kinect红外激光器拆解

Kinect的工作原理在以前的文章中已经做过了一些介绍，今天主要讲一下除了PS1080芯片以外的另一个核心部件——红外激光投射器（IR Projector）。国内外有很多关于PS1080芯片的详细介绍，但是对于其红外激光投射器的构造原理鲜有所闻，下面我们就对这个部件进行深入分析。

Kinect中投射器的作用是投射出随机的激光散斑，即结构光，通过红外摄像头采集所标记的结构光，交由PS1080芯片进行计算后得到最终的景深数据。

下图为Kinect红外激光投射器的原理图。根据PrimeSense在专利中的描述，红外激光生成器（42）射出准直后的激光束（44），通过光学衍射元件（DOE）进行散射，进而得到所需的散斑图案。PrimeSense所说的光学衍射元件可以通过多种组合来实现，具体可以参见其在国内申请的专利《用于使零级减少的光学设计》。在Kinect中，PrimeSense采用扩散片（48）和光栅（50）来实现，该设计专利可参见其美国专利《Optical Pattern Projection》。

扩散片如下图所示

它的作用是将激光光束散射成不规则分布的点状散斑图案，由于扩散片对于光束进行散射的角度（FOV）有限，所以需要光栅（见下图）将散斑图案进行衍射“复制”后，扩大其投射角度。

 这种“复制”效果被称为光学卷积，从下图的原理图中我们看到，当光束通过扩散片（如毛玻璃）后产生的散斑，再经过光栅后进行卷积就能得到所需透射角度的散斑。

 下图为PrimeSense专利中激光散斑示意图，可以看到光斑卷积后形成9格散斑图案。

值得一提的是，专利中提到所有散斑中心零级的能量和不超过总能量的1%，也就是说按照MS官方的说法，Kinect所用激光功率为60mw，即使9块散斑零级能量之和为1%，各零级能量也不过0.067mw，远低于安全激光规定的0.4mw上限，所以从功率角度看，Kinect所提供的激光光源是安全的。鉴于测试手段有限，我们暂时还无法得知该激光散斑的最大光强（即零级光通量）是否也安全，但有一点是肯定的，对着Kinect激光投射器近距离直射眼睛是万万不可取的。