一种投影组件及图像采集设备的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种投影组件及图像采集设备。

背景技术：

随着科技的发展，基于三维(3Dimensions，简称3D)图像采集设备的3D拍摄技术得到了广泛应用。其中，3D图像采集设备中通常安装有投影组件。

现有的投影组件通常包括：光源和衍射元件。其中，上述光源发射某一波长的光，该光经衍射元件衍射后被投射到待采集物体时，可在待采集物体表面形成一定数量个大小和形状相同的光斑。由于待采集物体的不同表面距离衍射元件的距离存在差异，因此，在待采集物体表面形成的光斑会产生变形。这样图像采集设备采集到表面有光斑的待采集物体的图像后，再分析采集到的图像中光斑的形状和尺寸，得到待采集物体的深度信息，从而可以得到待采集物体的三维图像。

现有技术中上述光源只发射一种波长的光，也就是，投影组件通常只对一种波长的光进行衍射，再将经衍射后的光投射到物体表面形成光斑，然而，由于一种波长的光经衍射元件衍射后，在待采集物体表面形成的光斑的数量是一定的，当一种波长的光经衍射元件衍射后，在待采集物体表面形成的光斑的数量较少时，就会使得对待采集物体深度信息的分析结果准确率较低，从而使所拍摄的三维图像精确度较低。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种投影组件及图像采集设备，以增加投射到待采集物体表面的光斑的数量，从而提高对待采集物体深度信息分析结果的准确率，使采集的3D图像的精确度更高。具体技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种投影组件，包括：第一光源、第二光源、分光透镜和衍射元件；其中，

所述第一光源所发射光的波长与所述第二光源所发射光的波长不同；

所述分光透镜的第一面设置于所述第一光源所发射光的角度内，且所述分光透镜的第二面设置于所述第二光源所发射光的角度内；

所述第一面与所述第一光源相对，所述第二面与所述第二光源相对；

所述第一面和所述第二面均可透射第一波长的光，所述第二面可反射第二波长的光；所述第一波长为：与所述第一光源发射的光的波长相同的波长，所述第二波长为：与所述第二光源发射的光的波长相同波长；

所述衍射元件与所述第二面相对。

可选的，所述第一光源的出光方向与所述第二光源的出光方向垂直；

所述第一面到所述第一光源的距离与所述第二面到所述第二光源的距离相等。

可选的，所述第一面与所述第一光源的光轴中轴线夹角为锐角，所述第二面与所述第二光源的光轴中轴线夹角为锐角。

可选的，所述组件还包括：第一准直元件和第二准直元件；其中，

所述第一准直元件设置于所述第一光源所发射光的发散角度内，且所述第一准直元件位于所述第一光源和所述第一面之间；

所述第二准直元件设置于所述第二光源所发射光的发散角度内，且所述第二准直元件位于所述第二光源和所述第二面之间。

可选的，所述第一准直元件包括：第一准直镜片，所述第二准直元件包括：第二准直镜片；其中，

所述第一准直镜片的入光镜面与所述第一光源的出光方向相对，所述第二准直镜片的入光镜面与所述第二光源的出光方向相对。

可选的，所述第一准直镜片与所述第一光源固定连接，所述第二准直元件与所述第二光源固定连接。

可选的，所述第一准直元件还包括：第三准直镜片，所述第二准直元件还包括：第四准直镜片；其中，

所述第三准直镜片的入光镜面与所述第一准直镜片的出光镜面相对，且所述第三准直镜片位于所述第一准直镜片与所述第一面之间；

所述第四准直镜片的入光镜面与所述第二准直镜片的出光镜面相对，且所述第四准直镜片位于所述第二准直镜片与所述第二面之间。

可选的，所述组件还包括：第三准直元件；其中，

所述第三准直元件设置于所述第二面与所述衍射元件之间。

可选的，所述第三准直元件为：第五准直镜片；

所述第五准直镜片的入光镜面与所述第二面相对。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种图像采集设备，包括：第一方面任一项所述的投影组件、图像拍摄组件和处理器；其中，

