本發(fā)明涉及3d測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)組件和一種包括該光學(xué)組件的3d測量設(shè)備。

背景技術(shù)：

一般的，當(dāng)前的3d測量設(shè)備越來越多的被應(yīng)用到電腦、手機、電視、機器人、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)品之中，以進行深度圖像捕捉，例如人臉識別、手勢識別、空間定位。

為了滿足這些苛刻的產(chǎn)品應(yīng)用，要求3d測量設(shè)備的體積越來越小，功耗也要求嚴(yán)格控制，并且由于產(chǎn)品的應(yīng)用場合范圍廣，產(chǎn)品對溫度的承受能力要求高。但是，傳統(tǒng)的3d測量設(shè)備無法滿足要求，尤其是該3d測量設(shè)備所采用的光學(xué)組件，其尺寸以及能耗較大，無法滿足這些苛刻的產(chǎn)品應(yīng)用。

因此，如何設(shè)計出一種新型結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件，以能夠降低產(chǎn)品尺寸以及能耗成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種光學(xué)組件和一種包括該光學(xué)組件的3d測量設(shè)備。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面，提供一種光學(xué)組件，所述光學(xué)組件適用于3d測量設(shè)備，所述光學(xué)組件包括光源單元、成像單元以及位于所述光源單元和所述成像單元之間的調(diào)整單元；所述光源單元包括多個光源，多個所述光源排列成多行多列，所述光源的出射光線垂直于所述光源單元出光側(cè)的表面；所述調(diào)整單元包括多個調(diào)整透鏡，每個所述調(diào)整透鏡對應(yīng)一個所述光源，所述調(diào)整透鏡能夠接收并調(diào)整與其所對應(yīng)的所述光源所發(fā)出的出射光線，以使的所述出射光線調(diào)整為平行光線，所述成像單元用于接收并復(fù)制所述平行光線，以形成預(yù)設(shè)光學(xué)圖像。

優(yōu)選地，所述調(diào)整單元還包括擴束器件，所述擴束器件位于所述調(diào)整透鏡的出光側(cè)以及所述成像單元的入光側(cè)之間，所述擴束器件能夠調(diào)節(jié)所述光學(xué)組件的視場角，且所述擴束器件還用于接收所述平行光線并對該平行光線進行準(zhǔn)直。

優(yōu)選地，所述擴束器件包括透鏡、透鏡組、菲涅爾透鏡以及具有等效焦距的二元光學(xué)器件中的一者。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡、所述成像單元以及所述擴束器件一體形成；或，

所述擴束器件和所述成像單元一體形成。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡以及所述光源單元之間滿足下述公式：

d＞l*tanθ；

其中，所述d為所述調(diào)整透鏡的直徑，所述l為調(diào)整透鏡到所述光源單元之間的距離，所述θ為光源單元的最大半發(fā)射角。

優(yōu)選地，所述光源為激光光源，且所述光源的直徑小于300um。

優(yōu)選地，所述光源單元還包括襯底以及形成在所述襯底表面的所述多個光源。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡與其所對應(yīng)的所述光源相對設(shè)置，且所述調(diào)整透鏡的光軸與其所對應(yīng)的所述光源的發(fā)光軸同軸。

優(yōu)選地，所述成像單元包括調(diào)制光學(xué)器件，所述調(diào)制光學(xué)器件包括基底以及形成在所述基底上的微結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的第二方面，提供了一種3d測量設(shè)備，所述3d測量設(shè)備包括光學(xué)組件，所述光學(xué)組件用于為所述3d測量設(shè)備提供3d測量所需的結(jié)構(gòu)光，所述光學(xué)組件包括前文記載的所述光學(xué)組件。

本發(fā)明的光學(xué)組件，所述光源排列成多行多列，且出射光線均與該光源單元的出光側(cè)的表面垂直，該出射光線經(jīng)過所述調(diào)整透鏡收光可以減小所述光源單元的發(fā)射角，得到平行光線，并最終經(jīng)過成像單元的處理得到需要的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像。因此，本發(fā)明的光學(xué)組件，可以使得其結(jié)構(gòu)緊湊，降低整個光學(xué)組件的厚度，從而可以降低應(yīng)用該光學(xué)組件的3d測量設(shè)備的厚度，可以使得3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

