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1. (WO2019047460) 一种衍射光学元件及配制方法
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

附图

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

说明书

发明名称 : 一种衍射光学元件及配制方法

技术领域

[0001]
本发明涉及一种衍射光学元件及使用所述的衍射光学元件以配制结构光投影模组的方法。

背景技术

[0002]
3D成像技术是新一代人机交互技术的核心,随着移动终端设备对3D成像技术的硬性需求,深度相机将会被广泛应用于移动终端设备中,这也使得深度相机正朝着低功耗、高性能、小体积的方向发展。结构光投影模组是基于结构光技术的深度相机中的核心设备,其主要组成部分为光源以及衍射光学元件(DOE)。衍射光学元件(DOE)具有对光束进行调制的作用,比如将入射的光束进行分束以产生特定结构化图案的出射光束。一种典型的方案是通过激光发射器发射出单光束后经准直透镜以及衍射光学元件从而向外发射出激光斑点图案,该斑点图案被相应的相机采集后用来计算物体的深度图像。
[0003]
激光斑点图案的强度、分布等因素会影响到深度图像的计算精度。强度越高会提高图案的对比度从而提高计算精度,然而衍射光学元件的零级衍射问题要求强度不能过高以避免发生激光安全问题,专利文献CN2008801199119中提出了利用双片DOE来解决零级衍射问题。激光斑点图案的分布密度以及不相关度也会影响到计算精度,斑点图案的不相关度可以通过对DOE进行设计以投影出不规则斑点图案来提高其不相关度。对于斑点图案的分布密度而言,密度的大小会影响到计算精度以及分辨率,更为重要的是,密度分布是否均匀将直接影响到整个视场中各个点的深度计算是否具有较为统一的精度,对于密度分布不均匀的斑点图案而言,在被空间中三维物体进一步调制后其分布不均匀程度将为加剧,导致最终的深度计算精度下降。
[0004]
传统的边发射光源尽管能提供足够的光功率,但由于其发散角大、体积大、功耗高等特点,难以被应用到微型结构光投影模组中,而垂直腔面激光发射器(VCSEL)由于其体积小、发散角小、功耗低等特点将成为微型结构光投影模组中光源的主要选择。一般地,采用由多个VCSEL组成的VCSEL 阵列芯片作为光源,其通过DOE扩散投影至目标空间以形成结构光图案,比如斑点图案,要求斑点图案具备随机性(不相关性),同时尽可能的分布均匀,即斑点密度分布均匀以提高深度图像的计算精度。
[0005]
导致斑点图案密度分布不均的原因有多种,一种是由于DOE自身衍射性质决定,即随着其衍射角度的增大(或者说衍射级的增加),光斑的分布密度会逐渐降低;另一种是当光源由多个子光源组成时,DOE在将多个子光源进行同步衍射时,各个子光源所形成的子斑点图案共同排列容易导致密度分布不均。
[0006]
采用VCSEL阵列芯片虽然有诸多好处,但不利之处在于,结构光投影模组投影出的斑点图案可以看成是每个VCSEL所投影的子斑点图案组合而成,组合的形式由VCSEL阵列芯片上各个子光源的排列方式决定,因此将VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案都设计成随机排列即能保证最终的斑点图案具备不相关性。然而,要想提高计算精度,即保证斑点密度分布均匀这方面而言,VCSEL阵列芯片的排列以及子斑点图案的随机性都会降低最终投影的斑点图案的均匀性。
[0007]
因此,如何即能保证斑点图案具备高度不相关性,同时保证斑点密度分布尽可能均匀是目前微型结构光投影模组设计所面临的问题。
[0008]
发明内容
[0009]
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足,提供一种衍射光学元件及使用该衍射光学元件以配制结构光投影模组的方法。
[0010]
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0011]
一种衍射光学元件,用于结构光投影模组,所述结构光投影模组包括:
[0012]
光源,包括布置成二维阵列的多个子光源,用于发射与所述二维阵列一致的二维图案光束;
[0013]
衍射光学元件,接收所述二维图案化光束,并生成多级衍射光束;
[0014]
所述衍射光学元件经配置以投射出多个彼此不相重叠的二维图案化光束,每个二维图案化光束对应产生一个复制图案,多个不相重叠的所述复制图案组成密度分布均匀的斑点图案。
[0015]
进一步地:
[0016]
相邻的所述二维图案化光束之间的间隔近似等于所述二维图案光束中的子光束之间的平均间距。
[0017]
所述衍射光学元件经配置以使所述复制图案满足下式:
[0018]
M∈[(1-Δ 1)(s+n)D/d,(1+Δ 2)(s+n)D/d]
[0019]
其中M为相邻的所述复制图案中由同一子光源生成的衍射斑点之间的平均间距,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离,s为所述多个子光源形成的区域尺寸,n为相邻子光源之间的平均间距,Δ 1和Δ 2为设定的误差百分值。
[0020]
所述二维阵列和所述斑点图案为不规则排列,Δ 1和Δ 2等于20%。
[0021]
一种衍射光学元件,用于结构光投影模组,所述结构光投影模组包括:
[0022]
光源,包括布置成二维阵列的多个子光源,用于发射与所述二维阵列一致的二维图案光束;
[0023]
衍射光学元件,接收所述二维图案化光束,并生成多级衍射光束;
[0024]
所述衍射光学元件经配置以投射出多个彼此相重叠的二维图案化光束,每个二维图案化光束对应产生一个复制图案,多个相重叠的所述复制图案组成密度分布均匀的斑点图案。
[0025]
进一步地:
[0026]
相邻的所述二维图案光束的中心之间的间距近似等于所述二维图案光束沿中心连线方向的尺寸的1/k倍再增加或减少子光源的平均间距的D/d倍,其中k为大于1的正整数,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离。
[0027]
所述衍射光学元件经配置以使重叠区域内的复制图案满足下式:
[0028]
M∈[(1-Δ 1)(s/k±n)D/d,(1+Δ 2)(s/k±n)D/d]
[0029]
其中M为相邻的所述复制图案中由同一子光源生成的衍射斑点之间的平均间距,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离,s为所述多个子光源形成的区域尺寸,n为相邻子光源之间的平均间距,Δ 1和Δ 2为设定的误差百分值,k为大于1的正整数。
[0030]
所述二维阵列和所述斑点图案为不规则排列,优选地,Δ 1和Δ 2为20%。
[0031]
一种使用所述的衍射光学元件以配制结构光投影模组的方法。
[0032]
本发明的有益效果:
[0033]
本发明提供了一种衍射光学元件和使用所述的衍射光学元件以配制 结构光投影模组的方法,按照本发明的设定条件,在已给定的阵列光源排列间隔的基础上对DOE进行设置,能够投影出密度分布均匀的组合斑点图案。与已有技术相比,本发明所投影出的斑点图案分布不仅可以满足不相关性,而且密度分布均匀,基于该结构光投影模组的深度相机可以实现高精度的三维测量。

