CN105372905A - 激光模组及图像信息捕获装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光模组及应用该激光模组的图像信息捕获装置。该激光模组包括：光源，用于出射激光；准直光学元件，用于将从所述光源出射的激光变换成平行光；衍射光学元件，设置于所述准直光学元件远离所述光源的一侧，用于通过衍射将所述平行光变换成具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束。由于仅用两片光学元件即可完成激光光束的准直，然后出射具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束，因此上述激光模组具有结构简单，体积较小等优点，故能应用在手持装置、穿戴式装置等轻、薄、短小的设计的电子设备上。

Description

激光模组及图像信息捕获装置
技术领域
本发明涉及一种激光模组及应用该激光模组的图像信息捕获装置。
背景技术
目前，人们正在开发投射激光来显示图像的图像投射装置(又被成为“激光投影仪”)。激光发光元件输出的激光，其色纯度高于普通灯泡输出的光，并且能够提高颜色再现性。现有的激光投影仪的半导体激光器发出点光束，准直镜接收点光束并将点光束准直化成为准直光束，再由衍射光学元件接收准直光束将之衍射后输出所需的衍射光。上述的光源架构中，半导体激光器和准直镜间的工作距离特定且需要高准确度，因此增加了组装成本。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简单，紧凑稳定，体积小，组装成本较低的激光模组及应用该激光模组的图像信息捕获装置。
一种激光模组，包括：
光源，用于出射激光；
准直光学元件，用于将从所述光源出射的激光变换成平行光；及
衍射光学元件，设置于所述准直光学元件远离所述光源的一侧，用于通过衍射将所述平行光变换成具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束。
在其中一个实施例中，所述准直光学元件包括第一透明基板及形成在所述第一透明基板的表面上的第一相位波带衍射结构。
在其中一个实施例中，所述第一相位波带衍射结构根据未准直的入射光和准直的出射光计算求得的所述准直光学元件的透过率函数生成。
在其中一个实施例中，所述衍射光学元件包括第二透明基板及形成在所述第二透明基板的表面上的第二相位波带衍射结构。
在其中一个实施例中，所述第一相位波带衍射结构根据准直的入射光和具有扩散角的、形成图案的出射光计算求得的所述衍射光学元件的透过率函数生成。
在其中一个实施例中，所述激光模组还包括固定件，所述准直光学元件和所述衍射光学元件分别固定在所述固定件上。
在其中一个实施例中，所述准直光学元件和所述衍射光学元件固定于所述固定件的一侧。
在其中一个实施例中，所述准直光学元件和所述衍射光学元件分别固定于所述固定件相对两侧。
在其中一个实施例中，所述准直光学元件和所述衍射光学元件均为平板型元件。
一种图像信息捕获装置，包括前面板和盒体，所述盒体一侧开口并与所述前面板相连，其特征在于，所述盒体内设有金属支架及设置在所述金属支架上的控制电路板、RGB摄像头、红外线发射器、红外线接收器、及上述任意一项的激光模组。
由于仅用两片光学元件即可完成激光光束的准直，然后出射具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束，因此上述激光模组具有结构简单、紧凑稳定、体积小、组装成本低等优点。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将会变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为第一实施例的激光模组的立体示意图；
图2为第一实施例的激光模组的结构示意图；
图3A为图1中准直光学元件的局部示意图；
图3B为沿图3A中A-A线的剖视图；
图4为图1中衍射光学元件的主视图；
图5A为图1中衍射光学元件的局部示意图；
图5B为沿图5A中B-B线的剖视图；
图6为图1所示激光模组所形成的激光点阵图；
图7为第二实施例的激光模组的结构示意图；
图8为应用一实施例的激光模组的图像信息捕获装置的立体分解示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请同时参阅图1和图2，实施例一的激光模组100包括光源20、固定件40、准直光学元件60及衍射光学元件80(DOE：DiffractiveOpticalElement)。
光源20用于发射具有一定发散角的非准直激光光束。本实施例中的激光光源可为常见的半导体边射型激光器(edgeemittinglaser)、垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)或其它种类的激光光源。所发射的激光的波长优选位于红外区域，例如输出波长为830nm。
固定件40大致为方形块状物，其主要用于固定准直光学元件60及衍射光学元件80。固定件40中部开设有用于透光的圆形的通孔42。本实施例中，固定件40远离光源20的一侧开设有方形的安装槽44。