本發(fā)明的3d測量設(shè)備，具有前文記載的光學(xué)組件，該光學(xué)組件的所述光源排列成多行多列，且出射光線均與該光源單元的出光側(cè)的表面垂直，該出射光線經(jīng)過所述調(diào)整透鏡收光可以減小所述光源單元的發(fā)射角，得到平行光線，并最終經(jīng)過成像單元的處理得到需要的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像。因此，本實施例結(jié)構(gòu)的3d測量設(shè)備，能夠降低其厚度，可以使得該3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明第一實施例中光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實施例中單束平行光入射到光學(xué)組件中成像單元所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像的一種效果圖；

圖3為本發(fā)明第三實施例中光學(xué)組件中的光源所發(fā)出的出射光線準(zhǔn)直入射到成像單元所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像的一種效果圖；

圖4為本發(fā)明第四實施例中光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第五實施例中平行光入射成像單元所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像的一種效果圖；

圖6為本發(fā)明第六實施例中光源單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明第七實施例中光學(xué)組件中的光源所發(fā)出的出射光線準(zhǔn)直入射到成像單元所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像的一種效果圖；

圖8為本發(fā)明第八實施例中光學(xué)組件所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像的一種效果圖。

附圖標(biāo)記說明

100：光學(xué)組件；

110：光源單元；

111：光源；

120：成像單元；

130：調(diào)整單元；

131：調(diào)整透鏡；

132：擴束器件；

140：預(yù)設(shè)光學(xué)圖像；

150：單束平行光；

200：目標(biāo)照明面。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

參考圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的第一方面，涉及一種光學(xué)組件100。該光學(xué)組件100適用于3d測量設(shè)備(圖中并未示出)。其中，所述光學(xué)組件100包括光源單元110、成像單元120以及位于所述光源單元110和所述成像單元120之間的調(diào)整單元130。

上述光源單元110包括多個光源111，且多個所述光源111排列成多行多列，優(yōu)選地，可以呈陣列排布。每個所述光源111所發(fā)出的出射光線均垂直于所述光源單元110出光側(cè)的表面。

上述調(diào)整單元130包括多個調(diào)整透鏡131，每個所述調(diào)整透鏡131對應(yīng)一個所述光源111，所述調(diào)整透鏡131能夠接收并調(diào)整與其所對應(yīng)的所述光源111所發(fā)出的出射光線，以使的所述出射光線調(diào)整為平行光線。

上述成像單元120用于接收并復(fù)制所述平行光線，以形成預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。

具體地，如圖1和圖3所示，其中圖3示意了光源單元110中的光源111隨機的一種排布方式，并且該光學(xué)組件100中的每個光源111的排布方式和實際需要照明光斑中的一小部分排布相同。多行多列排布的光源111發(fā)出出射光線，該出射光線入射到上述的調(diào)整透鏡131處，該調(diào)整透鏡131對所接收到的出射光線進行收光，以減小所述光源單元110的發(fā)射角，也就是說，使得該調(diào)整透鏡131出光側(cè)所形成的光線為平行光線，從而可以使得入射到所述成像單元120入光側(cè)的光線為平行光線，所述成像單元120對接收到的所述平行光線進行處理，以形成預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。

需要說明的是，對于光源111的具體結(jié)構(gòu)以及排布方式并沒有作出限定，例如，該光源111可以為能夠發(fā)出激光的光源，當(dāng)然，該光源111也可以為其他發(fā)光形式的光源結(jié)構(gòu)。該光源單元110中全部光源111的排布規(guī)律可以根據(jù)3d測量的實際需求進行設(shè)定。

