CN108594458A - 激光投射器、相机模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光投射器、相机模组及电子设备。激光投射器包括基板组件、镜筒组件、光源、准直元件和衍射元件。镜筒组件设置在基板组件上。镜筒组件包括准直支架及衍射支架，准直支架与衍射支架为分体结构。光源设置在基板组件上，用于发射激光。准直元件由准直支架支撑，用于准直光源发射的激光，光源为边发射激光，边发射激光器包括发光面，发光面朝向准直元件。衍射元件由衍射支架支撑，用于衍射经准直元件准直后的激光以形成激光图案。本发明实施方式的激光投射器、相机模组及电子设备采用分体的准直支架和衍射支架分别支撑准直元件和衍射元件，便于准直元件和衍射元件的安装和位置调整，安装效率高。

Description

激光投射器、相机模组及电子设备

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及一种激光投射器、相机模组及电子设备。

背景技术

现有的激光投射器通常具有较小的体积，以便于将激光投射器集成到电子装置，如手机中。当激光投射器的体积较小时，激光投射器中的各个部件也非常小，以致于在安装过程中容易被损坏或者难以保证较高的安装精度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种激光投射器、相机模组及电子设备。

本发明实施方式的激光投射器包括基板组件、镜筒组件、光源、准直元件和衍射元件。所述镜筒组件设置在所述基板组件上。所述镜筒组件包括准直支架及衍射支架，所述准直支架与所述衍射支架为分体结构。所述光源设置在所述基板组件上，用于发射激光。所述准直元件由所述准直支架支撑，用于准直所述光源发射的激光，所述光源为边发射激光，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。所述衍射元件由所述衍射支架支撑，用于衍射经所述准直元件准直后的激光以形成激光图案。

本发明实施方式的相机模组包括上述的激光投射器、图像采集器和处理器。所述图像采集器用于采集由所述激光投射器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设备包括壳体和上述的相机模组。所述相机模组设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。

本发明实施方式的激光投射器、相机模组和电子设备采用准直支架支撑准直元件，采用衍射支架支撑衍射元件，准直支架和衍射支架为彼此独立的分体结构，而非一体成型，如此，准直元件和衍射元件的安装可分别进行，而后再进行组装，不受空间限制，光源、准直元件和衍射元件的相对位置容易调整，安装精度易于控制，安装的效率高。

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设备的结构示意图。

图2是本发明某些实施方式的相机模组的结构示意图。

图3是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图4是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图5是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图6是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图7是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图8是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图9是图8中激光投射器的IX部分的放大示意图。

图10是本发明某些实施方式的激光投射器的结构示意图。

图11是图10中激光投射器沿XI-XI线的截面示意图。

图12至图14是本发明某些实施方式的激光投射器的部分结构示意图。

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设备3000。电子设备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。电子设备3000包括壳体2000和相机模组1000。相机模组1000设置在壳体2000内并从壳体2000暴露以获取深度图像。相机模组1000包括激光投射器100、图像采集器200和处理器300。激光投射器100用于向目标空间中投射激光图案。图像采集器200用于采集激光投射器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，激光投射器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，激光投射器100还包括基板组件60和镜筒组件80。基板组件60包括基板62和电路板61。电路板61设置在基板62上，电路板61可以是硬板、软板或软硬结合板。镜筒组件80包括准直支架40和衍射支架50，准直支架40与衍射支架50为各自独立的分体结构。

激光投射器100还包括光源10、准直元件20和衍射元件30。

光源10用于发射激光。光源10设置在基板组件60上，并与电路板61电连接，进一步地经由电路板61与处理器300电连接。处理器300可控制光源10的开启和关闭、以及调节光源10的发光功率等。光源10可为边发射激光器(edge-emitting laser，EEL)，边发射激光器的发光面11朝向准直元件20。具体地，光源10可为分布反馈式激光器(DistributedFeedback Laser，DFB)。分布反馈式激光器的温漂较小，且为单点发光结构，无需设置阵列结构，制作简单，激光投射器100的成本较低。分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益，要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入式电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布式反馈激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度。当分布反馈式激光器的长度增加时，激光投射器100的高度也会随之增加。本发明实施方式的分布反馈式激光器收容在电路板61开设的过孔611中，可以减小分布反馈式激光器的长度增加对激光投射器100的高度产生的影响，同时保证分布反馈式激光器能够正常工作。

准直元件20可为球面透镜、非球面透镜、螺纹透镜等，准直元件20用于准直光源10发射的激光。准直元件20由准直支架40支撑。

衍射元件30设置有衍射光栅，经准直元件20准直后的激光入射到衍射元件30后，会被衍射光栅衍射并形成激光图案出射。衍射元件30由衍射支架50支撑。

具体地，准直支架40承载在基板组件60上，衍射支架50也承载在基板组件60上。准直支架40的底面401通过黏胶40a粘接在基板组件60上，衍射支架50的底面501也通过黏胶50a粘接在基板组件60上。准直支架40收容在衍射支架50内。

