CN108594459A - 激光投射器、相机模组和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光投射器。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。镜筒组件包括基座和支架。基座设置在基板组件上，支架活动连接在基座上。支架能够相对基座沿镜筒组件的轴向运动。光源设置在基板组件上。准直元件设置在支架上，准直元件用于准直光源发射的激光。光源为边发射激光器，边发射激光器包括发光面，发光面朝向准直元件。衍射元件设置在支架上，衍射元件用于衍射经准直元件准直后的激光以形成激光图案。本发明还公开了一种相机模组和电子装置。光源设置在基板组件上，准直元件设置在支架上，可以控制支架相对于基座运动，以调整准直元件与光源的距离到需求的距离，保证较好的准直效果。

Description

激光投射器、相机模组和电子装置

技术领域

本发明涉及立体成像技术领域，更具体而言，涉及一种激光投射器、相机模组和电子装置。

背景技术

结构光投射器用于向目标空间中投射结构光图案以获取深度图像，一般需要将结构光投射器的光源发射的光束通过准直透镜，经准直透镜准直后的光束再由衍射元件衍射出结构光图案，而在实际安装和使用时，由于装配误差等原因，准直透镜与光源的距离往往难以达到理想的距离，导致准直透镜的准直效果不佳。

发明内容

本发明实施方式提供一种激光投射器、相机模组和电子装置。

本发明实施方式的激光投射器包括：

基板组件；

镜筒组件，所述镜筒组件包括基座和支架，所述基座设置在所述基板组件上，所述支架活动连接在所述基座上，所述支架能够相对所述基座沿所述镜筒组件的轴向运动；

光源，所述光源设置在所述基板组件上；

准直元件，所述准直元件设置在所述支架上，且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，所述衍射元件设置在所述支架上，且用于衍射经所述准直元件准直后的激光以形成激光图案。

在某些实施方式中，所述基座的顶端的外侧壁上形成有外螺纹，所述支架的底端的内侧壁上形成有内螺纹，所述支架与所述基座通过所述内螺纹与所述外螺纹螺合以活动连接。

在某些实施方式中，所述激光投射器还包括卡止件，所述支架的外侧壁上开设有卡止孔，所述卡止件穿设所述卡止孔并能够抵持在所述基座上。

在某些实施方式中，所述基座的顶端的内侧壁上形成有内螺纹，所述支架的底端的外侧壁上形成有外螺纹，所述支架与所述基座通过所述外螺纹与所述内螺纹螺合以活动连接。

在某些实施方式中，所述激光投射器还包括锁止件，所述基座的外侧壁上开设有锁止孔，所述锁止件穿设所述锁止孔并能够抵持在所述支架上。

在某些实施方式中，所述基座的顶面开设有环形的螺纹凹槽，所述支架的底端的侧壁上形成有螺纹，所述支架与所述基座通过所述螺纹与所述螺纹凹槽螺合以活动连接；或

所述支架的底面开设有环形的螺纹凹槽，所述基座的顶端的侧壁上形成有螺纹，所述支架与所述基座通过所述螺纹凹槽与所述螺纹螺合以活动连接。

在某些实施方式中，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。

在某些实施方式中，所述基板组件包括基板和电路板，所述电路板设置在所述基板上且与所述边发射激光器电连接，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。

在某些实施方式中，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。

本发明实施方式的相机模组包括：

上述任一实施方式所述的激光投射器；和

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。

本发明实施方式的电子装置包括：

壳体；和

上述实施方式所述的相机模组，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。

本发明实施方式的激光投射器、相机模组和电子装置中，光源设置在基板组件上，准直元件设置在支架上，可以控制支架相对于基座运动，以调整准直元件与光源的距离到需求的距离，保证较好的准直效果。

本发明的实施方式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，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的电子装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式的相机模组的结构示意图；