附图说明

[0034]
图1是基于结构光技术的深度相机的原理图。
[0035]
图2是单光束经由DOE后形成斑点图案的示意图。
[0036]
图3是根据本发明一个实施例的结构光投影模组的示意图,复制图案361、362以及363之间没有重叠。
[0037]
图4是根据本发明一个实施例的结构光投影模组的示意图,复制图案461、462以及463之间有重叠。
[0038]
图5是根据本发明一个实施例的结构光投影模组的示意图,透镜51为微透镜阵列。
[0039]
图6是复制图案示意图,一个复制图案由多个子光源对应的相同衍射级数的光斑构成。
[0040]
图7是由单束光入射到DOE后在距离为D的平面上形成的斑点图案,不同斑点代表不同的衍射级数。
[0041]
图8是将对应不同衍射级数的复制图案的中心与图7中的各个斑点重合,由此形成最终斑点图案的示意图。
[0042]
图9是邻近复制图案恰好重叠的情形,即邻近复制图案相连的情形的示意图。
[0043]
图10是邻近复制图案之间存在重叠的情形,M=S/2时的示意图(为方便示意,未在图中画出斑点)。
[0044]
图11是邻近复制图案之间存在重叠的情形,M=S/3时的示意图(为方便示意,未在图中画出斑点)。
[0045]
图12所示的是图10所示的实施例的具体斑点图案。
[0046]
图13所示在图12的基础上上改变间距M,使M=S/2±N的情形。