激光投射器100还包括保护罩70。保护罩70承载在衍射支架50上，可通过黏胶与衍射支架50进行粘接，以固定连接保护罩70与衍射支架50。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能够在防止衍射元件30脱落的同时，还能够避免衍射元件30裸露在镜筒的外面，从而使得衍射元件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，透光孔与衍射元件30的面积最大的光学有效区相对以避免遮挡衍射元件30的光路。

本发明实施方式的激光投射器100采用准直支架40支撑准直元件20，采用衍射支架50支撑衍射元件30，准直支架40和衍射支架50为彼此独立的分体结构，而非一体成型，如此，准直元件20和衍射元件30的安装可分别进行，而后再进行组装，不受空间限制，光源10、准直元件20和衍射元件30的相对位置容易调整，安装精度易于控制，安装的效率高。

在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上时，电路板61上承载准直支架40的位置也可开设有环形的过孔611。如此，准直支架40可部分收容在过孔611内，准直支架40的底面401涂覆黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与基板62固定连接，可减小激光投射器100的高度。同样地，衍射支架50承载在基板组件60上时，电路板61上承载衍射支架50的位置也可开设有环形的过孔611。如此，衍射支架50可部分收容在过孔611内，衍射支架50的底面501涂覆有黏胶50a，衍射支架50通过黏胶50a与基板62固定连接，可减小激光投射器100的高度。

请参阅图4，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。衍射支架50的底端51的内侧壁54形成有内螺纹，准直支架40的顶端42的外侧壁43形成有外螺纹，衍射支架50的内螺纹与准直支架40的外螺纹螺合连接。如此，衍射支架50和准直支架40通过螺合方式连接，稳固性较高，且安装较为方便。另外，准直支架40部分收容在衍射支架50内，从准直元件20出射的激光可以全部入射到衍射元件30中，激光的利用效率更高。

请参阅图5，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。衍射支架50的底端51的外侧壁53形成有外螺纹，准直支架40的顶端42的内侧壁44形成有内螺纹，衍射支架50的外螺纹与准直支架40的内螺纹螺合连接。如此，衍射支架50和准直支架40通过螺合方式连接，稳固性较高，且安装较为方便。

请参阅图6，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。衍射支架50包括支架本体55及自支架本体55的外侧壁53延伸出的环形凸台56。支架本体55部分收容在准直支架40内，环形凸台56固定在准直支架40的顶部。具体地，环形凸台56的底面561涂覆有黏胶40b，环形凸台56通过黏胶40b与准直支架40的顶面402固定粘接。如此，准直支架40与衍射支架50通过黏胶40b进行粘接，安装较为方便，且环形凸台56可以防止衍射支架50向准直元件30的方向脱落。镜筒组件80的稳固性更高。

请参阅图7，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。衍射支架50包括支架本体55及自支架本体55的内侧壁54延伸出的环形凸台56。准直支架40部分收容在支架本体55内，环形凸台56固定在准直支架40的顶部。具体地，环形凸台56的底面561涂覆有黏胶40b，环形凸台56通过黏胶40b与准直支架40的顶面402固定粘接。如此，准直支架40与衍射支架50通过黏胶40b进行粘接，安装较为方便，且环形凸台56可以防止衍射支架50向准直元件30的方向脱落。镜筒组件80的稳固性更高。另外，准直支架40部分收容在衍射支架50内，从准直元件20出射的激光可以全部入射到衍射元件30中，激光的利用效率更高。

进一步地，在某些实施方式中，环形凸台56还可用于承载衍射元件30，此时，环形凸台56的底面561通过黏胶40b与准直支架40的顶面402粘接，环形凸台56的顶面562与衍射元件30的入射面301相抵触。如此，可以避免衍射元件30的脱落，使衍射元件30更加稳固地设置在衍射支架50上。

请一并参阅图8和图9，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。衍射支架50的底端51卡合固定在准直支架40的顶端42。准直支架40的顶面402开设有卡槽45，衍射支架50的底面501设置有弹性卡勾57。卡槽45的数量与弹性卡勾57的数量均为多个(大于等于两个)，多个卡槽45的设置位置与多个弹性卡勾57的设置位置一一对应。如此，衍射支架50的弹性卡勾57与准直支架40的卡槽45卡合连接。如此，衍射支架50与准直支架40通过卡合方式连接，稳固性较高，且安装较为方便。

当然，在某些实施方式中，弹性卡勾57可以设置在准直支架40的顶面402，卡槽45可以设置在衍射支架50的底面501。卡槽45的数量与弹性卡勾57的数量均为多个，多个卡槽45的设置位置与多个弹性卡勾57的设置位置一一对应。准直支架40的弹性卡勾57与衍射支架50的卡槽45卡合连接。卡槽45与弹性卡勾57的数量也可以均为一个，此时，卡槽45与卡勾57均为完整的环形结构。