图3是本发明实施方式的激光投射器的结构示意图；

图4是图3所示的激光投射器的的IV部分的放大示意图；

图5至图7是本发明另外的实施方式的激光投射器的结构示意图；

图8至图10是本发明实施方式的激光投射器的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1和图2，本发明提供一种电子装置1000。电子装置1000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1000包括壳体200和相机模组100。相机模组100设置在壳体200内并从壳体200暴露以获取深度图像。相机模组100包括激光投射器10、图像采集器20和处理器30。激光投射器10用于向目标空间中投射激光图案。图像采集器20用于采集激光投射器10向目标空间中投射的激光图案。处理器30用于获取由图像采集器20采集得到的激光图案以获得深度图像。

具体地，激光投射器10通过投射窗口40向目标空间中投射激光图案，图像采集器20通过采集窗口50采集被目标物体调制后的激光图案。图像采集器20可为红外相机，处理器30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10包括基板组件11、镜筒组件12、光源13、准直元件14和衍射元件15。光源13、准直元件14和衍射元件15依次设置在光源13的光路上，具体地，光源13发出的光依次穿过准直元件14和衍射元件15。

基板组件11包括基板111及承载在基板111上的电路板112。基板111用于承镜筒组件12、光源13和电路板112。基板111的材料可以是塑料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Glycol Terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)中的至少一种。也就是说，基板111可以采用PET、PMMA、PC或PI中任意一种的单一塑料材质制成。如此，基板111质量较轻且具有足够的支撑强度。

电路板112可以是印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中的任意一种。电路板112上可以开设有收容孔113，收容孔113内可以用于容纳光源13，电路板112一部分被镜筒组件12罩住，另一部分延伸出来并可以与连接器1a连接，连接器1a可以将激光投射器10连接到电子装置1000的主板上。

镜筒组件12设置在基板组件11上，镜筒组件12包括基座121和支架122。基座121设置在基板组件11上，支架122活动连接在基座121上。具体地，基座121位于支架122与基板组件11之间，基座121与基板组件11可以通过粘胶固定连接，基座121可以环绕光源13设置，支架122上可以安装有准直元件14，支架122能够相对基座121沿镜筒组件12的轴线(如图3中的Z轴)方向运动，以改变准直元件14与光源13的距离。

请参阅图3和图4，在一个例子中，基座121的顶端1211的外侧壁1212上形成有外螺纹，支架122的底端1221的内侧壁1222上形成有内螺纹，支架122与基座121通过内螺纹与外螺纹螺合以活动连接。通过转动支架122可以使得支架122相对于基座121转动，并在内螺纹和外螺纹的作用下，外侧壁1212与内侧壁1222的结合面积发生改变，以使得支架122相对于基座121沿镜筒组件12的轴线方向运动。在实际使用中，可以通过人为手动转动支架122到合适位置后，再将支架122固定以使其不发生转动以固定支架122与基座121的相对位置；也可以通过马达驱动支架122转动到预定的位置，以实时控制支架122与基座121的相对位置。

在如图3和图4的例子中，激光投射器10还包括卡止件16，支架122的外侧壁1223上开设有卡止孔1224，卡止件16穿设卡止孔1224并能够抵持在基座121上。具体地，卡止件16可以是螺钉，卡止孔1224可以是螺孔，当转动支架122到合适位置后，可以将卡止件16旋入卡止孔1224内并抵持基座121，此时，支架122不再能相对于基座121转动。当需要再次转动支架122时，可以旋出螺钉以使螺钉不再抵持基座121，此时，支架122可以相对于基座121转动。

光源13用于发射激光，光源13可为边发射激光器(edge-emitting laser，EEL)，边发射激光器的发光面131朝向准直元件14。具体地，光源13可为分布反馈式激光器(Distributed Feedback 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10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10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112的收容孔113中，可以减小分布反馈式激光器的长度增加对激光投射器10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。

请参阅图3和图5，准直元件14用于准直光源13发射的激光，经准直后的激光投射到衍射元件15上，准直元件14可以是光学透镜，例如球面透镜、非球面透镜、螺纹透镜等，准直元件14设置在支架122上。可以理解，在准直元件14不变的情况下，改变准直元件14与光源13与之间的距离，可以改变被准直元件14准直后投射到衍射元件15上的激光的汇集程度，以使衍射元件15投射出不同的激光图案。由于本发明实施方式的准直元件14设置在支架122上，通过使支架122相对于基座121运动，可改变准直元件14与光源13的距离，以使激光投射器10投射出不同的激光图案。

