CN109870870A - 结构光投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种结构光投影装置，该结构光投影装置包括激光发射部、一个或多个准直透镜和驱动部。准直透镜位于激光发射部所发出的光线的光路上，以对激光发射部所发出的光线进行准直。驱动部驱动准直透镜中的一个或多个沿着光路移动和/或转动，以改变所述准直透镜的位置和角度。

Description

结构光投影装置

技术领域

本申请涉及一种对焦结构光投影装置，具体地涉及一种自动对焦结构光投影装置以及配置有该自动对焦结构光投影装置的深度相机和配置有该深度相机的电子设备。

背景技术

随着科技发展，深度相机技术越来越完善，例如成像效果更佳，因此深度相机也越来越多地应用于各种电子设备。

作为深度相机的重要构成部件，结构光投影装置的功能直接影响整个深度相机的功能，例如结构光投影模组投影效果差，会导致整个深度相机成像质量差。

现有结构光投影装置均为固定结构，即，在使用过程中，结构光投影装置的光学参数，诸如焦点等不会发生变化。因而，由结构光投射装置构成的现有深度相机的拍摄距离为一个固定的范围(类似景深)。一旦空间目标超出这个范围，结构光投影装置就无法将高质量的结构光投影发送至空间目标表面，从而使得深度相机成像质量变差。换言之，结构光投影装置的可识别区域(即焦深)固定，不适应大范围的空间目标。即，结构光在该范围投影在空间目标表面的光斑大小符合接收要求，而一旦超出该范围，光斑大小就不符合接收要求。大体可理解为超出该范围后，光斑会过大无法通过接收模组来接收、识别，从而影响深度相机成像效果。

另外，不同的拍摄距离需要不同的汇聚景深，否则结构光投影装置提供的光斑过大就会相互干扰，无法保证准确的识别效果。

另外，在理想状态下，在经过结构光投影装置的准直透镜准直后，衍射光学部衍射(分束)的光束应当是平行的，即在空间任一位置处，结构光投影装置提供的光斑大小一致。但是由于光学元器件制造、组装、碰撞过程中不可避免地存在误差，所以光束无法做到完全平行，从而光斑尺寸会发生变化。而光斑尺寸则会影响结构光投影装置的焦深，从而影响接收模组的接收，并最终影响识别效果。

另外，通过投影模组透射的光束汇聚到人眼时，将对人眼造成伤害，因此透射至空间目标表面的光束能量不能过大，而这也将极大地影响透射范围。为解决这一问题，可以采用如下方式，即主动调整准直系统的焦距或焦点，使得光线不在空间目标表面汇聚，从而降低到达该表面(例如，人眼)的能量密度，或者移动形成在空间目标表面上的光斑的位置，使得避开人眼等敏感部位。

至少处于上述原因，现在深度相机更多的是被设置于电子设备前端，作为前置摄像头，从而只需要提供近距离的成像。

但是随着市场的发展，短距离拍摄成像不能满足需求，因此需要满足增大拍摄距离而不影响成像效果的深度相机。而要满足该需求，则需要投影范围更大的结构光投影装置。

发明内容

本申请旨在提供一种满足增大拍摄距离而不影响成像效果的结构光投影装置以及配置有该结构光投影装置的深度相机和配置有该深度相机的电子设备。

根据本申请的一个实施方式，提供了一种结构光投影装置。该结构光投影装置可包括激光发射部、一个或多个准直透镜和驱动部。准直透镜可位于激光发射部所发出的光线的光路上，以对激光发射部所发出的光线进行准直。驱动部驱动准直透镜中的一个或多个可沿着光路移动和/或转动，以改变所述准直透镜的位置和角度，从而调整投射在空间目标的表面的结构光光斑的大小。

根据本申请的实施方式，驱动部可与准直透镜中的所有准直透镜相接触，以同步驱动准直透镜中的所有准直透镜沿着光路移动和/或转动。

根据本申请的实施方式，结构光投影装置还可包括衍射光学部，衍射光学部可位于准直透镜远离激光发射部的一侧，以将通过准直透镜的光线投射至空间目标的表面。

根据本申请的实施方式，驱动部可与准直透镜和衍射光学部相接触，以同步驱动准直透镜和衍射光学部沿着光路移动和/或转动。

根据本申请的实施方式，驱动部可与准直透镜中邻近于激光发射部的准直透镜相接触，以驱动准直透镜中邻近于激光发射部的准直透镜沿着光路移动和/或转动。

根据本申请的实施方式，驱动部可与准直透镜中邻近于衍射光学部的准直透镜相接触，以驱动准直透镜中邻近于衍射光学部的准直透镜沿着光路移动和/或转动。

根据本申请的实施方式，驱动部可与准直透镜的两个相对端部相接触，以驱动准直透镜的两个相对端同步移动，从而使准直透镜沿着光路移动，或者驱动准直透镜的两个相对端中的一个移动，从而使准直透镜相对于光路转动。

