一种3D投射器准直镜的设计方法技术

本发明专利技术适用于3D视觉技术领域，提供了一种3D投射器准直镜的设计方法，包括：在现有的准直镜设计中的成像圆的基础上，增加一个收光圆的概念，所述成像圆只需包含第一激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对成像圆范围内的物点有成像质量要求，所述收光圆只需包含第二激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对收光圆范围内的物点无成像质量要求，只需要此范围内的物点发出的光束能全部通过准直镜的系统出射即可。本方法在现有准直镜设计中成像圆的基础上，提出了收光圆的概念，可有效的降低准直镜的设计难度，同时考虑到3D投射器系统中第二激光光源下垫高片对设计收光圆尺寸的影响，进一步降低了设计准直镜的难度。进一步降低了设计准直镜的难度。进一步降低了设计准直镜的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种3D投射器准直镜的设计方法


[0001]本专利技术属于3D视觉
，尤其涉及一种3D投射器准直镜的设计方法。

技术介绍

[0002]3D视觉技术较2D视觉技术可以获取物体的深度信息，随着人工智能、自动驾驶、AR/VR时代的到来，3D视觉将会有更加广泛的应用场景，有望真正成为机器或智能手机的眼睛，使它们能够更准确地感知环境，识别使用者。
[0003]3D视觉技术以结构光和时间飞行技术为主流，而结构光和飞行技术系统中的核心部件是投射器，结构光投射器发出带特定编码特征的光斑，投射在物体上，基于三角测量原理，可以解析出物体的深度信息；飞行技术中的投射器目前多数以红外泛光照明为主流，发出均匀红外光投射在物体上，计算光束发出到接收的时间差，从而得到物体的深度信息；将结构光和泛光照明合置在一颗投射器上，可以将两种测距技术集成在一个系统上。
[0004]CN202110459066.7公开的图5中投射器中包含：第一激光光源、第二激光光源、准直镜、DOE，第一激光光源位于准直镜的焦平面，不同光点发出的光束经准直镜准直成平行光束，到达DOE后复制并扩束为视场角更大的散斑图(散斑光点清晰成像)；第二激光光源位于准直镜的虚焦平面，不同光点发出的光束经过准直镜折射为发散光束，到达DOE后复制并扩束为视场角更大的均匀红外图(散斑光点弥散，相邻的光点光斑重叠在一起)，两颗激光光源之间存在一定的高度差。相比投射器中只有一颗激光光源的系统，该系统准直镜设计对应的成像圆大小由原来只需要包含一颗激光光源的发光尺寸变成需要包含两颗激光光源的发光尺寸，成像圆尺寸大大增加，而实际设计中为尽量压缩模组的尺寸，准直镜的光学总长(第一镜面中心到物方焦平面之间的距离)要尽量做小，这样大成像圆、低光学总长的要求使得准直镜的设计难度大大提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种3D投射器准直镜的设计方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的，一种3D投射器准直镜的设计方法，其特征在于，包括：在现有的准直镜设计中的成像圆的基础上，增加一个收光圆的概念，所述成像圆只需包含第一激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对成像圆范围内的物点有成像质量要求，所述收光圆只需包含第二激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对收光圆范围内的物点无成像质量要求，只需要此范围内的物点发出的光束能全部通过准直镜的系统出射即可。
[0007]进一步的技术方案，包括以下步骤：
[0008]步骤1：在第二激光光源的一侧设置垫高片，使得第一激光光源和第二激光光源产生高度差，且保证第一激光光源在准直镜的焦平面，第二激光光源在准直镜的虚焦平面；
[0009]步骤2：根据第一激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜成像圆的大小；
[0010]步骤3：根据第二激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜收光圆的大小，通过设置成像圆和收光圆设计的权重来降低低光学总长准直镜的设计难度，使得准直镜尺寸能做得更小。
[0011]进一步的技术方案，所述第一激光光源用于发射结构光，所述第一激光光源为VCSEL(垂直腔面发射激光器)、EEL(边发射激光器)或HCSEL(水平腔面发射激光器)，且所述第一激光光源的波长为红外波段，所述第一激光光源上分布有多个随机排布的点阵。
[0012]进一步的技术方案，所述第二激光光源用于提供均匀的光束，所述第二激光光源为LED、VCSEL、EEL或HCSEL，所述第二激光光源上分布有至少一个发光点，所述第二激光光源的波长与第一激光光源相同。
[0013]进一步的技术方案，所述准直镜的镜片面型为球面或非球面，且镜片的面型关于中心旋转对称，相应的成像圆与收光圆的圆心重合。