准直光学元件60设置于安装槽44内。准直光学元件60大致为方形板，其厚度约为1mm。请一并参阅图3A和图3B，准直光学元件60为具有相位波带衍射结构的光学元件，其包括第一透明基板62及形成在第一透明基板62表面上的凸凹不平的非透明的第一相位波带衍射结构64。本实施例中，第一相位波带衍射结构64的水平距离约为7.344μm，高度差约为0.782μm，高度平均值约为1.648μm，角度约为6.076°，横截面长度约为7.563μm，横截面面积约为4.729μm2。可根据给定的入射光和所要求的出射光来计算求得准直光学元件60的透过率函数，再根据该透过率函数生成相应的相位波带衍射结构，并在第一透明基板62的表面上通过光学微加工工艺制作这样的衍射结构。本实施例中，入射光为未准直的激光，出射光为准直的平行光束。相对于传统的凸透镜式的准直元件，上述准直光学元件60具有体积较小、方便安装等优点。优选的，准直光学元件60上可涂布有抗反射膜(anti-reflectioncoating)以提高光穿透率。在其他实施例中，准直光学元件60也可为准直透镜或菲涅尔波带片。例如，准直透镜的有效焦距f以及数值孔径N.A.分别满足下列条件：0.5毫米<f<3毫米，N.A.<0.4，但不以上述为限。
衍射光学元件(DiffractionOpticalElement，DOE)80设置于安装槽44内，并位于准直光学元件60远离光源20的一侧。衍射光学元件80大致为方形板，其厚度约为1mm。请一并参阅图4和图5A、5B，衍射光学元件80包括第二透明基板82及形成在第二透明基板82的表面上的凸起的第二相位波带衍射结构84。具体的，可根据给定的入射光和所要求的出射光来计算求得衍射光学元件80的透过率函数，再根据该透过率函数生成相应的第二相位波带衍射结构84，并在第二透明基板82的表面上制备这样的衍射结构。本实施例中，入射光为准直的平行激光光束，出射光为具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束。经过准直光学元件60出射的平行光并经过衍射光学元件80的衍射处理后发生扩散，其可以投影至任何适当的平面或空间上，形成具有一定图案的激光点阵图，例如图6所示的乱点图或散斑图。可以理解，如果需要形成其他图案，也可据此使用相应的位相分布的衍射光学元件80。
请参阅图7，实施例二的激光模组200与实施例二的激光模组100的结构大致相同，包括光源20、固定件40、准直光学元件60及衍射光学元件80。其区别在于，固定件40的相对两面均开设有安装槽44。准直光学元件60和衍射光学元件80分别固定于固定件40相对两侧的安装槽44之内，且衍射光学元件80位于准直光学元件60远离光源20的一侧。
由于仅用两片平板状的光学元件即可完成激光光束的准直，然后出射具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束，因此上述激光模组具有结构简单、紧凑稳定、体积小、组装成本低等优点，故能应用在移动终端、手持设备等轻、薄、短小的设计的电子设备上。
请参阅图8，一实施例的图像信息捕获装置300，包括前面板(图未示)和盒体(图未示)。盒体一侧开口并与前面板相连。盒体内设有金属支架302。金属支架302一侧形成有多个凹槽303，RGB摄像头304、红外线发射器305、红外线接收器306、及激光模组100(200)分别设置该多个凹槽303内。控制电路板307设置在金属支架302的另一侧。凹槽303中部设置方形的通孔，RGB摄像头304、红外线发射器305、红外线接收器306、及激光模组100(200)通过穿过通孔的插线与该控制电路板307电连接。RGB摄像头304、红外线发射器305、红外线接收器306、及激光模组100(200)以及电路板307通过螺钉固定安装在金属支架302上。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种激光模组，其特征在于，包括：
光源，用于出射激光；
准直光学元件，用于将从所述光源出射的激光变换成平行光；及
衍射光学元件，设置于所述准直光学元件远离所述光源的一侧，用于通过衍射将所述平行光变换成具有一定扩散角的、能形成一定图案的激光光束。
2.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述准直光学元件包括第一透明基板及形成在所述第一透明基板的表面上的第一相位波带衍射结构。
3.根据权利要求2所述的激光模组，其特征在于，所述第一相位波带衍射结构根据未准直的入射光和准直的出射光计算求得的所述准直光学元件的透过率函数生成。
4.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述衍射光学元件包括第二透明基板及形成在所述第二透明基板的表面上的第二相位波带衍射结构。
5.根据权利要求4所述的激光模组，其特征在于，所述第一相位波带衍射结构根据准直的入射光和具有扩散角的、形成图案的出射光计算求得的所述衍射光学元件的透过率函数生成。
6.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，还包括固定件，所述准直光学元件和所述衍射光学元件分别固定在所述固定件上。
7.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述准直光学元件和所述衍射光学元件固定于所述固定件的一侧。
8.根据权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述准直光学元件和所述衍射光学元件分别固定于所述固定件相对两侧。
9.一种图像信息捕获装置，其特征在于，包括前面板和盒体，所述盒体一侧开口并与所述前面板相连，其特征在于，所述盒体内设有金属支架及设置在所述金属支架上的控制电路板、RGB摄像头、红外线发射器、红外线接收器、及如权利要求1-8任意一项的激光模组。
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