CN108415209A - 结构光投射模组、摄像组件和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构光投射模组、摄像组件和电子装置。结构光投射模组包括光源、准直元件和衍射组件。光源用于发射激光。准直元件用于准直光源发射的激光，光源包括边发射激光器，边发射激光器包括发光面，发光面朝向所述准直元件。衍射组件包括衍射光栅和漫射透镜，衍射组件用于衍射经准直元件准直后的激光，并漫射激光以补偿相对于准直元件的光轴具有角位移的激光的强度。本发明实施方式的结构光投射模组、摄像组件和电子装置通过设置包括漫射透镜的衍射组件，利用漫射透镜补偿相对于准直元件的光轴具有角位移的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

Description

结构光投射模组、摄像组件和电子装置

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及一种结构光投射模组、摄像组件和电子装置。

背景技术

现有的结构光投射模组投射激光图案到目标空间中一与结构光投射模组的光轴垂直的平面上时，位于结构光投射模组的光轴附近的激光图案的亮度通常较亮，沿远离结构光投射模组的光轴的方向，激光图案的亮度逐渐降低。导致该现象的原因是远离结构光投射模组的光轴的激光要经过更长的光程才能到达该平面，因此，激光的能量衰减得更多。激光图案整体亮度的不均匀性会影响深度图像的获取精度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种结构光投射模组、摄像组件和电子装置。

本发明实施方式的结构光投射模组包括光源、准直元件和衍射组件。所述光源用于发射激光。所述准直元件用于准直所述光源发射的激光，所述光源包括边发射激光器，所述边发射激光器包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件。所述衍射组件包括衍射光栅和漫射透镜，所述衍射组件用于衍射经所述准直元件准直后的激光，并漫射所述激光以补偿相对于所述准直元件的光轴具有角位移的激光的强度。

本发明实施方式的摄像组件包括上述的结构光投射模组、图像采集器和处理器。所述图像采集器用于采集由所述结构光投射模组向目标空间中投射的激光图案。所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

本发明实施方式的电子装置包括壳体和上述的摄像组件。所述像组件设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。

本发明实施方式的结构光投射模组、摄像组件和电子装置通过设置包括漫射透镜的衍射组件，利用漫射透镜补偿相对于准直元件的光轴具有角位移的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明某些实施方式的电子装置的结构示意图。

图2是本发明某些实施方式的摄像组件的结构示意图。

图3是本发明某些实施方式的结构光投射模组的结构示意图。

图4是本发明某些实施方式的结构光投射模组投射激光图案的场景示意图。

图5和图6是本发明某些实施方式的结构光投射模组的衍射组件的结构示意图。

图7是本发明某些实施方式的结构光投射模组投射激光图案时激光的能量的示意图。

图8至图10是本发明某些实施方式的结构光投射模组的部分结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请一并参阅图1和图2，本发明提供一种电子装置3000。电子装置3000可以是智能手机、智能手环、智能手表、平板电脑、智能眼镜、智能头盔、体感游戏设备等。电子装置3000包括壳体2000和摄像组件1000。摄像组件1000设置在壳体2000内并从壳体2000暴露以获取深度图像。摄像组件1000包括结构光投射模组100、图像采集器200和处理器300。结构光投射模组100用于向目标空间中投射激光图案。图像采集器200用于采集结构光投射模组100向目标空间中投射的激光图案。处理器300用于获取激光图案以获得深度图像。

具体地，结构光投射模组100通过投射窗口901向目标空间中投射激光图案，图像采集器200通过采集窗口902采集被目标物体调制后的激光图案。图像采集器200可为红外相机，处理器300采用图像匹配算法计算出该激光图案中各像素点与参考图案中的对应各个像素点的偏离值，再根据偏离值进一步获得该激光图案的深度图像。其中，图像匹配算法可为数字图像相关(Digital Image Correlation，DIC)算法。当然，也可以采用其它图像匹配算法代替DIC算法。

如图3所示，结构光投射模组100包括基板组件60和镜筒50。基板组件60包括基板62和设置在基板62上的电路板61。电路板61可以是硬板、软板或软硬结合板。镜筒50包括侧壁51和自侧壁51延伸的承载台52。侧壁51设置在电路板61上，并与电路板61围成收容腔53。

结构光投射模组100还包括光源10、准直元件20及衍射组件30。光源10、准直元件20和衍射组件30均收容在收容腔53内，且准直元件20和衍射组件30沿光源10的发光光路依次排列。具体地，电路板61开设有过孔611，光源10承载在基板62上并收容在611内。光源10用于发射激光。准直元件20用于准直光源10发射的激光。衍射组件30包括衍射光栅33和漫射透镜36。衍射组件30用于衍射经准直元件20准直后的激光，并漫射激光以补偿对于准直元件20的光轴80具有角位移的激光的强度。

其中，光源10可为边发射激光器(edge-emitting laser，EEL)，具体地，光源10可为分布反馈式激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)。此时，光源10的发光面11朝向准直元件20。分布反馈式激光器的温漂较小，且为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，结构光投射模组100的成本较低。