请参阅图10和图11，在某些实施方式中，准直支架40承载在基板组件60上，具体地，准直支架40的底面401涂覆有黏胶40a，准直支架40通过黏胶40a与电路板61固定连接。准直支架40的顶面402开设有环形的螺纹凹槽46，衍射支架50的底端51的侧壁上形成有螺纹。具体地，螺纹凹槽46的第一内壁461形成有外螺纹，衍射支架50的底端51的内侧壁54上形成有内螺纹，内侧壁54上的内螺纹与螺纹凹槽46的外螺纹螺合连接，以实现衍射支架50与准直支架40的固定连接。或者，螺纹凹槽46的第二内壁462形成有内螺纹，衍射支架50的底端51的外侧壁53上形成有外螺纹，外侧壁53上的外螺纹与螺纹凹槽46的内螺纹螺合连接，以实现衍射支架50与准直支架40的固定连接。如此，衍射支架50和准直支架40通过螺合方式连接，稳固性较高，且安装较为方便。

当然，在某些实施方式中，螺纹凹槽也可以开设在衍射支架50的底面501上。此时，准直支架40的顶端42的侧壁上形成有螺纹。具体地，螺纹凹槽的第一内壁形成有外螺纹，准直支架40的顶端42的内侧壁44上形成有内螺纹，内侧壁44上的内螺纹与螺纹凹槽的外螺纹螺合连接，以实现衍射支架50与准直支架40的固定连接。或者，螺纹凹槽的第二内壁上形成有内螺纹，准直支架40的顶端42的外侧壁43上形成有外螺纹，外侧壁43上的外螺纹与螺纹凹槽的内螺纹螺合连接以实现衍射支架50与准直支架40的固定连接。如此，衍射支架50和准直支架40通过螺合方式连接，稳固性较高，且安装较为方便。

请参阅图3和图12，在某些实施方式中，激光投射器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13，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14，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。

本发明实施方式的激光投射器100、相机模组1000和电子设备3000采用准直支架40支撑准直元件20，采用衍射支架40支撑衍射元件30，准直支架40和衍射支架50为彼此独立的分体结构，而非一体成型，如此，准直元件20和衍射元件30的安装可分别进行，而后再进行组装，不受空间限制，光源10、准直元件20和衍射元件30的相对位置容易调整，安装精度易于控制，安装的效率高。

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 (11)

1.一种激光投射器，其特征在于，所述激光投射器包括：

基板组件；

设置在所述基板组件上的镜筒组件，所述镜筒组件包括准直支架及衍射支架，所述准直支架与所述衍射支架为分体结构；

光源，所述光源设置在所述基板组件上，用于发射激光；

准直元件，所述准直元件由所述准直支架支撑，用于准直所述光源发射的激光，所述光源为边发射激光器，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

衍射元件，所述衍射元件由所述衍射支架支撑，用于衍射经所述准直元件准直后的激光以形成激光图案。

2.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述准直支架与所述衍射支架均承载在所述基板组件上，所述准直支架收容在所述衍射支架内。

3.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架的底端的内侧壁形成有内螺纹，所述准直支架的顶端的外侧壁形成有外螺纹，所述衍射支架与所述准直支架通过所述内螺纹与所述外螺纹螺合连接；或

所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架的底端的外侧壁形成有外螺纹，所述准直支架的顶端的内侧壁形成有内螺纹，所述衍射支架与所述准直支架通过所述内螺纹与所述外螺纹螺合连接。

4.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架包括支架本体及自所述支架本体的外侧壁延伸出的环形凸台，所述支架本体部分收容在所述准直支架内，所述环形凸台固定在所述准直支架的顶部；或

所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架包括支架本体及自所述支架本体的内侧壁延伸出的环形凸台，所述准直支架部分收容在所述支架本体内，所述环形凸台固定在所述准直支架的顶部。

5.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架的底端卡合固定在所述准直支架的顶端。

6.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述准直支架承载在所述基板组件上，所述准直支架的顶面开设有环形的螺纹凹槽，所述衍射支架的底端的侧壁上形成有螺纹，所述螺纹螺合在所述螺纹凹槽内以将所述衍射支架的底端固定在所述准直支架的顶面上；或

所述准直支架承载在所述基板组件上，所述衍射支架的底面开设有环形的螺纹凹槽，所述准直支架的顶端的侧壁上形成有螺纹，所述螺纹螺合在所述螺纹凹槽内以将所述准直支架的顶端固定在所述衍射支架的底面上。

7.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述激光投射器还包括固定件，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。

8.根据权利要求7所述的激光投射器，其特征在于，所述基板组件包括基板，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之间，所述封胶为导热胶。

9.根据权利要求7所述的激光投射器，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边发射激光器，至少两个所述支撑架用于支撑住所述边发射激光器。

10.一种相机模组，其特征在于，所述相机模组包括：

权利要求1至9任意一项所述的激光投射器；

图像采集器，所述图像采集器用于采集由所述激光投射器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。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

壳体；和

权利要求10所述的相机模组，所述相机模组设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。