具体实施方式

[0047]
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0048]
图1是基于结构光技术的深度相机的原理图。深度相机包括结构光投影模组11以及采集模组12,结构光投影模组用于向空间投影区域A中投 影结构光图案,采集模组用于采集其采集区域B内物体上的结构光图像,一般投影区域A不低于采集区域B,由此来保证采集模组对应的采集区域中的物体都能被结构光图案所覆盖。另外,深度相机还包括有处理器,用于接收由采集模组采集到的结构光图像,并对其进行深度计算以获取深度图像。
[0049]
在一个实施例中,结构光投影模组用于投影红外斑点图案,采集模组为对应的红外相机,处理器为专用的SOC芯片。当深度相机作为嵌入式装置集成到其他计算终端时,如电脑、平板、手机、电视等,上面所述的处理器所实现的功能可以由终端内的处理器或应用来完成,比如将深度计算功能以软件模块形式存储在存储器中,被终端内的处理器调用从而实现深度计算。
[0050]
结构光投影模组主要由VCSEL阵列芯片、透镜以及DOE组成,光源芯片被透镜汇聚后经由DOE调制后,向空间中发射结构光图案,比如斑点图案。图2所示的是单光束经由DOE后形成斑点图案的示意图。光束21垂直入射到DOE22上,经衍射后向距离为D的平面上投射出斑点图案24,令DOE所在的平面为xoy平面,光轴所在方向为z向。斑点图案所形成的区域为23,该区域指的是可以包含所有斑点24的最小矩形区域23,矩形区域23的相邻边分别平行于x、y轴,每条边上至少有一个斑点,一般地,该斑点的衍射级数是沿着该方向的最高级数。以光轴所在的z轴为起点,分别与矩形区域四条边所成的夹角为θ xa、θ xb、θ ya、θ yb,以光轴为中心,这四个夹角可以用来表示DOE22的衍射发散角度,也定义了光束21通过DOE22后的衍射斑点图案区域23的角度范围。
[0051]
斑点区域24内的各个斑点24的位置由衍射方程确定:
[0052]
sinθ x=m xλ/P x (1)
[0053]
sinθ y=m xλ/P y (2)
[0054]
上述方程中,θ x、θ y分别指沿x、y方向上的衍射角度,m x、m x分别指沿x、y方向上的衍射级数,λ指光束21的波长,P x、P y分别指DOE22沿x、y方向上的周期,即基本单元的尺寸。
[0055]
斑点图案24的排列方式取决于DOE各个衍射级光束的衍射角度,而衍射角度则由DOE本身的性能决定。
[0056]
图2所示的是当光束垂直入射到DOE的情形,可以理解的是当光束以一 定的角度入射时,衍射区域23会相对垂直入射时有所偏移;此外,当单光源用多个子光源取代时,如采用VCSEL阵列芯片时,所形成的衍射区域可以看成是由各个单光束所形成的子衍射区域的组合。
[0057]
图3是根据本发明一个实施例的结构光投影模组的示意图。结构光投影模组包括由多个光源组成的阵列31(比如VCSEL阵列芯片)、透镜32以及DOE33。为了以示便利,在图中仅在一维x方向上画出了3个子光源(从图中自下向上分别为311、312、313,编号未在图中示出),在实际的实施例中,光源数量可以达到几十甚至上万个,光源也可以以二维排列,排列形式可以为规则,也可以不规则,在以下的说明中,仅说明一维规则排列的情形,其他情形也适用于以下的说明。
[0058]
光源31阵列发射出的光束可以形成与光源排列一致的图案化光束,该图案化光束经透镜32汇聚后入射到DOE33上,由DOE33向空间中距离为D的平面上投影出斑点图案。子光源31的间距为n x,子光源所在的区域大小为s x,若为二维排列,则间距可以用n(n x,n y)来表示,同样地,子光源所在区域大小为s(s x,s y),光源31与DOE33之间的距离为d,在一些实施例中,d近似等于透镜32的焦距。
[0059]
透镜32可以是单透镜,也可以多个透镜组成的透镜组合,在一些实施例中用于准直光源31所发射的光束。
[0060]
由于各个子光源是非相关光源,相互之间干涉效应可以忽略,因此子光源311、312、313发射的光束经DOE33后分别形成了子斑点图案351、352以及353(图中以椭圆形虚线表示),最终的斑点图案则由子斑点图案351、352以及353组合而成,在图3所示的实施例中,由于DOE33的衍射发散角较大,因此各个子斑点图案之间相互重叠,在一些实施例中,可以设置DOE33的衍射发散角来调整重叠程度,在图4所示的实施例中,各个子斑点图案451、452、453之间没有重叠。
[0061]