通常地，结构光投射模组100投射激光图案到目标空间中与结构光投射模组100的光轴80(结构光投射模组100的光轴80与准直元件20的光轴80重合)垂直的某一参考平面L上时，位于结构光投射模组100的光轴80附近的激光图案的亮度通常较亮，沿远离结构光投射模组100的光轴80的方向，激光图案的亮度较低。换言之，对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光，激光入射参考平面L上时，角位移θ越大，激光的能量越小，亮度越低。这是由于角位移θ较大的激光需要经过更长的光程才能到达该参考平面L，如图4所示，角位移为θ₀的激光的光程为d₁，角位移为0的激光的光程为d₀，d₁>d₀，因此，激光的能量衰减得更多。如此，结构光投射模组100投射的激光图案的亮度均匀性较低，会影响深度图像的获取精度。

请结合图5，本发明实施方式的结构光投射模组100中的衍射组件30包括相互平行的第一衍射元件31和第二衍射元件32。沿光源10的发光方向，第一衍射元件31和第二衍射元件32依次排列。第一衍射元件31包括第一入射面311和第一出射面312。第二衍射元件32包括第二入射面321和第二出射面322。漫射透镜36包括第一透镜34和第二透镜35。其中，第一透镜34和第二透镜35的数量均为多个。多个第一透镜34可具有不同的曲率。多个第一透镜34可全部为凸透镜，也可全部为凹透镜，或者部分第一透镜34为凹透镜，部分第一透镜34为凹透镜。同样地，多个第二透镜35可具有不同的曲率，多个第二透镜35可全部为凸透镜，也可全部为凹透镜，或者部分第二透镜35为凹透镜，部分第二透镜35为凹透镜。衍射光栅33可以设置在第一入射面311上，第一透镜34可设置在第一出射面312上，第二透镜35可设置在第二入射面321上或第二出射面322上。进一步地，第一透镜34在第一出射面312上呈中心对称及轴对称的排布。第二透镜35在第二入射面321上或第二出射面322上的排布同样呈中心对称及呈轴对称的排布。如此，沿光源10发射的激光经准直元件20准直后首先入射进第一衍射元件31，再从第二衍射元件32出射。具体地，准直后的激光首先经衍射光栅33衍射形成激光图案，进一步地经多个第一透镜34和第二透镜35的漫射后再出射到目标空间中。如此，利用漫射透镜36补偿相对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

结构光投射模组100还包括保护罩70。保护罩70可以由透光材料制成，例如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)等。由于玻璃、PMMA、PC、及PI等透光材料均具有优异的透光性能，保护罩70可以不用开设透光孔。如此，保护罩70能够在防止衍射组件30脱落的同时，还能够避免衍射组件30裸露在镜筒50的外面，从而使得衍射组件30防水防尘。当然，在其他实施方式中，保护罩70可以开设有透光孔，透光孔与衍射组件30的面积最大的光学有效区相对以避免遮挡衍射组件30的光路。

综上所述，本发明实施方式的结构光投射模组100通过设置包括漫射透镜36的衍射组件30，利用漫射透镜36补偿相对于准直元件的光轴80具有角位移的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

请参阅图6，在某些实施方式中，衍射光栅33、第一透镜34和第二透镜35的位置还可以是：衍射光栅33设置在第一入射面311上，第一透镜34设置在第二入射面321上，第二透镜35设置在第二出射面322上。如此，利用衍射光栅33衍射激光以得到激光图案，利用第一透镜34和第二透镜35的漫射作用补偿对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

当然，在其他实施方式中，衍射光栅33、第一透镜34和第二透镜35的位置还可以是：衍射光栅33设置在第一出射面312上，第一透镜设置在第二入射面321上，第二透镜35设置在第二出射面322上；或者，衍射光栅33设置在第二入射面321或第二出射面322上，第一透镜34设置在第一入射面311上，第二透镜35设置在第一出射面312上；或者，衍射光栅33设置在第一入射面311上，第一透镜34设置在第一出射面312，第二透镜35设置在第二入射面321或第二出射面322上；或者，衍射光栅33设置在第二出射面322上，第一透镜34设置在第一入射面311或第一出射面312上，第二透镜35设置在第二入射面321上等。如此，利用衍射光栅33衍射所述激光以得到激光图案，利用第一透镜34和第二透镜35的漫射作用补偿对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

其中，衍射组件30可被配置为以漫射经准直元件20准直后的激光以补偿对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光的强度。具体地，如图7所示，结构光投射模组100的投射视场的对应的角位移的取值范围为其中，为正数，则随着|θ|的增大，对应角位移为θ的激光经过衍射组件30后，其能量会被增强。不同角位移θ的激光的能量具有不同的增强值。假设某一束激光的角位移为θ，该束激光未经漫射透镜36出射前的能量为E₀，则当该束激光经漫射透镜36出射后，激光的能量会变为E₁，其中，可以理解，随|θ|的逐渐增大，cos⁴θ逐渐减小，则E₁逐渐增大。因此，衍射组件30可补偿对于准直元件20的光轴80具有角位移θ的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