所述处理器与所述图像拍摄组件电连接；

所述投影组件用于向待采集物体投射光，以在所述待采集物体表形成光斑；

所述图像拍摄组件用于采集表面有光斑的待采集物体的图像；

所述处理器用于根据图像拍摄组件采集的图像生成待采集物体的三维图像。

本实用新型实施例提供的投影组件包括：第一光源、第二光源、分光透镜、衍射元件，第一光源所发射光的波长与第二光源所发射光的波长不同，由于分光透镜的第一面设置于第一光源发出的光的发散角度内，分光透镜的第二面设置于第二光源发出的光的发散角度内，这样可以使分光透镜的第一面接收到第一光源发射的光，分光透镜的第二面接收到第二光源发射的光，又由于第一面与第一光源相对，第二面与第二光源相对，第一面和第二面均可透射第一波长的光，第二面可反射第二波长的光，第一波长为：与第一光源发射的光的波长相同的波长，第二波长为：与第二光源发射的光的波长相同波长，这样可以使分光透镜对第一光源发射的光进行透射，并对第二光源发射的光进行反射，且分光透镜透射的光和分光透镜反射的光可以从分光透镜的第二面射出，又由于衍射元件与分光透镜的第二面相对，这样，第一光源的光和第二光源的光均可以被衍射元件衍射。

第一光源发射的光投射到衍射元件受光面之后，会经衍射元件发射出第一波长的散光，第二光源发射的光投射到衍射元件受光面之后，会经衍射元件发射出第二波长的散光，两种不同波长的散光会在空间中叠加，这样，投射在待采集物体表面的光斑的数量就会增多，进而，图像采集设备的图像拍摄组件拍摄到的光斑的数量就会增多，图像采集设备的处理器通过分析待采集物体表面更多数量的光斑，可以提高对待采集物体深度信息分析结果的准确率，从而使所拍摄的三维图像精确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的投影组件的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的投影组件的一种光路示意图；

图3为在图1所示的投影组件的基础上增设第一准直元件和第二准直元件后的投影组件的结构示意图；

图4为在图1所示的投影组件的基础上增设第三准直元件后的投影组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的图像采集设备的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了提高对待采集物体深度信息分析结果的准确率，从而使采集的3D图像的精确度更高，本实用新型实施例提供了一种投影组件及图像采集设备，下面对本实用新型实施例所提供的投影组件进行介绍。

需要说明的是，本实用新型实施例所提供的安装组件可以用于摄像机、红外相机、深度相机等图像采集设备。

如图1所示，本实用新型实施例提供的投影组件，包括：第一光源110、第二光源120、分光透镜130和衍射元件140；其中，第一光源110所发射光的波长与第二光源120所发射光的波长不同；分光透镜130的第一面131设置于第一光源所发射光的发散角度内，分光透镜130的第二面132设置于第二光源120所发射光的发散角度内；第一面131与第一光源110相对，第二面132与第二光源120相对；第一面131和第二面132均可透射第一波长的光，第二面132可反射第二波长的光；第一波长为：与第一光源110发射的光的波长相同的波长，第二波长为：与第二光源120发射的光的波长相同波长；衍射元件140与第二面132相对。

上述第一光源110和第二光源120均是可以发出单一波长的光的光源，上述第一光源110和第二光源120可以为激光光源或者发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)光源，也可以是其他类型的光源，本实用新型实施例不具体限定。由于激光光源具有单色性好、方向性强、光亮度高、能耗低、体积小等优点，在一种实施方式中，第一光源110和第二光源120可以均为激光光源，这样可以使待采集物体表面形成的光斑更清晰、使图像采集设备的体积和能耗更小、使图像采集设备采集的3D图像的精确度更高。

在一种实施方式中，第一光源110发出的光和第二光源120发出的光可以均为红外光，第一光源110发出的红外光和第二光源120发出的红外光投射到衍射元件140的受光面后，会经衍射元件140衍射形成红外散光，红外散光有规律性的投射到待采集物体表面，形成光斑。由于红外光为不可见光，将红外光投射在待采集物体表面上后，待采集物体表面形成的光斑对图形成像的影响较小。例如，第一光源110发出的光可以为波长为808纳米的红外光，第二光源120发出的光可以为波长为940纳米的红外光，此时，分光透镜130可透射808纳米的红外光，且分光透镜130可反射940纳米的红外光。第一光源110和第二光源120也可以为能发出其他波长的红外光的光源，本实用新型实施例不具体限定。