根据本申请的实施方式，驱动部可为任何适合的驱动装置，例如马达、mems驱动或磁力驱动机构。

根据本申请的实施方式，结构光投影装置还可包括控制部。控制部可电连接至驱动部，以相应于外部信号控制驱动部。

根据本申请的实施方式，控制部可为任何适合的控制装置，例如集成芯片等。

根据本申请的实施方式，衍射光学部可包括衍射层。衍射层可使光线分束。

根据本申请的实施方式，衍射光学部还可包括不规则散斑层。不规则散斑层可具有不规则散斑图案。

根据本申请的实施方式，提供了一种深度相机。该深度相机可包括上述实施方式中所述的结构光投影装置和接收模组。该接收模组可接收的景深范围大于或等于结构光投影装置的投影范围。

根据本申请的实施方式，接收模组可为可自动对焦模组或定焦模组。

根据本申请的实施方式，提供了一种电子设备。该电子设备可包括上述实施方式中所述的深度相机。

根据本申请的实施方式，电子设备可为手机、平板、电脑、电子书阅读器等。

附图说明

通过参照以下附图进行的详细描述，本申请的实施方式的以上及其它优点将变得显而易见，附图旨在示出本申请的示例性实施方式而非对其进行限制。在附图中：

图1示出了本申请的实施方式1的结构光投影装置的示意性结构图；

图2示出了实施例2的结构光投影装置的示意性结构图；

图3示出了实施例3的结构光投影装置的示意性结构图；

图4示出了实施例4的结构光投影装置的示意性结构图；

图5示出了实施例5的结构光投影装置的示意性结构图；以及

图6示出了实施例6的结构光投影装置的示意性结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。

本文使用的术语是为了描述特定示例性实施方式的目的，并且不意在进行限制。当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”指定所述特征、整体、元件、部件和/或它们的组的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或它们的组合的存在。

本文参考示例性实施方式的示意图来描述示例性实施方式。本文公开的示例性实施方式不应被解释为限于区域的具体示出的形状，而是包括能够实现相同功能的各种等效结构以及由例如制造产生的形状偏差。附图中所示的位置本质上是示意性的，并且它们的形状并不旨在示出装置的实际形状，并且不旨在进行限制。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属技术领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的语境下的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。

以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。

本申请提供了一种结构光投影装置。该结构光投影装置可包括激光发射部、一个或多个准直透镜和驱动部。准直透镜可位于激光发射部所发出的光线的光路上，以对激光发射部所发出的光线进行准直。驱动部驱动准直透镜中的一个或多个可沿着光路移动和/或转动，以调整投射在空间目标的表面的结构光光斑的大小、光强度等，从而使得投射距离适配于空间目标位置。例如空间目标距离较远，从而投射于空间目标表面的结构光光斑过大无法被接收、识别，通过调整所述准直透镜使得投射距离变远，即投射于空间目标表面的光斑大小符合接收要求，从而使得成像质量变高。衍射光学部可为任何适当的衍射光学元件(DOE，Diffractive Optical Elements)。

该结构光投影装置通过对准直透镜的位置、角度等进行调整，从而使得结构光投影装置投影范围变大，即距离增加，但是不影响投影效果。所述结构光投影装置的所述准直透镜的位置、角度的调整除了可以达到对焦效果外，还可以对结构光投影装置在组装、碰撞带来的误差进行补偿。

在示例性实施方式中，结构光投影装置还可包括衍射光学部，衍射光学部可位于准直透镜远离激光发射部的一侧，以将通过准直透镜的光线进行分束并投射至空间目标的表面。

在示例性实施方式中，驱动部可与准直透镜中的所有准直透镜相接触，以同步驱动准直透镜中的所有准直透镜沿着光路移动和/或转动。

在示例性实施方式中，驱动部可与准直透镜和衍射光学部相接触，以同步驱动准直透镜和衍射光学部沿着光路移动和/或转动。

在示例性实施方式中，驱动部可与准直透镜中邻近于激光发射部的准直透镜相接触，以驱动准直透镜中邻近于激光发射部的准直透镜沿着光路移动和/或转动。

在示例性实施方式中，优选地，驱动部可与准直透镜中邻近于衍射光学部的准直透镜相接触，以驱动准直透镜中邻近于衍射光学部的准直透镜沿着光路移动和/或转动。

在示例性实施方式中，驱动部可与准直透镜的两个相对端部相接触，以驱动准直透镜的两个相对端同步移动，从而使准直透镜沿着光路移动，或者驱动准直透镜的两个相对端中的一个移动，从而使准直透镜相对于光路转动。