進一步需要說明的是，對于預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140的具體結(jié)構(gòu)并沒有作出限定，在將該光學(xué)組件100應(yīng)用于3d測量設(shè)備時，可以根據(jù)所需要的結(jié)構(gòu)光進行定義該預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140，從而可以設(shè)計所需要的光源111的數(shù)量以及與調(diào)整透鏡131之間的位置關(guān)系等。

還需要說明的是，上述每個調(diào)整透鏡131對應(yīng)一個所述光源111，應(yīng)當(dāng)使得該調(diào)整透鏡131的有效區(qū)域尺寸，即該調(diào)整透鏡131能夠?qū)邮盏降墓饩€進行收光調(diào)整的區(qū)域尺寸應(yīng)當(dāng)大于或者略大于該調(diào)整透鏡131所對應(yīng)的所述光源111的尺寸。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，所述光源111排列成多行多列，且出射光線均與該光源單元110的出光側(cè)的表面垂直，該出射光線經(jīng)過所述調(diào)整透鏡131收光可以減小所述光源單元110的發(fā)射角，得到平行光線，并最終經(jīng)過成像單元120的處理得到需要的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。因此，本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，可以使得其結(jié)構(gòu)緊湊，降低整個光學(xué)組件100的厚度，從而可以降低應(yīng)用該光學(xué)組件的3d測量設(shè)備的厚度，可以使得3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

如圖1所示，優(yōu)選地，上述調(diào)整單元130還包括擴束器件132。其中，所述擴束器件132位于所述調(diào)整透鏡131的出光側(cè)以及所述成像單元120的入光側(cè)之間，所述擴束器件132能夠調(diào)節(jié)所述光學(xué)組件100的視場角，且所述擴束器件132還用于接收所述調(diào)整透鏡131所發(fā)出的平行光線并對該平行光線進行準(zhǔn)直，以使的入射到所述成像單元120的入光側(cè)上的光線為準(zhǔn)直光線，所述成像單元120接收該準(zhǔn)直光線并對所述準(zhǔn)直光線進行處理，以得到所述預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。

具體地，如圖1所示，上述光源111所發(fā)出的出射光線經(jīng)過調(diào)整透鏡131收光后，變成平行光線，該平行光線經(jīng)過所述擴束器件132處理以后，能夠改變所述光學(xué)組件100的視場角，同時，該擴束器件132對該平行光線進行準(zhǔn)直，使得平行光線變?yōu)闇?zhǔn)直光線，該準(zhǔn)直光線入射到所述成像單元120的入光側(cè)，通過所述成像單元120的處理形成預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。

更具體的，利用上述擴束器件132計算視場角時，該視場角滿足下述公式：

h＝f*tan(ψ)；(1)

其中，所述h為像高，f為擴束器件132的焦距，ψ為視場角。

在公式(1)中，通常情況下，像高h為已知量，所以，為了得到所需要的視場角ψ，只需要控制焦距f即可。

需要說明的是，對于擴束器件132的具體結(jié)構(gòu)并沒有作出限定。優(yōu)選地，例如，其可以是僅僅包括單個透鏡，也可以為多個透鏡組成的一個透鏡組，還可以是菲涅爾透鏡以及具有等效焦距的二元光學(xué)器件。當(dāng)然，該擴束器件132還可以是其他類型的透鏡結(jié)構(gòu)，其只要能夠滿足對光線進行擴束和準(zhǔn)直即可。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，設(shè)置有擴束器件132，配合上述的調(diào)整透鏡131，可以對光源111所發(fā)出的出射光線進行準(zhǔn)直?？梢允沟闷浣Y(jié)構(gòu)緊湊，降低整個光學(xué)組件100的厚度，從而可以降低應(yīng)用該光學(xué)組件100的3d測量設(shè)備的厚度，可以使得3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡131、所述成像單元120以及所述擴束器件132一體形成。

具體地，可以在調(diào)整透鏡131的出光側(cè)的表面上設(shè)置該擴束器件132，在擴束器件132的出光側(cè)的表面上設(shè)置所述成像單元120，以使得調(diào)整透鏡131、擴束器件132和成像單元120成為一個一體的結(jié)構(gòu)，即該整體的結(jié)構(gòu)具有對每個光源111所發(fā)出的出射光線進行準(zhǔn)直，同時，還可以進行復(fù)制或者擴束。