[0014]进一步的技术方案，所述准直镜的面型为自由曲面，且镜片的面型为旋转非对称结构，相应的成像圆与收光圆的圆心无需重合。镜片为自由曲面面型的准直镜在设计时对应的收光圆大小比镜片为球面或非球面面型的准直镜的收光圆大小更小，可进一步降低低光学总长准直镜的设计难度，使得准直镜尺寸能做得更小。
[0015]进一步的技术方案，将步骤3替换为：根据第一激光光源和第二激光光源发出的光束打到准直镜的第一面上的光束口径来确定准直镜收光圆的大小，进一步降低收光圆的大小，从而进一步降低低光学总长准直镜的设计难度，使得准直镜尺寸能做得更小。
[0016]本专利技术实施例提供的一种3D投射器准直镜的设计方法，在现有准直镜设计中成像圆的基础上，提出了收光圆的概念，可有效的降低准直镜的设计难度，同时考虑到3D投射器系统中第二激光光源下垫高片对设计收光圆尺寸的影响，进一步降低了设计准直镜的难度。
附图说明
[0017]图1为常规准直镜成像圆设计示意图；
[0018]图2为本专利技术提供的一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0019]图3为本专利技术提供的另一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0020]图4为本专利技术提供的又一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0021]图5为本专利技术提供的再一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0022]图6为本专利技术提供的再一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0023]图7为本专利技术提供的一种准直镜成像圆与收光圆的设计方法；
[0024]图8为本专利技术提供的再一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图；
[0025]图9为本专利技术提供的再一种准直镜成像圆与收光圆设计示意图。
[0026]附图中：第一激光光源1；第二激光光源2；一号成像圆31；二号成像圆32；三号成像圆33；四号成像圆34；五号成像圆35；一号收光圆42；二号收光圆43；四号收光圆44；五号收光圆45；六号收光圆46；七号收光圆47；电路板5；垫高片6；准直镜第一面7；一号准直镜第一面71；二号准直镜第一面72；第一边缘光斑8；第二边缘光斑9；第三边缘光斑10。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0029]如图1所示，第一激光光源1可以是VCSEL、EEL或HCSEL，波长为红外波段，可以根据系统需要来选择不同发射波长，一般有850nm和940nm等，上面分布有多个随机排布的点阵，用于发射结构光。第二激光光源2可以是LED、VCSEL、EEL或HCSEL，上面分布一个或多个发光点，发光点之间的排列可以是规律排列也可以是随机排列，波长与第一激光光源1一致，且发光点的有效区域的尺寸与第一激光光源1一致，用于发射泛光；常规设计中一号成像圆31的区域要涵盖第一激光光源1和第二激光光源2所有发光区域，为达到较好的成像效果，对一号成像圆31内物点发出的光束的成像质量有较高的要求，如畸变、成像光斑尺寸、MTF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D投射器准直镜的设计方法，其特征在于，包括：在现有的准直镜设计中的成像圆的基础上，增加一个收光圆的概念，所述成像圆只需包含第一激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对成像圆范围内的物点有成像质量要求，所述收光圆只需包含第二激光光源所有发光区域，且设计时准直镜系统对收光圆范围内的物点无成像质量要求，只需要此范围内的物点发出的光束能全部通过准直镜的系统出射即可。2.根据权利要求1所述的3D投射器准直镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在第二激光光源的一侧设置垫高片，使得第一激光光源和第二激光光源产生高度差，且保证第一激光光源在准直镜的焦平面，第二激光光源在准直镜的虚焦平面；步骤2：根据第一激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜成像圆的大小；步骤3：根据第二激光光源有效发光区的尺寸确定准直镜收光圆的大小，通过设置成像圆和收光圆设计的权重来降低低光学总长准直镜的设计难度，使得准直镜尺寸能做得更小。3.根据权利要求1所述的3D投射器准直镜的设计方法，其特征在于，所述第一激光光源用于发射结构光，所述第一激光光源为垂直腔面发射激光器、边发射激光器或水平腔面发射激光器，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈驰，李安，张莉萍，
申请(专利权)人：深圳市安思疆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：