在图3中,各个子斑点图案分别由3个斑点组成(仅作示意作用,实际可以有任意数量的斑点,且可以是二维分布),分别对应-1、0、1级衍射光束。对于光栅衍射,当光源沿与光栅平面平行的方向移动时,其衍射光束也会随之移动,即光斑随之移动,且有如下关系:
[0062]
T=tD/d (3)
[0063]
式中,t、T分别表示光源与衍射光斑的平移量。因此,某个子光源所形成 的斑点图案可以看成是其他子光源经平移后形成的斑点图案,两个子斑点图案中对应级数的衍射光斑间的距离与这两个子光源的距离之间的关系由上式决定。
[0064]
因此,多个子光源对应的相同衍射级数的光斑共同组成的区域(361、362以及363,图中以矩形虚线表示)的大小、区域内斑点的间距均可以通过上式计算出:
[0065]
N x=n xD/d (4)
[0066]
S x=s xD/d (5)
[0067]
式中,s x、N x分别表示相同级数光斑组成的区域大小以及区域中斑点的间距。通过以上公式可知,该区域大小以及区域内斑点间距与光源31的大小及子光源的间距之间的关系与透镜针孔成像模型一致,因此,可以将区域361、362以及363看成是光源31所成的像。即,最终投影出的衍射光束是由多个复制的光源发射的图案化光束组合而成,换句话说,最终在平面34上形成的斑点图案,是由多个复制的光源排列图案组合而成。在图3中,复制图案361、362以及363之间没有重叠。而在一些实施例中,复制图案之间可以有重叠,比如图4所示的实施例中,复制图案461、462以及463之间有重叠。复制图案之间是否重叠的取决要素之一是相邻级数的衍射斑点之间的间距M x,这一距离则由DOE本身的性能决定。
[0068]
在图3、图4所示的实施例中,光源分布在透镜光轴附近,因此,远离光轴的子光源经透镜汇聚后其光束中心将不再与光轴平行。这一偏离将会使得远离光轴的复制图案发生畸变,使得整体斑点图案密度不均匀。因此,一方面可以通过让光源的尺寸变小来尽可能消除这种不均匀现象,另一方面也可以通过改变透镜形式,比如图5所示的实施例中,透镜51为微透镜阵列,由此也可以减小复制图案的畸变现象。需要注意的是,图5所示的实施例中虽然畸变变小,但其整体的衍射角度相比图3、4中实施例的衍射角度而言也会变小。
[0069]
除了上述畸变会影响密度分布之外,更为重要的影响因素是光源的排列间距以及DOE的性能(不同衍射级斑点之间的间距),二者之间只有满足一定的相互约束条件才能使得最终的斑点图案密度分布均匀。以下将进行详细说明。
[0070]
根据前面对图3所示实施例的分析可知,结构光投影模组所投影出的斑 点图案即可以看成是由多个子光源分别衍射所形成的子斑点图案组合而成,也可以看成是由多个光源排列图案的复制图案组合而成。在以下的说明中,本发明将采取后者来进行阐述。
[0071]
依旧选取远离DOE距离为D的平面以及规则排列的二维光源来进行说明。光源阵列的大小为s(s x,s y),子光源的间距为n(n x,n y),因此在距离为D的平面上形成的复制图案大小为S(S x,S y),图案中斑点间距为N(N x,N y),如图6所示,并有以下关系:
[0072]
N=nD/d (6)
[0073]
s=sD/d (7)
[0074]
在距离为D的平面上最终形成的斑点图案是由多个复制图案按一定的间距排列而成,这里的间距指的是DOE衍射后不同衍射级斑点之间的间距,因此斑点图案的密度分布则由复制图案的斑点分布以及间距决定。图6所示的是复制图案示意图,尺寸大小为S(S x,S y),图案中斑点间距为N(N x,N y);图7所示的是由单束光入射到DOE后在距离为D的平面上形成的斑点图案,不同斑点代表不同的衍射级数,相邻衍射级数的间距为M(M x,M y)。结构光投影模组最终形成的斑点图案则可以看成是由图6所示的复制图案按照图7所示的排列形式进行组合,一种组合方式即是将复制图案的中心与图7中各个斑点重合,由此形成最终的斑点图案,如图8所示的组合示意图。
[0075]
图8所示的投影模组所形成的斑点图案中,M>S,((M x>S x)&(M y>S y)),邻近的复制图案之间不重叠,存在间距G(G x,G y)=M-S,可以理解的是,间距G的大小决定了斑点图案的密度分布,当G(G x,G y)=N(N x,N y)时,即邻近复制图案的间距与复制图案中斑点间距相同时,密度分布最为均匀,并且组合的斑点图案密度与复制图案的密度相同,此时有:
[0076]
M-S=N (8)
[0077]
现在考虑邻近复制图案恰好重叠的情形,即邻近复制图案相连的情形,此时M=S,组合形成的斑点图案如图9所示,可以明显看出,在复制图案相邻的部位,斑点几乎重合,由此这里的理想情形,实际上有误差存在,导致在相邻的部位斑点的密度明显增大,整体密度分布不均匀。