衍射元件15可以设置有衍射光栅，经准直元件14准直后的激光入射到衍射元件15后，会被衍射光栅衍射并形成激光图案出射。在本发明实施例中，衍射元件15设置在准直元件14上，衍射元件15与准直元件14一同运动。

综上，本发明实施方式的电子装置1000中，光源13设置在基板组件11上，准直元件14设置在支架122上，可以控制支架122相对于基座121运动，以调整准直元件14与光源13的距离到需求的距离，保证较好的准直效果。

请参阅图3，在某些实施方式中，激光投射器10还包括保护罩19，保护罩19安装在支架122上，保护罩19用于将衍射元件15限制在支架122上，避免衍射元件15从支架122上脱出。在本发明实施例中，保护罩19通过粘胶固定在支架122上，保护罩19可以是由透光的材料制成，例如玻璃等，衍射元件15衍射出的激光图案可以穿过保护罩19后从激光投射器10投射出去。在其他实施例中，保护罩19也可以开设有透光孔，透光孔可与衍射元件15上的衍射结构对应，衍射元件15衍射出的激光图案可以穿过透光孔。

实现支架122可相对于基座121运动的结构不限于上述的讨论，还可以通过其他方式实现，下面将示例性地给出几种可行的方式，可以理解，能够实现的方式不限于举例的几种。例如，请参阅图5，在某些实施方式中，基座121的顶端1211的内侧壁1213上形成有内螺纹，支架122的底端1221的外侧壁1223上形成有外螺纹。支架122与基座121通过外螺纹与内螺纹螺合以活动连接。通过转动支架122可使得支架122相对于基座121转动，并在外螺纹和内螺纹的作用下，内侧壁1213与外侧壁1223的结合面积发生改变，以使得支架122相对于基座121沿镜筒组件12的轴向运动。进一步地，在如图5所示的例子中，激光投射器10还包括锁止件17，基座121的外侧壁1212上开设有锁止孔1214，锁止件17穿设锁止孔1214并能够抵持在支架122上。具体地，锁止件17可以是螺钉，锁止孔1214可以是螺孔，当转动支架122到合适位置后，可以将锁止件17旋入锁止孔1214内并抵持支架122，此时支架122不再能相对于基座121转动。当需要再将转动支架122时，可以旋出螺钉以使螺钉不再抵持支架122，此时，支架122可以相对于基座121转动。

又例如，请参阅图6，在某些实施方式中，基座121的顶面1216开设有环形的螺纹凹槽1215，支架122的底端1221的侧壁(1222、1223)上形成有螺纹，支架122与基座121通过螺纹与螺纹凹槽1215螺合以活动连接。将支架122的侧壁(1222、1223)旋入螺纹凹槽1215内，转动支架122时可使得支架122相对于基座121沿镜筒组件12的轴向运动。具体地，螺纹可以是形成在支架122的外侧壁1223上的内螺纹，同时螺纹凹槽1215的靠近基座121的外侧壁1212的壁面上可以形成有外螺纹，内螺纹与外螺纹螺合；或者螺纹可以是形成在支架122的内侧壁1222上的外螺纹，同时螺纹凹槽1215的靠近基座121的内侧壁1213的壁面上可以形成有内螺纹，外螺纹与内螺纹螺合。螺纹也可以同时包括本实施例中形成在支架122的侧壁(1222、1223)上的外螺纹和内螺纹，螺纹凹槽1215可同时与支架122的侧壁(1222、1223)上的外螺纹和内螺纹配合。可以理解，此时基座121的外侧壁1212上可以开设有上述的锁止孔1214，锁止件17可以穿过锁止孔1214并抵持支架122，在此不再赘述。

