一种投影器和深度相机的制作方法

本实用新型涉及电子及光学元器件技术领域，更具体地说，是涉及一种投影器和深度相机。

背景技术：

视觉信息正逐渐成为智能设备获取信息、感知世界的重要途径，随着智能设备功能的不断增多、应用场景多样化，基于视觉信息所实现的需求也越来越广泛。比如，基于人脸识别的解锁与支付、基于人体信息的手势与动作交互等功能性需求，同时这些功能还需要在不同场景下、不同环境光照条件下有较高的可靠性。传统设备中利用相机获取彩色图案信息已难以满足这些需求，基于主动光照明的视觉信息获取，如红外图案，则可以提升不同场景、不同环境光照条件视觉信息获取的可靠性，而利用深度相机获取深度图案则可以实现普通彩色图案难以实现的功能，如高精度的人脸识别、手势交互。另外，利用深度相机进行人脸识别等情形，在夜间场合，还需要对目标进行红外泛光照明，以获取人脸的特征信息(眼睛、鼻子、嘴巴等)，从而实现高精度的识别。

红外照明、红外相机、深度相机等将越来越多地被应用于智能设备中以获取红外、深度图案等视觉信息。然而，由此也带来了一些问题。智能设备的微型化、轻薄化趋势使得集成如此多的器件变得尤为困难。一方面，更多的器件会带来更高的功耗由此会降低智能设备的续航能力；另一方面，多器件的集成对组装工艺的要求大幅提升，使得产品良率下降，生产成本增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种投影器，旨在解决现有的智能设备难以集成多个器件技术问题，其将泛光照明以及结构光照明这两种功能融合到一个投影器中，根据需要可随时切换以实现泛光照明或结构光照明。

为实现上述目的，本实用新型提供一种投影器，包括：

光源，包括结构光光源和泛光光源，所述结构光光源用于发射第一子光束，所述泛光光源用于发射第二子光束；

泛光光学元件，对应所述泛光光源设置；以及

准直衍射单元，对应所述结构光光源和泛光光源设置；

其中，所述第一子光束经由所述准直衍射单元被投影到预定空间内以实现结构光照明；所述第二子光束经由所述泛光光学元件和所述准直衍射单元被投影到预定空间内以实现泛光照明。

在一个实施例中，所述泛光光学元件包括均光片、毛玻璃片、全息片或衍射均化器中的至少一种。

在一个实施例中，所述准直衍射单元包括沿光路依次设置的准直子单元和衍射子单元，所述准直子单元用于准直所述第一子光束或所述第二子光束，所述衍射子单元用于衍射经准直的所述第一子光束或所述第二子光束，以分别实现结构光照明与泛光照明。

在一个实施例中，所述准直衍射单元包括衍射光学元件，所述衍射光学元件包括沿光路依次设置的准直面和衍射面，所述准直面用于准直所述第一子光束或所述第二子光束，所述衍射面用于衍射经准直的所述第一子光束或所述第二子光束，以分别实现结构光照明与泛光照明。

在一个实施例中，所述投影器还包括设于所述结构光光源与所述准直衍射单元之间的透明基板，所述透明基板与所述泛光光学元件为一体成型。

在一个实施例中，所述结构光光源包括第一发光阵列，所述第一发光阵列包括多个随机或呈规则排布的第一发光件；和/或

所述泛光光源包括第二发光阵列，所述第二发光阵列包括多个随机或呈规则排布的第二发光件。

本实用新型还提供一种深度相机，包括：

上述各实施例所说的投影器；

采集模组，用于采集所述结构光光源投影的结构光图案和/或所述泛光光源投影的泛光图案；以及

处理器，分别与所述投影器和所述采集模组电连接。

在一个实施例中，所述第一子光束的波长和第二子光束的波长相同；或者

所述第一子光束的波长和所述第二子光束的波长不同，至少一个所述采集模组用于采集所述结构光图案，至少另一个所述采集模组用于采集所述泛光图案。

在一个实施例中，所述处理器还用于根据所述结构光图案计算出深度图案，并将所述深度图案与所述泛光图案进行融合。

在一个实施例中，所述深度相机还包括彩色相机模组，用于采集彩色图案。

本实用新型提供的投影器及深度相机的有益效果在于：投影器包括光源、泛光光学元件和准直衍射单元，光源包括结构光光源和泛光光源，泛光光学元件对应泛光光源设置，准直衍射单元对应结构光光源和泛光光源设置，结构光光源用于发射第一子光束，第一子光束经由准直衍射单元被准直并衍射投影到预定空间内以实现结构光照明，泛光光源用于发射第二子光束，第二子光束经由泛光光学元件和准直衍射单元被准直并衍射投影到预定空间内以实现泛光照明，由此，将结构光光源和泛光光源集成在一个投影器内，实现了将结构光照明和泛光照明两种功能融合到一个投影器中，根据需要可随时切换结构光照明或泛光照明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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为本实用新型一实施例提供的投影器的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的投影器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第一发光阵列和第二发光阵列的投影示意图；

