任一项所述的3D结构光激光发射器，其特征在于，所述激光发射单元为垂直腔面发射激光器。
8.一种3D结构光装置，其特征在于，包括超广角相机和如权利要求1-7任一项所述的3D结构光激光发射器，所述广角相机和所述3D结构光激光发射器并排设置，所述3D结构光激光发射器的视场角覆盖所述超广角相机的视场角；所述超广角相机的光入射面与所述3D结构光激光发射器的光出射面平行。
9.根据权利要求8所述的3D结构光装置，其特征在于，所述超广角相机的光入射面与所述3D结构光激光发射器的光出射面位于同一平面。
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WO2023092859A1 (zh) * 2021-11-29 2023-06-01 深圳市汇顶科技股份有限公司 激光雷达发射装置、激光雷达装置及电子设备

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