CN108051929A - 三维信息检测用结构光场光学系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维信息检测用结构光场光学系统及其方法。通过设置激光器照射光源、一个衍射光学元件和反射镜系统；所述激光器照射光源发出的激光光源通过所述反射镜系统反射至所述衍射光学元件；所述反射镜系统，包括一片或多片平面镜；所述衍射光学元件，用于将入射激光光源作为照明光场并生成所需光场分布的结构光场。只使用简单几个光学元件，即可实现复杂光学系统的功能，采用反射镜系统能够有效减少系统厚度。本发明的光学技术具备光学结构精炼、机械调节系统简单、光学效率极高、尺寸微型化、成本低廉、易操作等多项优点，其微型结构所实现的三维信息检测结构光场系统处于迫切的需求状态。

Description

三维信息检测用结构光场光学系统及其方法

技术领域

本申请涉及光学领域，具体而言，涉及一种三维信息检测用结构光场光学系统及其方法。

背景技术

现代手机、平板电脑、智能手表等移动设备、电子消费品发展迅速，各光电产品领域对外界环境的三维信息检测以及应用越来越广泛，例如对于人脸的3D检测用于设备解锁，对于环境三维信息检测用于IOT或者AR/VR应用。上述应用领域的技术产品都需要使用高精度、高分辨率以及小尺寸、高集成度的三维检测用结构光光学系统。

基于掩膜遮挡以及微型投影光学系统技术的发展，可以实现三维信息检测用结构光场光学系统，但该光学系统应用于移动设备、电子消费品，需要进一步降低光强使用效率，缩小系统的尺寸，尤其是高度方向的尺寸，以便于提高集成度，但是集成度变高之后，会造成机械调节不便、光学效率低，制造成本变高等问题。

针对相关技术中存在的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种三维信息检测用结构光场光学系统及其方法，以解决相关技术中存在的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种三维信息检测用结构光场光学系统。

根据本申请的一种三维信息检测用结构光场光学系统包括：

激光器照射光源、一个衍射光学元件和反射镜系统；所述激光器照射光源发出的激光光源通过所述反射镜系统反射至所述衍射光学元件；

所述反射镜系统，包括一片或多片平面镜；

所述衍射光学元件，用于将入射激光光源作为照明光场并生成所需光场分布的结构光场。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源发出的激光光源通过反射镜系统反射后垂直射入所述衍射光学元件。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，在所述激光器照射光源发出的激光波前为平面波激光光源时，还包括：透镜系统；所述透镜系统用于使所述平面波激光光源在穿过所述透镜系统后生成以球面波激光光源进行传播的照明光场。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述衍射光学元件为满足菲涅尔衍射的光学元件或者满足夫琅禾费衍射的光学元件。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述透镜系统为一片或多片曲面镜。

进一步的，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源与衍射光学元件均为固定设置，所述反射镜系统为可移动设置。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种生成三维信息检测用结构光场的方法。

根据本申请的生成三维信息检测用结构光场的方法包括：

通过激光器照射光源发射出激光光源，并使所述激光光源照射反射镜系统；

所述激光光源通过所述反射镜系统反射，照射在衍射光学元件上；

所述特定光场在照射在所述衍射光学元件上后生成三维信息检测用结构光场。

进一步的，如前述的生成三维信息检测用结构光场的方法，所述激光器照射光源发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。

进一步的，如前述的生成三维信息检测用结构光场的方法，在所述步骤所述激光光束通过所述反射镜系统反射，照射在衍射光学元件上，还包括：

在所述激光器照射光源发出的所述激光波前为平面波激光光源时，所述激光光源通过透镜系统进行光场波前调节，生成特定照明光场。

在本申请实施例中，采用只通过调节反射镜系统的位置，实现衍射光学元件表面光场参数的调节的方式，通过设置激光器照射光源、一个衍射光学元件和反射镜系统；所述激光器照射光源发出的激光光源通过所述反射镜系统反射至所述衍射光学元件；所述反射镜系统，包括一片或多片平面镜；所述衍射光学元件，用于将入射激光光源作为照明光场并生成所需光场分布的结构光场。只使用简单几个光学元件，即可实现复杂光学系统的功能，采用反射镜系统能够有效减少系统厚度。本发明的光学技术具备光学结构精炼、机械调节系统简单、光学效率极高、尺寸微型化、成本低廉、易操作等多项优点，其微型结构所实现的三维信息检测结构光场系统处于迫切的需求状态。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是一种实施例中激光器照射光源经过单片反射镜照射在衍射光学元件上的光学系统结构示意图；

图2是一种实施例中激光器照射光源经过由2片反射镜和透镜形成的光学系统结构示意图；

图3是激光器照射光源经过单片反射镜和单片透镜照射在衍射光学元件上的光学系统的一种实施例的结构示意图；

图4是激光器照射光源经过单片反射镜和单片透镜照射在衍射光学元件上的光学系统的又一种实施例的结构示意图；以及

图5是本发明一种实施例中生成三维信息检测用结构光场的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图2所示，一种三维信息检测用结构光场光学系统，包括：激光器照射光源1、一个衍射光学元件2和反射镜系统3；所述激光器照射光源1发出的激光光源通过所述反射镜系统2反射至所述衍射光学元件3；

