发明创造名称：基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组
外观设计名称：
决定号：200947
决定日：2020-01-15
委内编号：1F277941
优先权日：
申请（专利）号：201710359067.8
申请日：2017-05-19
复审请求人：深圳奥比中光科技有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：孙泽竑
合议组组长：王晓渊
参审员：孙薇薇
国际分类号：G06T7/586,G06T7/593，G06T17/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求所要求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，另一篇对比文件给出了将部分区别技术特征应用于该最接近的现有技术以解决部分技术问题的启示，但并没有给出将剩余的部分区别技术特征应用于该最接近的现有技术以解决其余技术问题的启示，该剩余的部分区别技术特征不属于本领域公知常识，且该剩余的部分区别技术特征的引入使得该权利要求的整体技术方案相对于现有技术具有有益的技术效果，则该权利要求所要求保护的技术方案具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201710359067.8，发明名称为“基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组”的发明专利申请（下称本申请），申请人为深圳奥比中光科技有限公司，申请日为2017年05月19日，公开日为2017年12月01日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2019年03月01日以权利要求第1-9项不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请，驳回的具体理由是：权利要求1与对比文件1（CN104798271A，公开日为2015年07月22日）的区别技术特征在于：（1）至少两组VCSEL子阵列排列在半导体衬底；（2）衍射光学元件包括：至少两个衍射光学元件子单元；所述衍射光学元件子单元分别与所述VCSEL子阵列对应，用于将所述VCSEL子阵列发射的光束以一定的倍数复制后向外投射；所述至少两个衍射光学元件子单元以不同的倍数将对应的VCSEL子阵列光束复制后向外发射。区别技术特征（1）是本领域的常用技术手段，区别技术特征（2）部分被对比文件2（CN106568396A，公开日为2017年04月19日）公开，部分对本领域技术人员来说是显而易见的，因此权利要求1不具备创造性。从属权利要求2-8的附加技术特征或被对比文件1、2公开，或为本领域的常用技术手段，因此权利要求2-8不具备创造性。权利要求9引用权利要求1-8中任一项所述的结构光投影模组，除上述引用特征外的其余特征已被对比文件1公开，由于权利要求1-8不具备创造性，因此权利要求9也不具备创造性。
驳回决定所依据的文本为：申请日2017年05月19日提交的说明书第1-86段、说明书附图图1-16、说明书摘要、摘要附图；2018年11月06日提交的权利要求第1-9项。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，包括：
VCSEL阵列光源，所述VCSEL阵列光源包括：半导体衬底，以及至少两组VCSEL子阵列排列在半导体衬底上，所述VCSEL子阵列由VCSEL光源组成；
衍射光学元件，所述衍射光学元件包括：至少两个衍射光学元件子单元；所述衍射光学元件子单元分别与所述VCSEL子阵列对应，用于将所述VCSEL子阵列发射的光束以一定的倍数复制后向外投射；所述至少两个衍射光学元件子单元以不同的倍数将对应的VCSEL子阵列光束复制后向外发射。
2. 如权利要求1所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，还包括透镜单元，所述透镜单元用于接收并准直所述VCSEL阵列光源发射的光束或用于接收所述衍射光学元件投射出的光束并向空间中发射。
3. 如权利要求2所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述透镜单元是微透镜阵列、透镜或透镜组。
4. 如权利要求1所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述至少两组VCSEL子阵列被独立控制或同步控制。
5. 如权利要求4所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述至少两组VCSEL子阵列的VCSEL光源数量不同。