另外，也可以使得擴束器件132和所述成像單元120一體形成。

具體地，可以在擴束器件132的出光側(cè)的表面上設(shè)置該成像單元120，以使的擴束器件132和成像單元120成為一個一體的結(jié)構(gòu)，即該結(jié)構(gòu)可以同時具有復(fù)制和擴束功能。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，其中的調(diào)整透鏡131、擴束器件132和成像單元120成為一個一體的結(jié)構(gòu)或者擴束器件132和成像單元120成為一個一體的結(jié)構(gòu)，可以使得該光學(xué)組件100的結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低整個光學(xué)組件100的厚度，可以使得應(yīng)用該光學(xué)組件100的3d測量設(shè)備的整體厚度減小，使得該3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛，除此之外，該結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100還便于加工制造，從而可以降低該光學(xué)組件100的制造成本。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡131以及所述光源單元110之間滿足下述公式：

d＞l*tanθ；(2)

其中，所述d為所述調(diào)整透鏡131的直徑，所述l為調(diào)整透鏡131到所述光源單元110之間的距離，所述θ為光源單元110的最大半發(fā)射角。

優(yōu)選地，所述光源111為激光光源，也就是說，該光源單元110為陣列激光發(fā)射單元，其中，每個所述光源111的直徑均小于300um。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，其中的光源111為激光光源，即該光源單元110為陣列激光發(fā)射單元，該光源單元110可以采用脈沖發(fā)光，具有功耗小、發(fā)熱量低等優(yōu)點，因此，在應(yīng)用該光學(xué)組件100的3d測量設(shè)備中，能夠降低該3d測量設(shè)備的發(fā)熱，從而可以間接提高應(yīng)用該3d測量設(shè)備的產(chǎn)品的溫度承受能力。

其次，本實施例結(jié)構(gòu)的光源111的直徑小于300um，因此，可以進一步的降低該光學(xué)組件100整體的厚度，可以使得應(yīng)用該光學(xué)組件100的3d測量設(shè)備的高度減小，使得該3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

優(yōu)選地，所述光源單元110還包括襯底(圖中并未示出)以及形成在所述襯底表面的所述多個光源111。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，是上述光源單元110一種具體的結(jié)構(gòu)，其中的襯底可以是由半導(dǎo)體材料制作形成，全部的光源111集成在該襯底上?？梢允沟迷摻Y(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100更加簡單、緊湊。

優(yōu)選地，所述調(diào)整透鏡131與其所對應(yīng)的所述光源111相對設(shè)置，如圖1所示，調(diào)整透鏡131垂直設(shè)置于所述光源單元110的正上方。其中，所述調(diào)整透鏡131的光軸(圖中并未示出)與其所對應(yīng)的所述光源111的發(fā)光軸(圖中并未示出)同軸。也就是說，調(diào)整透鏡131的光軸與其所對應(yīng)的所述光源111的發(fā)光軸重合。

本實施例結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100，調(diào)整透鏡131與其所對應(yīng)的所述光源110相對設(shè)置，且調(diào)整透鏡131的光軸與光源111的發(fā)光軸重合，可以使得該結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件100更加緊湊，進一步地降低整個光學(xué)組件100的厚度。

優(yōu)選地，所述成像單元120包括調(diào)制光學(xué)器件，所述調(diào)制光學(xué)器件包括基底(圖中并未示出)以及形成在所述基底上的微結(jié)構(gòu)(圖中并未示出)。

本實施例結(jié)構(gòu)光學(xué)組件100，其中的成像單元120包括調(diào)制光學(xué)器件，該調(diào)制光學(xué)器件是主要是對光進行調(diào)整調(diào)制，其主要為二元光學(xué)元器件，表面采用印刷或者蝕刻產(chǎn)生所述微結(jié)構(gòu)。該調(diào)制光學(xué)器件在該光學(xué)組件100中的主要作用為復(fù)制，即將入射到該調(diào)制光學(xué)器件的圖像復(fù)制為多個，以形成所需要的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。