[0078]
第三种情形是邻近复制图案之间存在重叠的情形,此时M<S。图10 所示是当M=S/2时,组合后的图案示意图,为方便示意,未在图中画出斑点。从图10中可以看出,阴影区域的密度由于相互重叠导致该区域内的斑点密度比复制图案密度大。由于M=S/2,因此阴影区域中的各个小区域101(面积为复制图案的1/4)都是由4个邻近的复制图案重叠而成(由于所有的复制图案相同,每个小区域的斑点图案即是由复制图案中的四个象限的区域组合而成),其密度约等于复制图案密度的4倍。从图10中可以看出,在边缘区域的密度要明显低于重叠区域,一般地,仅将重叠区域部分作为有效投影区域。
[0079]
图11是当M=S/3时的情形,可以看出,重叠区域中的每个小区域面积为复制图案面积的1/9,每个小区域内的斑点图案是由9个复制图案中的不同部分叠加而成,小区域密度约等于复制图案密度的9倍。
[0080]
同样的,可以推导出,当M=S/k时,其中k=(k x·k y),且k x,k y=2,3,4,…,在重叠部分的有效投影区域中密度约为复制图案的k x·k y倍。可以理解的是,图10与图11所示的实施例中k x=k y,在其他实施例中也可以取不同的数值。
[0081]
图12所示的是图10表示的实施例的具体斑点图案,从图中可以看出,在重叠区域的各个小区域的边界出斑点密度相对较大,导致分布不均匀。为了使得密度均匀,可以将间距M增大或减小N即可,即M=S/2±N,图13所示的是M=S/2+N的情形,可以看出在重叠区域(投影有效区域)内斑点密度分布达到均匀。对于K取其它值时,密度达到均匀的条件是:
[0082]
M=S/K±N (9)
[0083]
注意这里的除号代表的是将S向量与K向量中各个元素分别对应相除。
[0084]
当K取非整数时,从图10或图11可以分析出,所形成的小区域之间会出现一些间隔区域,且这些间隔区域与小区域之间密度有明显的差异,导致密度分布不均匀。
[0085]
根据以上分析可知,当复制图案之间有间隔时满足公式(8)即可实现密度均匀分布,当复制图案之间相互重叠时满足公式(9)可实现密度均匀分布。
[0086]
将公式(6)与(7)代入公式(8)与(9)可得:
[0087]
M=(s+n)D/d (10)
[0088]
M=(s/k±n)D/d,k=2,3,4… (11)
[0089]
公式(10)与(11)给出了产生密度分布均匀的斑点图案所要求光源尺寸 以及间距与DOE的性能之间的关系。因此,在进行光源及DOE的设计时,满足公式(10)、(11)即可以让结构光投影模组产生密度分布均匀的斑点图案。
[0090]
以上的阐述中,光源的排列以及DOE衍射后的图案排列都是以规则排列为例进行说明,由于随机性(不相关性)是斑点图案的另一基本要求,一般为了达到这一要求,光源的排列以及DOE衍射图案的排列均为不规则排列形式。
[0091]
尽管如此,以上对规则排列进行的分析同样适用于不规则排列,这是因为不规则排列可以看成是规则排列通过一定的算法进行变换得到的。假如用R表示规则排列,用I表示不规则排列,用f表示变换算法,则有:
[0092]
I=f·R (12)
[0093]
为了满足结构光投影模组能够投影出密度分布均匀且斑点分布不相关的斑点图案,在对光源排列以及DOE进行设计时,可以先按照规则排列进行设计,再通过一定的随机变化算法将规则排列变换为不规则排列。
[0094]
对于不规则光源排列、DOE对单光束衍射后的子斑点图案排列而言,当排列均为不规则排列时,其间隔一般表示为平均间隔,即前文中的n、N、M均表示平均间隔,该平均间隔可以表示所有间隔的平均,也可以用总面积与光源或斑点数量之间的比值来表示。由于随机性,当这些间隔用平均间隔来表示时,上述的公式将不会严格意义上成立,因此在对光源和DOE进行设计时,只要近似满足公式(10)与(11)即可,即公式中的等号换成约等于即可。也可以设置一定的误差范围,比如±20%,即公式(10)、(11)只要满足下式即可:
[0095]
M∈[0.8(s+n)D/d,1.2(s+n)D/d] (13)
[0096]
M∈[0.8(s/k±n)D/d,1.2(s/k±n)D/d],k=2,3 (14)
[0097]
在给定光源阵列排列的情况下,按此条件设置DOE,可以解决投影图案分布密度不均匀的问题。
[0098]
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