6. 如权利要求1所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述至少两组VCSEL子阵列的排列图案为不规则且互不相同的排列图案。
7. 如权利要求1所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述至少两个衍射光学元件的子单元投射的光束具有相同的视场。
8. 如权利要求7所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，其特征在于，所述基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组向所述视场中投射出稀疏的高亮度结构光图案和密集的低亮度结构光图案，所述高亮度结构光图案与所述低亮度结构光图案相互交错。
9. 一种深度相机，其特征在于，包括：
如权利要求1～8任一所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，用于向空间中投射结构光图案；
采集模组，用于采集由目标反射的所述结构光图案；
处理器，根据所述结构光图案计算出深度图像。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年03月29日向国家知识产权局提出了复审请求，未提交修改文件。复审请求人认为：（1）透镜的作用是用于准直或聚焦，投影图像中斑点的数量等于各VCSEL芯片上光源数量的总和，成像透镜对VCSEL进行成像，所成的像的张角不变；而DOE的作用是用于分束（扩束），其投影出的图案中斑点的数量一般远大于光源的数量，所成的像是多个复制的VCSEL像，其张角得到了增加。因此DOE和成像透镜的功能是完全不同的，本领域技术人员没有理由将对比文件2中用于衍射的DOE去替换掉对比文件1中用于准直或聚焦的成像透镜。（2）对比文件1和2均未提及本发明要解决的技术问题，故对比文件1和对比文件2没有结合启示。（3）对比文件2用一个DOE对多个VCSEL阵列进行分束，可以通过改变光源单次发光的数量来控制最终图案的密度，但无法实现亮度的差异化。本申请通过设置与VCSEL子阵列一一对应的DOE，且多个DOE以不同的倍数将对应的VCSEL子阵列光束复制后向外发射，可以实现图案亮度的差异化。本申请与对比文件2的DOE数量不同，每个DOE分束的对象不同，分束的倍数也不同，所起的作用也不同。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年04月08日发出复审请求受理通知书，依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：（1）对比文件1和对比文件2均涉及一种3D成像系统，并且均从结构化光图案中获取深度信息。对比文件1和对比文件2中获取结构化光图案的结构有不同，对比文件1中，通过“成像透镜”将多个阵列的半导体激光器投射形成结构化光图案；对比文件2中，通过“DOE”将呈阵列的激光器投射形成结构化光图案。对本领域技术人员来说，对比文件1中的“成像透镜”和对比文件2中的“DOE”均是在3D成像系统中对阵列排布的激光器投射形成结构化光图案，即，“成像透镜”和“DOE”在3D成像系统中的地位、作用均是相同的。本领域技术人员有动机采用对比文件2中的DOE代替对比文件1中的“成像透镜”以实现对阵列排布激光器投射形成结构化光图案的目的。（2）本申请所要解决的技术问题是如何获取高精度以及高帧度的深度图像问题。对比文件2所要解决的技术问题是如何进一步提高深度相机获取激光图案的深度图像的速度及精度。对比文件2与本申请所要解决的技术问题相同。（3）由于对比文件1中的“成像透镜”与对比文件2中的“DOE”在3D成像系统中的地位、作用均相同，本领域技术人员有动机采用对比文件2中的“DOE”代替对比文件1中的“成像透镜”。在此基础上得到一个DOE对应一个VCSEL阵列的3D成像系统是显而易见的。对比文件2公开了提高激光图案的不相关性可以提高深度相机获取激光图案的深度图像的速度及精度。图案的不相关性，通过图案的特征来体现，图案上斑点的亮度、密度、大小均属于图案的特征。本领域技术人员根据对比文件2的启示，在发光元件相同的情况下，通过改变不同发光元件对应的DOE对发光光束以不同倍数向外发射以提高图案的不相关性是一种常规的设置。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
