衍射光学元件、结构光投影模组及3D深度摄像头的制作方法

本实用新型涉及光学元件，尤其是一种衍射光学元件、结构光投影模组及3d深度摄像头。

背景技术：

结构光技术是一种3d成像技术，它以高精度、低成本、低功耗等优势在目前新零售行业中被广泛使用。结构光采用特定波长、不可见的红外激光作为光源，发射出来的光经衍射光学元件(diffractiveopticalelements,doe)形成具有一定编码规则的图像投影在物体上，同时接收模组会接收到物体表面上具有编码规则的图像，然后基于光学三角法测量原理进行计算返回的编码图案的畸变来得到物体的位置和深度信息。

接收模组选用的镜头对于光折射不均匀，边缘视场、中心视场的感光系数不相同，导致进光量从中心到边角逐渐减少，影像区的边缘区域接收的光强比中心弱，这是接收模组固有的亮度阴影特性，即接收模组的镜头在存在相对照度(relativeillumination，ri)，其定义为像面不同位置的感光系数与中心位置感光系数的比值，范围在0到1之间，如图1所示。图中的纵坐标为相对照度，横坐标是到视场中心的距离，图2为接收模组成像画面亮度示意图，画面亮度由中心向四周逐渐降低。

在红外激光+接收模组的整个结构光系统的设计中，为了保证整个系统最终的成像的均匀性表现更好，在红外激光使用的衍射光学元件均会根据接收模组的相对照度进行反向设计，理论上设计的红外激光的衍射光学元件的特性曲线与接收模组的相对照度曲线完全相反，如图3所示，其输出画面亮度情况如图4所示，如这样接收模组最终成像画面中的整体亮度表现一致，如图5所示，最终红外激光+接收模组整个系统成像画面如图6所示。

但反向设计的补偿方式是将doe中心的亮度变的和接收模组镜头的周边一样暗，保障了亮度的均匀性，却牺牲了整体亮度。成像时整体的亮度都降低了，虽然满足室内的使用场景，但在室外强光下由于接收模组接收到红外光源的亮度不够，导致无法使用。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种衍射光学元件、结构光投影模组及3d深度摄像头。

技术方案：一种衍射光学元件，所述衍射光学元件的特性参数值被配置为：视场中心位置的特性参数值大于其相应接收模组边缘位置的相对照度值，所述特性参数值为视场内某点的感光系数与视场内最高感光系数的比值。

优选的，所述衍射光学元件的特性参数值还被配置为：视场内边缘位置的特性参数值为1，并逐渐向中心位置递减。

另一优选的，衍射光学元件的特性参数值还被配置为：视场内中心位置的特性参数值为1，并逐渐向边缘位置递减。

另一优选的，所述衍射光学元件的特性参数值还被配置为：视场内所有位置的特性参数值均为1，误差波动范围不高于10％。

进一步的，所述误差波动范围为5％。

一种结构光投影模组，包括光源，所述光源的光路上设有上述的衍射光学元件。

一种3d深度摄像头，包括结构光投影模组及其相应的接收模组，所述结构光投影模组包括光源，所述光源的光路上设有上述的衍射光学元件。

进一步的，还包括用于为结构光投影模组照明补光的红外泛光源和用于拍摄rgb图像的彩色摄像头。

有益效果：在使用结构光系统进行人脸识别刷脸应用时，不仅要适用于室内，也需要满足室外强光下的应用场景。目前新零售行业中刷脸的位置主要是限定在画面的中心位置，因此，本实用新型根据刷脸的位置特点，打破系统设计时追求光响应均匀的限制，放弃成像亮度的均匀性，控制其特性参数值，令系统拍摄的画面中心的亮度高于周边的亮度，保证中心亮度满足室外强光下刷脸使用的要求。

附图说明

图1是接收模组相对照度-距离示意图；

图2是接收模组成像画面亮度示意图；

图3是现有技术doe特性曲线示意图；

图4是现有技术doe输出画面亮度示意图；

图5是现有技术3d结构光系统接收模组成像画面亮度-距离示意图；

图6是现有技术3d结构光系统接收模组成像画面亮度示意图；

图7是实施例1中doe特性参数值-距离示意图；

图8是实施例2中doe特性参数值-距离示意图；

图9是实施例2中doe输出画面亮度示意图；

图10是实施例2中3d结构光系统接收模组成像画面亮度-距离示意图；

图11是实施例2中3d结构光系统接收模组成像画面亮度示意图；

图12是实施例4中doe特性参数值-距离示意图；

图13是实施例4中doe输出画面亮度示意图；

图14是实施例4中3d结构光系统接收模组成像画面亮度-距离示意图；

图15是实施例4中3d结构光系统接收模组成像画面亮度示意图。

具体实施方式

下面通过结合实施例对本技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种衍射光学元件，所述衍射光学元件的特性参数值被配置为：视场中心位置的特性参数值大于其相应接收模组边缘位置的相对照度值，所述特性参数值为视场内某点的感光系数与视场内最高感光系数的比值，范围在0到1之间。其中，其相应的接收模组是指与该doe适配的用于接收投影光线的接收模组，其边缘位置的相对照度是指接收模组视场内距离中心最远的位置其相对照度，相对照度即为该位置感光系数与中心位置感光系数的比值。

如图1所示，接收模组的相对照度自中心向边缘逐渐递减，边缘处为最低值。现有技术中的理想设置即doe的特性参数值曲线与接收模组的相对照度曲线完全相反，doe视场中心位置的特性参数值即为其相应接收模组边缘处的相对照度值，自该值向doe视场边缘位置递增，与视场边缘位置达到最大值1，如图2所示。

如图7所示，本实用新型打破这种与接受模组相反的均匀性设置，虽然也可以配置为视场内边缘位置的特性参数值为1，并逐渐向中心位置递减，但中心位置的特性参数值一定要大于接收模组的相对照度，二者配合的效果叠加后仍然是视场中心亮度最高，适用于室外的刷脸应用场景。图中的纵坐标为doe的特性参数值，横坐标是到视场中心的距离。递减的曲线幅度、曲率都为本领域的常规设置，在此不作限定。

本实施例还提供一种使用该衍射光学元件结构光投影模组，包括光源，所述光源的光路上设有上述的衍射光学元件。

本实施例还提供一种3d深度摄像头，包括结构光投影模组及其相应的接收模组，还包括用于为结构光投影模组照明补光的红外泛光源和用于拍摄rgb图像的彩色摄像头。其中，结构光投影模组包括光源，所述光源的光路上设有上述的衍射光学元件。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，如图8、9所示，本实施例的衍射光学元件的特性参数值进一步被配置为：视场内中心位置的特性参数值为1，并逐渐向边缘位置递减。边缘的特性参数值可根据本领域技术常识结合使用场景要求具体自行设置，在此不作限定，叠加后的效果如图10、11所示。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的衍射光学元件的特性参数值进一步被配置为：视场内所有位置的特性参数值均为1，误差波动范围不高于10％。

本实施例的误差波动范围为5％，即视场内所有位置的特性参数值均为95％-1之间。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的衍射光学元件的特性参数值进一步被配置为：视场内所有位置的特性参数值均为1。该实施例为理想状态，最优情况，如图12、13所示，图12中特性参数即为图片顶部数值为1的一条加粗黑线，叠加后的效果如图14、15所示。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，可以根据使用场景的光强度对于衍射光学元件的特性参数值进行相应的特殊设计，做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。