下面對該光學(xué)組件100所形成的不同預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140進行詳細說明：

其中一個實施方式中，如圖1和圖4所示，出射光線通過調(diào)整透鏡131以及擴束器件132以后每一束出射光線自身均已為平行光線，不同光束之間具有不同的夾角。

如圖2所示，該圖為單束平行光150入射到所述成像單元120的示意圖，其中的成像單元120所起的作用為對入射到該成像單元120的入光側(cè)的單束平行光150進行復(fù)制。如圖2所示，單束平行光150入射到成像單元120的入光側(cè)，此光束被復(fù)制為3*3個光束，在目標(biāo)照明面200上形成了3*3個光斑點。

當(dāng)入射到所述成像單元120的入光側(cè)上的光束為與光源111排序順序相同的光束，且該光束均為平行光，且沒有經(jīng)過擴束器件132進行擴束，那么此時的光斑情況如圖3所示。圖中示意了光源111排布的一種具體方式，目標(biāo)照明面200上為經(jīng)過成像單元120復(fù)制后所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140的情況。圖中為了描述簡單，沒有考慮到光斑由于離軸造成的圖像變形。實際中光斑數(shù)量可以為n*m個，n，m為任意大于等于1的整數(shù)，并且間隔分布可以為任意數(shù)值。

由圖3中的目標(biāo)照明面200中所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140可以看到，此時光斑是分離的。

在圖3的基礎(chǔ)上，此時加入擴束器件132，如圖4所示，使得目標(biāo)照明面200上所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140中每一個光斑的視場角變大，并且恰好相連，如圖4所示。在圖4中，光源單元110中的光源111為隨機排布。

在另一個具體實施方式中，其中的成像單元120所采用的調(diào)制光學(xué)器件所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140如圖5所示，在圖5中，經(jīng)過準(zhǔn)直的單束平行光150入射到到成像單元120的入光側(cè)，在目標(biāo)照明平面200上所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140中的光斑為隨機排布，排布的光斑可以根據(jù)照明所需要的點分布情況設(shè)計產(chǎn)生。

如圖6所示，為該實施例中的光源單元110中的光源111的一種排布方式，其排列為3行3列，但是實際應(yīng)用中，光源所排布的方式可以為多行多列，如n*m，其中n，m為任意大于等于1的整數(shù)，并且間隔分布可以為任意數(shù)值。

如圖7所示，該圖示意了光源111所發(fā)出的出射光線被準(zhǔn)直后形成的單束平行光150入射到成像單元120的入光側(cè)后在目標(biāo)照明面200上所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像。

由圖6可以看出，此時光源111之間是分離的，在該圖基礎(chǔ)之上，如圖8所示，此時加入擴束器件132，使得目標(biāo)照明面200中的所形成的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140的每一個光斑的視場角變大，并且恰好相連，如圖8所示。

本發(fā)明的第二方面，提供了一種3d測量設(shè)備，所述3d測量設(shè)備包括光學(xué)組件100，所述光學(xué)組件100用于為所述3d測量設(shè)備提供3d測量所需的結(jié)構(gòu)光，所述光學(xué)組件100包括前文記載的所述光學(xué)組件100。

本實施例結(jié)構(gòu)的3d測量設(shè)備，具有前文記載的光學(xué)組件100，該光學(xué)組件100的所述光源111排列成多行多列，且出射光線均與該光源單元110的出光側(cè)的表面垂直，該出射光線經(jīng)過所述調(diào)整透鏡131收光可以減小所述光源單元110的發(fā)射角，得到平行光線，并最終經(jīng)過成像單元120的處理得到需要的預(yù)設(shè)光學(xué)圖像140。因此，本實施例結(jié)構(gòu)的3d測量設(shè)備，能夠降低其厚度，可以使得該3d測量設(shè)備的應(yīng)用范圍更加廣泛。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。