图4为本实用新型实施例提供的投影器投影出的其中一图案的投影示意图；

图5为本实用新型实施例提供的投影器投影出的另一图案的投影示意图；

图6为本实用新型实施例提供的深度相机的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-投影器；20-采集模组；30-处理器；60-深度相机；101-底座；111-结构光光源；112-泛光光源；120-泛光光学元件；130-透明基板；140-准直衍射单元；141-准直子单元；142-衍射子单元；143-准直面；144-衍射面；301-第一发光件；302-第二发光件；401-第一区；501-第二区；A-第一发光阵列；B-第二发光阵列。

具体实施方式

为了使使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本实用新型提供的投影器10进行说明。所述投影器10包括依光路设置的光源、泛光光学元件120、透明基板130、准直衍射单元140。其中，光源包括并排设置的结构光光源111和泛光光源112。结构光光源111用于发射第一子光束，所述第一子光束透过透明基板130后再经由所述准直衍射单元140被准直并衍射投影到预定空间内以实现结构光照明；泛光光源112用于发射第二子光束，所述第二子光束经由所述泛光光学元件120增大出射角度后再经由所述准直衍射单元140准直并衍射投影到预定空间内以实现泛光照明。可以理解的是，透明基板130与泛光光学元件120是一体成型的，并分别与结构光光源111和泛光光源112对应，如此，便于将上述各类元件进行封装。在其它实施例中，所述透明基板130可以省略。

请继续参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，所述准直衍射单元140包括沿光路依次设置的准直子单元141和衍射子单元142，准直子单元141用于准直所述第一子光束或所述第二子光束，衍射子单元142用于衍射经准直的所述第一子光束或所述第二子光束，以分别实现结构光照明与泛光照明。其中所述准直子单元141可以是单个透镜，也可以是可调式透镜组，所述衍射子单元142可以是透镜、衍射光栅、玻璃载体等。

请参阅图2，在本实用新型的一个实施例中，与图1中所述准直衍射单元140不同的是，图2的准直衍射单元140是由一个元件构成的，且省略了透明基板130。在其中一个实施例中，所述准直衍射单元140为衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)，所述DOE包括相对设置的准直面143与衍射面144。其中，所述准直面143用于准直所述第一子光束或所述第二子光束，所述衍射面144用于衍射经准直的所述第一子光束或所述第二子光束，以分别实现结构光照明与泛光照明。

请继续参阅图1～图3，结构光光源111和泛光光源112设置在同一底座101上，分别包括第一发光阵列A和第二发光阵列B，各发光阵列均包括半导体衬底(未示出)和设置在半导体衬底上的多个发光件(请参阅图3中第一发光件301和第二发光件302)。可以理解的是，第一发光阵列A和第二发光阵列B可被单独控制且独立开启和关闭，其中，多个第一发光件301被整体控制且同步开启或关闭，多个第二发光阵件302被整体控制且同步开启或关闭。可以理解的是，各发光阵列的多个发光件可以设置在相同或不同的半导体衬底上。进一步的，各发光阵列位于同一平面内。如此，位于同一平面内的两个发光阵列比较容易生产，且位于同一平面内的两个发光阵列比较容易相互配合。

可选地，在一个实施例中，结构光光源111和泛光光源112也可以是点光源。

请继续参阅图3，在一个实施例中，第一发光件301和第二发光件302可以是边发射激光发射器、垂直腔面激光发射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)或发光二极管(LED)，以随机或呈规则形式排布在半导体衬底上。如此，随机排布的发光件能够形成随机排布的图案，呈规则形式排布的发光件能够形成规则阵列的图案。在一个实施例中，第一发光件301和第二发光件302都为VCSEL，这是因为，VCSEL具有体积小、功耗小、发散角小等特点；且第一发光件301随机分布在半导体衬底上，第二发光件302呈规则排布在半导体衬底上；如此，当第一发光件301被点亮时，投影器10能投影出高度不相关的结构光图案，当第二发光件302被点亮时，投影器10能投影出泛光图案。可以理解的是，由于第二发光件302产生的激光发散角较小，因此，需要在第二发光阵列B的上方设置泛光光学元件，使得第二发光件302产生激光出射时可以具有更大的出射范围，且分布更加均匀，进而实现泛光照明。在其中一个实施例中，泛光光学元件可以包括均光片、毛玻璃、全息片、衍射均化器中的至少一种。