所述反射镜系统2，包括一片或多片平面镜；

所述衍射光学元件3，用于将入射激光光源作为照明光场并生成所需光场分布的结构光场；一般的，所述的衍射光学元件，是针对光学系统三维信息检测使用需要，预先设计出原始光场分布；并在所述激光器照射光源1的光场通过反射镜系统2的处理后，照射在衍射光学元件3上，通过衍射光学元件3实现三维信息检测所需的结构光场。

本实施例改变了相关技术中通过调节激光器照射光源的位置，激光器照射光源与反射镜系统配合调节，从而调节照射在衍射光学元件上的光场波前的结构特征。衍射光学元件3和激光器照射光源1的位置可以完全确定且固定，只通过调节反射镜系统2的位置，实现衍射光学元件3表面光场参数的调节，即可实现所需光场的实现。该发明设计完全实现了三维信息检测用结构光场的简易、高精度调节方式，并且该光学系统的尺寸紧凑，高度尺寸很小，组装集成度高，是一种提升了光学系统的功能、缩小光学系统尺寸以及低成本的简单光学结构设计。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源1发出的激光光源通过反射镜系统2反射后垂直射入所述衍射光学元件3。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源1发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。所述激光波前为球面波激光光源时有一定的发散或者汇聚角度。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，在所述激光器照射光源1发出的激光波前为平面波激光光源，即所述激光器照射光源1为经过准直的激光器时，还包括：透镜系统4；所述透镜系统4用于使所述平面波激光光源在穿过所述透镜系统4后生成以球面波激光光源进行传播的照明光场。图1表示激光器照射光源经过单片反射镜照射在衍射光学元件上；图2表示激光器照射光源经过由2片反射镜和透镜形成的光学系统，照射在衍射光学元件上；图3和图4表示激光器照射光源经过单片反射镜和单片透镜照射在衍射光学元件上。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述衍射光学元件3为满足菲涅尔衍射的光学元件或者满足夫琅禾费衍射的光学元件。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述透镜系统4为一片或多片曲面镜。

在一些实施例中，如前述的三维信息检测用结构光场光学系统，所述激光器照射光源1与衍射光学元件3均为固定设置，所述反射镜系统2为可移动设置。

如图5所示，本发明还提供一种生成三维信息检测用结构光场的方法，包括：

S1.通过激光器照射光源1发射出激光光源，并使所述激光光源照射反射镜系统2；

S2.所述激光光源通过所述反射镜系统2反射，照射在衍射光学元件3上；

S3.所述特定光场在照射在所述衍射光学元件3上后生成三维信息检测用结构光场。

在一些实施例中，如前述的生成三维信息检测用结构光场的方法，所述激光器照射光源1发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。

在一些实施例中，如前述的生成三维信息检测用结构光场的方法，在所述步骤所述激光光束通过所述反射镜系统2反射，照射在衍射光学元件3上，还包括：

在所述激光器照射光源1发出的激光波前为平面波激光光源时，所述激光光源通过透镜系统4进行光场波前调节，生成特定照明光场。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，包括：激光器照射光源、一个衍射光学元件和反射镜系统；所述激光器照射光源发出的激光光源通过所述反射镜系统反射至所述衍射光学元件；

所述反射镜系统，包括一片或多片平面镜；

所述衍射光学元件，用于将入射激光光源作为照明光场并生成所需光场分布的结构光场。

2.根据权利要求1所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，所述激光器照射光源发出的激光光源通过反射镜系统反射后垂直射入所述衍射光学元件。

3.根据权利要求1所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，所述激光器照射光源发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。

4.根据权利要求3所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，在所述激光器照射光源发出的激光波前为平面波激光光源时，还包括：透镜系统；所述透镜系统用于使所述平面波激光光源在穿过所述透镜系统后生成以球面波激光光源进行传播的照明光场。

5.根据权利要求1所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，所述衍射光学元件为满足菲涅尔衍射的光学元件或者满足夫琅禾费衍射的光学元件。

6.根据权利要求4所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，所述透镜系统为一片或多片曲面镜。

7.根据权利要求1所述的三维信息检测用结构光场光学系统，其特征在于，所述激光器照射光源与衍射光学元件均为固定设置，所述反射镜系统为可移动设置。

8.一种应用权利要求1所述系统生成三维信息检测用结构光场的方法，其特征在于，包括：

通过激光器照射光源发射出激光光源，并使所述激光光源照射反射镜系统；

所述激光光源通过所述反射镜系统反射，照射在衍射光学元件上；

所述特定光场在照射在所述衍射光学元件上后生成三维信息检测用结构光场。

9.根据权利要求8所述的生成三维信息检测用结构光场的方法，其特征在于，所述激光器照射光源发出的激光波前为球面波激光光源或平面波激光光源。

10.根据权利要求9所述的生成三维信息检测用结构光场的方法，其特征在于，在所述步骤所述激光光束通过所述反射镜系统反射，照射在衍射光学元件上，还包括：

在所述激光器照射光源发出的所述激光波前为平面波激光光源时，所述激光光源通过透镜系统进行光场波前调节，生成特定照明光场。