请参阅图3和图8，在某些实施方式中，结构光投射模组100还包括固定件。具体地，光源10呈柱状，光源10远离基板62的一个端面形成发光面11。激光从发光面11发出，发光面11朝向准直元件20。光源10固定在基板62上。固定件可为封胶15，光源10通过封胶15粘接在基板62上，例如，光源10的与发光面11相背的一面粘接在基板62上。请结合图3和图9，光源10的侧面12也可粘接在基板62上，封胶15包裹住四周的侧面12，也可以仅粘接侧面12的某一个面与基板62或粘接某几个面与基板62。此时封胶15可为导热胶，以将光源10工作产生的热量传导至基板62中。由于边发射激光器通常呈细条状，当边发射激光器的发光面11朝向准直元件20时，边发射激光器竖直放置，此时边发射激光器容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置封胶15能够将边发射激光器固定住，防止边发射激光器发射跌落、移位或晃动等意外。

请一并参阅图3和图10，在某些实施方式中，固定件还可为弹性的支撑架16。支撑架16的个数为两个或两个以上。多个支撑架16共同形成收容空间161。收容空间161用于收容光源10，多个支撑架16支撑住光源10，如此，可以防止光源10发生晃动。

进一步地，如图3所示，基板62开设有散热孔621。散热孔621内可以填充导热胶以为光源10散热。

此外，在某些实施方式中，基板62可以省略，光源10直接承载在电路板61上。如此，可以减小结构光投射模组100的厚度。

本发明实施方式的结构光投射模组100、摄像组件1000和电子装置3000通过设置包括漫射透镜36的衍射组件30，利用漫射透镜36补偿相对于准直元件20的光轴80具有角位移的激光的强度，提升出射的激光图案的亮度均匀性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种结构光投射模组，其特征在于，所述结构光投射模组包括：

光源，所述光源用于发射激光；

准直元件，所述准直元件用于准直所述光源发射的激光，所述光源包括边发射激光器，所述边发射激光器包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件；和

衍射组件，所述衍射组件包括衍射光栅和漫射透镜，所述衍射组件用于衍射经所述准直元件准直后的激光，并漫射所述激光以补偿相对于所述准直元件的光轴具有角位移的激光的强度。

2.根据权利要求1所述的结构光投射模组，其特征在于，所述衍射组件包括相互平行的第一衍射元件和第二衍射元件，所述第一衍射元件包括第一入射面和第一出射面，所述第二衍射元件包括第二入射面和第二出射面；所述漫射透镜包括第一透镜和第二透镜；

所述衍射光栅设置在所述第一入射面上，所述第一透镜设置在所述第一出射面上，所述第二透镜设置在所述第二入射面上或所述第二出射面上；或

所述衍射光栅设置在所述第二出射面上，所述第一透镜设置在所述第一入射面上或所述第一出射面上，所述第二透镜设置在所述第二入射面上；或

所述衍射光栅设置在所述第一入射面上或所述第一出射面上，所述第一透镜和所述第二透镜设置在所述第二衍射元件的相背的两个面上；或

所述衍射光栅设置在所述第二入射面上或所述第二出射面上，所述第一透镜和所述第二透镜设置在所述第一衍射元件的相背的两个面上。

3.根据权利要求2所述的结构光投射模组，其特征在于，所述第一透镜的数量包括多个，多个所述第一透镜具有不同的曲率；所述第二透镜的数量包括多个，多个所述第二透镜具有不同的曲率。

4.根据权利要求1所述的结构光投射模组，其特征在于，所述衍射组件被配置为以漫射所述激光以补偿对于所述准直元件的光轴具有角位移θ的激光的强度。

5.根据权利要求1所述的结构光投射模组，其特征在于，所述结构光投射模组还包括基板组件和镜筒，所述基板组件包括基板和设置在所述基板上的电路板，所述镜筒设置在所述电路板上并与所述电路板围成收容腔，所述准直元件、所述衍射组件均收容在所述收容腔内，且沿所述光源的发光光路依次设置，所述镜筒的侧壁向所述收容腔的中心延伸有承载台，所述衍射组件设置在所述承载台上。

6.根据权利要求5所述的结构光投射模组，其特征在于，所述结构光投射模组还包括固定件，所述固定件用于将所述边发射激光器固定在所述基板组件上。

7.根据权利要求6所述的结构光投射模组，其特征在于，所述固定件包括封胶，所述封胶设置在所述边发射激光器与所述基板组件之间，所述封胶为导热胶。

8.根据权利要求6所述的结构光投射模组，其特征在于，所述固定件包括设置在所述基板组件上的至少两个弹性的支撑架，至少两个所述支撑架共同形成收容空间，所述收容空间用于收容所述光源，至少两个所述支撑架用于支撑住所述光源。

9.一种摄像组件，其特征在于，所述摄像组件包括：

权利要求1至8任意一项所述的结构光投射模组；

图像采集器，所述图像采集器用于采集由所述结构光投射模组向目标空间中投射的激光图案；和

处理器，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

壳体；和

权利要求9所述的摄像组件，所摄像组件设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。