请参阅4与图5，在一个实施例中，准直衍射单元140为DOE，假设该DOE能产生3×3的分区，如此，当第一发光阵列A被点亮时，所述DOE能复制并扩展所述第一发光阵列A所产生的子结构光区域至预定空间，即投影器10可以投影出如图4所示的结构光图案，其中，每个第一区401对应于第一发光阵列A所产生的子结构光区域；当第二发光阵列B被点亮时，所述DOE能复制并扩展所述第二发光阵列B与所述泛光光学元件120所产生的泛光区域至预定空间，即投影器10可以投影出如图5所示的泛光图案，其中，每个第二区501对应于第二发光阵列B与泛光光学元件120所产生的泛光区域。

请参阅图6，本实用新型还提供一种深度相机60，该深度相机60包括投影器10、采集模组20和处理器30，处理器30分别与投影器10与采集模组20电连接。处理器30用于控制投影器10与采集模组20同步工作，具体地，处理器30用于控制投影器10中的结构光光源111与采集模组20同步工作，使得采集模组20采集目标的结构光图案，或者处理器30用于控制投影器10中的泛光光源112与采集模组20同步工作，使得采集模组20采集目标的泛光图案。在其中一个实施例中，所述采集模组20可以为一个或多个，这取决于结构光光源111和泛光光源112所发射光束的波长是否相同，当两者不同时，至少一个所述采集模组20用于采集所述结构光图案，至少另一个所述采集模组20用于采集所述泛光图案。

可以理解的是，结构光光源111和所述泛光光源112所发射光束的波长包括可见光波长、红外光波长、紫外光波长中的一种或多种。一般地，结构光光源111和所述泛光光源112所发射光束的波长应相同，由此可以由单个采集模组20就可以实现对结构光光束以及泛光光束的图案采集，以提高深度相机60的集成度。例如，在一个实施例中，上述结构光图案可以为红外散斑图案，上述泛光图案可以为红外泛光图案，上述采集模组20可以为红外相机，如此，使用红外散斑图案和红外图案进行人脸识别相较于用彩色图案进行人脸识别，前者具有更高的精度和环境适应性，即使在黑暗的环境中，也可以进行精确的人脸识别。

可选地，在一个实施例中，结构光光源111和所述泛光光源112所发射光束的波长也可以不相同，此时可以设置多个采集模组20以分别采集不同波长光束的图案，或者在单个采集模组20中设置允许两种波长通过的滤光片，如此可采集同时包含不同像素信息的单幅图案。进一步地，所述处理器30还用于接收并处理上述结构光图案与泛光图案，并根据处理结果进行进一步的操作。例如，当目标是人脸时，处理器30可以根据接收的图案进行人脸检测、人脸识别等操作。在一个实施例中，处理器30还可以根据接收的结构光图案进行进一步的计算得到深度图案，并将所述深度图案与泛光图案进行进一步融合以得到同时包含深度、纹理信息的图案。其中，处理器30可以是单个的处理器，也可以包含多个处理器单元，比如由不同功能的处理器单元组成。在一些实施例中，处理器30也可以是集成片上系统(System-on-a-Chip，SOC)，包含中央处理单元、片上存储器、控制器、通信接口等。

可选地，在一个实施例中，深度相机60中还可以配备彩色相机模组(未示出)，用于采集彩色图案。彩色相机模组、投影器10以及采集模组20被安装在深度相机的同一个平面上，且处于同一条基线。在一个实施例中，彩色相机模组可以是RGB相机。由此可知，配置了彩色相机模组的深度相机拥有了同步获取深度图案、泛光图案以及RGB图案的能力。处理器30可以接收上述图案并进行进一步的处理，并根据处理结构实现进一步的操作等。

上述投影器和深度相机，通过将结构光照明与泛光照明的功能同时集成到投影器中，根据需要可随时将两者进行切换，从而降低了深度相机中器件的数量，如此不仅降低了深度相机的制造成本，也减少了深度相机所需的集成空间，从而使得深度相机更容易集成在各种移动终端中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。