在上述工作的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人在复审阶段未提交修改文件，因此本复审决定针对的文本与驳回决定针对的文本相同，具体为：申请日2017年05月19日提交的说明书第1-86段、说明书附图图1-16、说明书摘要、摘要附图；2018年11月06日提交的权利要求第1-9项。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款的规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求所要求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，另一篇对比文件给出了将部分区别技术特征应用于该最接近的现有技术以解决部分技术问题的启示，但并没有给出将剩余的部分区别技术特征应用于该最接近的现有技术以解决其余技术问题的启示，该剩余的部分区别技术特征不属于本领域公知常识，且该剩余的部分区别技术特征的引入使得该权利要求的整体技术方案相对于现有技术具有有益的技术效果，则该权利要求所要求保护的技术方案具备创造性。
本复审决定引用的对比文件与驳回决定中引用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN104798271A，公开日为2015年07月22日；
对比文件2：CN106568396A，公开日为2017年04月19日。
2.1、关于权利要求1
权利要求1请求保护一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组。对比文件1公开了一种用于向场景上投射结构化光图案的激光设备，并具体公开如下内容（参见说明书第17-26段，图1-4）：图1示出了激光设备的一个模块的基本布局的示例。每个模块包括在该示例中使用的VCSEL阵列中的一个阵列。图1示出了承载具有数个VCSEL 2的VCSEL阵列的相对应VCSEL芯片1。成像透镜4被布置在VCSEL芯片1之前，以将阵列的各个VCSEL 2的发射区域成像到合期望的图像空间中的图像平面7。VCSEL阵列通过透镜4被成像到深度区域中。采用该成像透镜4，由VCSEL 2发射的激光束5被聚焦在图像空间中的束斑6上。在图像平面7上的这些束斑6的形状相对应于VCSEL芯片1的VCSEL 2的发射区域的形状。制造激光设备的VCSEL芯片1以使得在该芯片上的各个VCSEL 2的位置以随机化的方式从规则的图案偏离或者完全以随机化的方式来分布。图3示出三种不同的阵列布局，采用相对应的成像透镜4来将三个VCSEL芯片1（相当于一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，包括VCSEL阵列光源，包括至少两组VCSEL子阵列，VCSEL子阵列由VCSEL光源组成）成像到图像平面7。
权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：（1）VCSEL阵列光源包括半导体衬底，VCSEL子阵列排列在半导体衬底上；（2）结构光投影模组包括衍射光学元件，衍射光学元件包括：至少两个衍射光学元件子单元；衍射光学元件子单元分别与VCSEL子阵列对应，用于将VCSEL子阵列发射的光束以一定的倍数复制后向外投射，至少两个衍射光学元件子单元以不同的倍数将对应的VCSEL子阵列光束复制后向外发射。基于上述区别特征可以确定权利要求1实际要解决的技术问题是：将VCSEL子阵列布置于何处，以及结构光投影模组具备何种结构以获得亮度不同及密度不同的激光图案。
对比文件2公开了一种激光投影仪及其深度相机，并具体公开以下内容（参见说明书第31-54段）：激光投影仪（相当于结构光投影模组）包括：基底（相当于半导体衬底）、至少两个发光元件、控制器及衍射光学元件；所述发光元件为垂直腔面发射激光器，所述衍射光学元件设置在与所述基底间隔第一距离的位置上；所述至少两个发光元件固定在所述基底面向所述衍射光学元件一侧（相当于至少两个VCSEL光源排列在半导体衬底上）；所述至少两个发光元件在所述控制器的控制下发射激光，且所述至少两个发光元件具有至少两种不同的发光面积；所述衍射光学元件，用于将所述至少两个发光元件发出的激光扩束后向空间中发射激光图案（相当于衍射光学元件，用于将VCSEL光源发射的光束以一定的倍数复制后向外投射）。
对于区别技术特征（1），由对比文件2公开的上述内容可知，对比文件2给出了将VCSEL光源安装在半导体衬底上的启示，在此基础上，当结构光投影模组中采用的光源是VCSEL子阵列光源时，将VCSEL子阵列光源安装在半导体衬底上对本领域技术人员来说是容易想到的。