再例如，请参阅图7，在某些实施方式中，支架122的底面1226开设有环形的螺纹凹槽1225，基座121的顶端1211的侧壁(1212、1213)上形成有螺纹，支架122与基座121通过螺纹凹槽1225与螺纹螺合以活动连接。旋转支架122以使基座121的侧壁(1212、1213)旋入螺纹凹槽内，转动支架122时可使得支架122相对于基座121沿镜筒组件12的轴向运动。具体地，螺纹可以是形成在基座121的外侧壁1212上的内螺纹，同时螺纹凹槽1225的靠近支架122的外侧壁1223的壁面上可以形成有外螺纹，内螺纹与外螺纹螺合；或者螺纹可以是形成在基座121的内侧壁1213上的外螺纹，同时螺纹凹槽1225的靠近支架122的内侧壁1222的壁面上形成有内螺纹，外螺纹与内螺纹螺合。螺纹也可以同时包括本实施例中的形成在基座121的侧壁(1212、1213)上外螺纹和内螺纹，螺纹凹槽1225可同时与基座121的侧壁(1212、1213)上的外螺纹和内螺纹配合。可以理解，此时支架122的外侧壁1223上可以开设有上述的卡止孔1224，卡止件16可以穿过卡止孔1224并抵持基座121，在此不再赘述。

请参阅图3和图8，在某些实施方式中，激光投射器10还包括固定件18。具体地，光源13呈柱状，光源13远离基板112的一个端面形成发光面131。激光从发光面131发出，发光面131朝向准直元件14。光源13固定在基板112上。固定件可为封胶181，光源13通过封胶181粘接在基板112上，例如，光源13的与发光面131相背的一面粘接在基板112上。请结合图9，光源13的侧面132也可粘接在基板112上，封胶181包裹住四周的侧面132，也可以仅粘接侧面132的某一个面与基板112或粘接某几个面与基板112。此时封胶181可为导热胶，以将光源13工作产生的热量传导至基板112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131朝向准直元件14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181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。

请参阅图10，在某些实施方式中，固定件18还可为弹性的支撑架182。支撑架182的个数为两个或两个以上。多个支撑架182共同形成收容空间183。收容空间183用于收容光源13，多个支撑架182支撑住光源13，如此，可以防止光源13发生晃动。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式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方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，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至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种激光投射器，其特征在于，包括：

基板组件；

镜筒组件，所述镜筒组件包括基座和支架，所述基座设置在所述基板组件上，所述支架活动连接在所述基座上，所述支架能够相对所述基座沿所述镜筒组件的轴向运动；

光源，所述光源设置在所述基板组件上；

准直元件，所述准直元件设置在所述支架上，且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，所述衍射元件设置在所述支架上，且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，所述基座的顶端的外侧壁上形成有外螺纹，所述支架的底端的内侧壁上形成有内螺纹，所述支架与所述基座通过所述内螺纹与所述外螺纹螺合以活动连接。

3.根据权利要求1或2所述的激光投射器，其特征在于，所述激光投射器还包括卡止件，所述支架的外侧壁上开设有卡止孔，所述卡止件穿设所述卡止孔并能够抵持在所述基座上。

4.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述基座的顶端的内侧壁上形成有内螺纹，所述支架的底端的外侧壁上形成有外螺纹，所述支架与所述基座通过所述外螺纹与所述内螺纹螺合以活动连接。

5.根据权利要求1或4所述的激光投射器，其特征在于，所述激光投射器还包括锁止件，所述基座的外侧壁上开设有锁止孔，所述锁止件穿设所述锁止孔并能够抵持在所述支架上。

6.根据权利要求1所述的激光投射器，其特征在于，所述基座的顶面开设有环形的螺纹凹槽，所述支架的底端的侧壁上形成有螺纹，所述支架与所述基座通过所述螺纹与所述螺纹凹槽螺合以活动连接；或

所述支架的底面开设有环形的螺纹凹槽，所述基座的顶端的侧壁上形成有螺纹，所述支架与所述基座通过所述螺纹凹槽与所述螺纹螺合以活动连接。

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和电路板，所述电路板设置在所述基板上且与所述边发射激光器电连接，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，包括：

权利要求1-9任意一项所述的激光投射器；和

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。

11.一种电子装置，其特征在于，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。