上述分光透镜130的第一面131和第二面132是分光透镜130的两个相对的面。上述衍射元件140即衍射光学元件。

本实用新型实施例提供的投影组件，由于分光透镜130的第一面131设置于第一光源发出的光的发散角度内，且分光透镜130的第二面132设置于第二光源发出的光的发散角度内，这样，如图2所示，可以使分光透镜130的第一面131接收到第一光源110发射的光，第二面132接收到第二光源120发射的光，又由于第一面131与第一光源110相对，第二面132与第二光源120相对，第一面131和第二面132均可透射第一波长的光，第二面132可反射第二波长的光，第一波长为：与第一光源110发射的光的波长相同的波长，第二波长为：与第二光源120发射的光的波长相同波长，这样可以使分光透镜130对第一光源110发射的光进行透射，并对第二光源120发射的光进行反射，且分光透镜透射的光和反射的光可以从第二面132射出，又由于衍射元件140与第二面132相对，这样，第一光源110所发射的光和第二光源120所的光均可以被衍射元件140衍射。

第一光源110发射的光投射到衍射元件140受光面之后，会经衍射元件发射出第一波长的散光，第二光源120发射的光投射到衍射元件140受光面之后，会经衍射元件发射出第二波长的散光，两种不同波长的散光会在空间中叠加，这样，投射在待采集物体表面的光斑的数量就会增多，进而，图像采集设备的图像拍摄组件拍摄到的光斑的数量就会增多，图像采集设备的处理器通过分析待采集物体表面更多数量的光斑，可以提高对待采集物体深度信息分析结果的准确率，从而使所拍摄的三维图像精确度更高。

由于衍射元件140对不同波长的光具有不同的衍射强度和衍射角度，所以，不同波长的光经衍射元件140衍射后投射到待采集物体上形成的光斑的形状和尺寸也不同，这样，图像采集设备的图像拍摄组件拍摄到表面有光斑的待采集物体的图像后，图像采集设备的处理器就可以分析出两种不同的光斑，又由于第一光源110和第二光源120发出的光的波长不同，环境光中既存在与第一光源110发出的光波长相同的光，又存在与第二光源120发出的光波长相同的光的概率较小，这样，待采集物体表面的两种光斑的偏差均较大的概率就较小，因此，处理器就可以对偏差较小的一种光斑进行形状和尺寸分析，使得对待采集物体的深度信息分析结果更准确，从而使得到的待采集物体的三维图像也更准确。另外，当分析出的两种不同的光斑的偏差均较小时，也可以同时分析两种光斑的形状和尺寸，得到两组深度信息，结合两组深度信息得到待采集物体的深度信息，这样也可以使得到的待采集物体的深度信息更准确，使得到的待采集物体的三维图像也更准确。

本实用新型实施例通过分光透镜130来透射第一光源110发射的光，反射第二光源120发射的光，可以使第一光源110和第二光源120发射的光更好地被衍射元件140衍射，同时，还可以使第一光源110和第二光源120的位置设置更合理，从而使投影组件的结构更合理。

在一种实施方式中，如图1所示，第一光源110的出光方向可以与第二光源120的出光方向垂直，分光透镜130的第一面131到第一光源110的距离与分光透镜130的第二面132到第二光源120的距离相等，即第一光源110和第二光源120相对于分光透镜130对称。这样，就可以使第一光源110发射的光和第二光源120发射的光投射在分光透镜130较集中的位置，使从分光透镜130的透射的光和反射的光可以更集中地投射在衍射元件140上，从而使得从衍射元件140衍射出的光可以更多地投射在待采集物体上，增加了待采集物体上形成的光斑数量，可以更准确地分析待采集物体的深度信息，使得到的待采集物体的三维图像也更准确。

在一种实施方式中，为进一步使投影组件的结构更合理，使得到的待采集物体的三维图像更准确，如图1所示，衍射元件140的受光面与分光透镜130的第二面132的夹角可以为45°。

在一种实施方式中，如图2所示，第一面131与第一光源110的光轴中轴线夹角可以为锐角，第二面132与第二光源120的光轴中轴线夹角可以为锐角。例如，第一面131与第一光源110的光轴中轴线夹角可以为30°～60°角中的任一角度，第二面132与第二光源120的光轴中轴线夹角也可以为30°～60°角中的任一角度。为使第一光源110发射的光和第二光源120发射的光投射在分光透镜130较集中的位置，使从分光透镜130的透射的光和反射的光可以更集中地投射在衍射元件140上，从而使得从衍射元件140衍射出的光可以更多地投射在待采集物体上，增加待采集物体上形成的光斑数量，第一面131与第一光源110的光轴中轴线夹角可以为45°角，第二面132与第二光源120的光轴中轴线夹角也可以为45°角。