对于区别技术特征（2），虽然对比文件2公开了一种包含有衍射光学元件的激光投影仪，但在该激光投影仪中仅采用了一个衍射光学元件，对来自至少两个VCSEL光源的光束进行扩束并发射，即对比文件2没有公开采用多个衍射光学元件。并且，由于在对比文件2中只采用了一个衍射光学元件，因此其对来自不同光源的光束进行的是同等倍数的扩束操作，最终不同光源形成的散斑图案的亮度和密度取决于光源本身，与衍射光学元件无关。而且对比文件2最终形成的激光图案中来自不同光源的散斑图案仅仅是尺寸上存在差异，该尺寸上的差异是由发光元件本身的尺寸导致的。对比文件2并不涉及对不同光源形成的散斑图案的亮度和密度进行调整，也不涉及通过衍射光学元件来对不同光源形成的散斑图案的图案特征进行调整，因此对比文件2没有给出通过采用多个不同倍数的衍射光学元件对来自不同光源的光束进行不同的扩束操作使得最终形成的散斑图案在亮度和密度上均不相同的启示。即便本领域技术人员将对比文件2中公开的衍射光学元件结合到对比文件1中也无法得到权利要求1请求保护的技术方案。而且，区别技术特征（2）也不是本领域公知常识。权利要求1通过采用该区别技术特征可以获得来自不同光源形成的散斑图案具有不同密度和亮度的技术效果。
综上所述，权利要求1所要求保护的技术方案相对于对比文件1、2和本领域公知常识的结合是非显而易见的，其具有突出的实质性特点和显著进步，符合专利法第22条第3款关于创造性的规定。
2.2、关于权利要求2-8
权利要求2-8直接或间接引用权利要求1，由于权利要求1相对于对比文件1、2以及本领域公知常识的结合具备创造性，因此权利要求2-8相对于对比文件1、2以及本领域公知常识的结合也具备创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
2.3、关于权利要求9
权利要求9请求保护一种深度相机，其引用权利要求1-8中任一项所述的基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组。除上述引用特征外，其余特征已被对比文件1公开（参见说明书第17-26段，图1-4）：图4示出包括激光设备10（相当于一种基于VCSEL阵列光源的结构光投影模组，用于向空间中投射结构光图案）的3D测量系统（相当于深度相机）的示例的示意性视图。这个系统包括拍摄投射到场景15上的结构化光图案的图像的相机11（相当于采集模组，用于采集由目标反射的所述结构光图案）。评估单元14从采用相机11捕获的一张或者多张图像中提取所期望的3D信息（相当于处理器，用于根据所述结构光图案计算深度图像）。
由于权利要求1-8相对于对比文件1、2以及本领域公知常识的结合具备创造性，因此权利要求9相对于对比文件1、2以及本领域公知常识的结合也具备创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
3、对前置审查意见的评述
针对前置审查意见，合议组认为：
（1）本领域技术人员知晓“成像透镜”与“衍射光学元件”是不同的光学器件，具有各自不同的作用。对比文件1中“成像透镜”的作用是对入射光进行聚焦或准直，其对透过的光束的数量不会产生影响，而对比文件2中“衍射光学元件”的作用是以一定的倍数对入射的光束进行扩束，最终形成的光束数量必然大于入射的光束数量。因此“成像透镜”与“衍射光学元件”的功能和作用完全不同，对比文件2并未给出用“衍射光学元件”来代替对比文件1中“成像透镜”的启示。
（2）虽然对比文件2解决的技术问题涉及提高深度相机获取深度图像的速度和精度，与本申请最终要解决的技术问题相同，但解决相同的技术问题并不意味着解决该技术问题所采用的技术手段相同，也不意味着在对比文件1的基础上结合对比文件2可以得出本申请的技术方案。
（3）首先，如前所述，“成像透镜”与“衍射光学元件”的功能和作用完全不同，对比文件2并未给出用“衍射光学元件”来代替对比文件1中“成像透镜”的启示，因此为每个VCSEL子阵列设置一个不同的衍射光学元件对本领域技术人员来说并不是显而易见的。
其次，对比文件2要解决的问题不仅仅是提高激光图案的不相关性，而且是要在满足激光投影仪输出功率及体积的同时来提高激光图案的不相关性，出于这一目的，才采用了两种不同发光面积的发光元件。虽然对比文件2公开了通过提高激光图案的不相关性来改善获取深度图像的精度和速度，但其是通过改变发光元件的发光面积来解决上述问题的，并没有给出通过对衍射光学元件进行改进来解决上述问题的启示。
综上所述，权利要求1-9相对于对比文件1、2以及本领域公知常识的结合具备创造性，至于申请文件中是否还存在其它不符合专利法及其实施细则的缺陷，留待后续程序继续审查。
据此，合议组依法作出如下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年03月01日对本申请作出的驳回决定，由国家知识产权局原审查部门在本决定所依据的审查文本的基础上继续进行审批程序。
复审请求人对本审查决定不服的，根据专利法第41条第2款的规定，可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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