权利要求书

[权利要求 1]
一种衍射光学元件,用于结构光投影模组,所述结构光投影模组包括: 光源,包括布置成二维阵列的多个子光源,用于发射与所述二维阵列一致的二维图案光束; 衍射光学元件,接收所述二维图案化光束,并生成多级衍射光束; 其特征在于: 所述衍射光学元件经配置以投射出多个彼此不相重叠的二维图案化光束,每个二维图案化光束对应产生一个复制图案,多个不相重叠的所述复制图案组成密度分布均匀的斑点图案。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的衍射光学元件,其特征在于,相邻的所述二维图案化光束之间的间隔近似等于所述二维图案光束中的子光束之间的平均间距。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的衍射光学元件,其特征在于,所述衍射光学元件经配置以使所述复制图案满足下式: M∈[(1-Δ 1)(s+n)D/d,(1+Δ 2)(s+n)D/d] 其中M为相邻的所述复制图案中由同一子光源生成的衍射斑点之间的平均间距,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离,s为所述多个子光源形成的区域尺寸,n为相邻子光源之间的平均间距,Δ 1和Δ 2为设定的误差百分值。
[权利要求 4]
如权利要求3所述的衍射光学元件,其特征在于,所述二维阵列和所述斑点图案为不规则排列,Δ 1和Δ 2等于20%。
[权利要求 5]
一种衍射光学元件,用于结构光投影模组,所述结构光投影模组包括: 光源,包括布置成二维阵列的多个子光源,用于发射与所述二维阵列 一致的二维图案光束; 衍射光学元件,接收所述二维图案化光束,并生成多级衍射光束; 其特征在于: 所述衍射光学元件经配置以投射出多个彼此相重叠的二维图案化光束,每个二维图案化光束对应产生一个复制图案,多个相重叠的所述复制图案组成密度分布均匀的斑点图案。
[权利要求 6]
如权利要求5所述的衍射光学元件,其特征在于,相邻的所述二维图案光束的中心之间的间距近似等于所述二维图案光束沿中心连线方向的尺寸的1/k倍再增加或减少子光源的平均间距的D/d倍,其中k为大于1的正整数,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离。
[权利要求 7]
如权利要求5所述的衍射光学元件,其特征在于,所述衍射光学元件经配置以使重叠区域内的复制图案满足下式: M∈[(1-Δ 1)(s/k±n)D/d,(1+Δ 2)(s/k±n)D/d] 其中M为相邻的所述复制图案中由同一子光源生成的衍射斑点之间的平均间距,D为所述衍射光学元件与投影面之间的距离,d为所述光源与所述衍射光学元件之间的距离,s为所述多个子光源形成的区域尺寸,n为相邻子光源之间的平均间距,Δ 1和Δ 2为设定的误差百分值,k为大于1的正整数。
[权利要求 8]
如权利要求7所述的衍射光学元件,其特征在于,所述二维阵列和所述斑点图案为不规则排列。
[权利要求 9]
如权利要求8所述的衍射光学元件,其特征在于,Δ 1和Δ 2为20%。
[权利要求 10]
一种使用如权利要求1至4任一项所述的衍射光学元件以配制结构光投影模组的方法。
[权利要求 11]
一种使用如权利要求5至9任一项所述的衍射光学元件以配制结构光投影模组的方法。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]  
[ 图 11]  
[ 图 12]  
[ 图 13]