在一种实施方式中，如图3所示，投影组件还可以包括第一准直元件150和第二准直元件160；其中，第一准直元件150设置于第一光源110所发射光的发散角度内，且第一准直元件150位于第一光源110和第一面131之间，第一准直元件150可以用于对第一光源110所发射的光进行准直，第二准直元件160设置于第二光源120所发射光的发散角度内，且第二准直元件160位于第二光源120和第二面132之间，第二准直元件160可以用于对第二光源120所发射的光进行准直。上述第一准直元件150和第二准直元件160可以均为准直镜片。

当第一光源110和第二光源120所发射的光的发散角度较大时，会减少投射在分光透镜130上的光，从而使在待采集物体上形成的光斑的强度和清晰度较弱，使分析结果误差也较大，用第一准直元件150和第二准直元件160分别对第一光源110和第二光源120所发射的光进行准直，可以减小第一光源110和第二光源120所发射的光的发散角，使较集中的小角度光(发散角小于1.5°的光)通过分光透镜130后被衍射元件140衍射，提高了在待采集物体上形成的光斑的强度和清晰度，使对待采集物体的深度分析结果更准确。

在一种具体实施方式中，如图3所示，第一准直元件150可以包括：第一准直镜片151，第二准直元件160可以包括：第二准直镜片161；其中，第一准直镜片151的入光镜面与第一光源110的出光方向相对，第一光源110所发射的光可以通过第一准直镜片151进行准直，第二准直镜片161的入光镜面与第二光源120的出光方向相对，第二光源120所发射的光可以通过第二准直镜片161进行准直。第一准直镜片151可以与第一光源110固定连接，第二准直镜片161可以与第二光源120固定连接。

准直镜片具有结构简单、适用性强等优点，本实施方式采用准直镜片对光源发射的光进行准直，可以简化投影组件的结构。

在一种具体实施方式中，如图3所示，第一准直元件150还可以包括：第三准直镜片152，第二准直元件160还可以包括：第四准直镜片162；其中，第三准直镜片152的入光镜面与第一准直镜片151的出光镜面相对，第三准直镜片152位于第一准直镜片151与第一面131之间，第三准直镜片152可以用于将经第一准直镜片151准直过的光进行进一步的准直；第四准直镜片162的入光镜面与第二准直镜片161的出光镜面相对，且第四准直镜片162位于第二准直镜片161与第二面132之间，第四准直镜片162可以用于将经第二准直镜片161准直过的光进行进一步的准直。通过将光源所发射的光进行两次准直，可以进一步减小光源所发射的光的发散角，使对待采集物体的深度分析结果更准确。

在一种实施方式中，如图4所示，上述投影组件还可以包括：第三准直元件170；其中，第三准直元件170设置于第二面132与衍射元件140之间，第三准直元件170可以用于对从分光透镜130透射的光和反射的光进行准直。具体的，第三准直元件170可以为：第五准直镜片；第五准直镜片的入光镜面与第二面132相对。通过设置第三准直元件170，可以进一步减小投射在衍射元件140上的光的发散角，提高了在待采集物体上形成的光斑的强度和清晰度，使对待采集物体的深度分析结果更准确。

本实用新型实施例还提供了一种图像采集设备，如图5所示，该图像采集设备包括：上述任一实施例所述的投影组件100、图像拍摄组件200和处理器300；其中，

处理器300与图像拍摄组件200电连接，从而实现处理器300从图像拍摄组件200获取数据；

投影组件100用于向待采集物体500投射光，以在待采集物体500表形成光斑；

图像拍摄组件200用于采集表面有光斑的待采集物体500的图像；

处理器300用于根据图像拍摄组件采集的图像生成待采集物体500的三维图像。

上述图像拍摄组件200可以为红外摄像机或红外相机。这样当投影组件所发射出的光是红外光时，图像拍摄组件200可以采集到待采集物体500表面的光斑。

本实用新型实施例提供的图像采集设备，投影组件100投射将光投射在待采集物体上后，在待采集物体的表面可以形成更多数量的光斑，进而，图像拍摄组件200拍摄到的光斑的数量就会增多，处理器300通过分析待采集物体表面更多数量的光斑，可以提高对待采集物体深度信息分析结果的准确率，从而使所拍摄的三维图像精确度更高。

在一种实施方式中，处理器300也可以与投影组件100电连接，从而可以通过处理器300来控制投影组件100，例如，通过处理器300来控制投影组件的开启或停止、通过处理器300来控制投影组件光源的强弱等。这样，可以使图像采集设备的集成度更高，更便于对投影组件100的控制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。