在示例性实施方式中，驱动部可为任何适合的驱动装置，例如马达、mems驱动或磁力驱动机构等。

在示例性实施方式中，结构光投影装置还可包括控制部。控制部可电连接至驱动部，以相应于外部信号控制驱动部。

该对焦结构光投影装置可进行自动对焦，通过控制部以算法进行调整，根据空间目标的位置反馈来控制结构光投影装置，使得结构光投影装置投影出来的结构光光斑大小、光强度等，即使在远距离也符合需求，即拍摄距离可增大，从而使投影效果更佳。

在示例性实施方式中，控制部可为任何适合的控制装置，例如集成芯片等。

在示例性实施方式中，提供了一种深度相机。该深度相机可包括上述实施方式中所述的结构光投影装置和接收模组。该接收模组可接收的景深范围大于或等于结构光投影装置的投影范围。

在示例性实施方式中，接收模组可为可自动对焦模组或定焦模组。在这种情况下，确保投影的结构光范围变化不会影响接收模组接收效果。即接收模组的景深范围应当比本申请的可自动对焦结构光投影装置投影范围相同或者更大，从而确保可以接收到空间目标表面的结构光。

在示例性实施方式中，提供了一种电子设备。该电子设备可包括上述实施方式中所述的深度相机，该电子设备可为任何适当的设置，例如手机、平板、电脑、电子书阅读器。

下面参照图1至图6进一步描述可适用于上述实施方式的结构光投影装置的具体实施例。

实施例1

以下参照图1来描述本申请上述实施方式的结构光投影装置的实施例1。

如图1所示，结构光投影装置1的实施例1包括激光发射部2、一个准直透镜3、衍射光学部4和驱动部5。准直透镜3可位于激光发射部2所发出的光线的光路上，以对激光发射部2所发出的光线进行准直。衍射光学部4位于准直透镜3远离激光发射部2的一侧，以将通过准直透镜3的光线分束并投射至空间目标的表面。驱动部5驱动准直透镜3中的一个可沿着光路移动和/或转动，以调整投射在空间目标的表面的结构光斑的大小。衍射光学部4可为任何适当的衍射光学元件。

在实施例1中，驱动部5可与准直透镜3的两个相对端部相接触，以驱动准直透镜3的两个相对端同步移动，从而使准直透镜3沿着光路移动，或者驱动准直透镜3的两个相对端中的一个移动或两个相对端移动存在速度差，从而使准直透镜3相对于光路转动。

该结构光投影装置1通过对准直透镜3的位置、角度等进行调整，从而使得结构光投影装置1投影范围变大，即距离增加，但是不影响投影效果。所述结构光投影装置的所述准直透镜的位置、角度的调整除了可以达到对焦效果外，还可以对结构光投影装置在组装、碰撞带来的误差进行补偿。

在示例性实施方式中，驱动部5可为任何适合的驱动装置，例如马达。

在实施例1中，结构光投影装置1还可包括控制部6。控制部6可电连接至驱动部5，以相应于外部信号控制驱动部5。

该对焦结构光投影装置1可进行自动对焦，通过控制部6以算法进行调整，根据空间目标的距离来控制结构光投影装置1，使得结构光投影装置1投影出来的结构光光斑大小、光强度等，即使在远距离也符合需求，即拍摄距离可增大，从而使投影效果更佳。

控制部6可为任何适合的控制装置，例如集成芯片，集成芯片可以位于线路板，集成芯片位置不对本发明构成影响。

实施例2

以下参照图2描述本申请的结构光投影装置1的实施例2。除了驱动部5和准直透镜3的配置之外，在本实施例2及以下各实施例中描述的结构光投影装置1与实施例1中描述的摄像镜头的布置结构相同。为了简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。

图2示出了实施例2的结构光投影装置的示意性结构图。如图2所示，根据实施例2的结构光投影装置1包括两个准直透镜3。驱动部5与这两个准直透镜3相接触，以同步驱动这两个准直透镜3中沿着光路移动和/或转动。

实施例3

以下参照图3描述本申请的结构光投影装置1的实施例3。图3示出了实施例3的结构光投影装置1的示意性结构图。如图3所示，根据实施例3的结构光投影装置1同样包括两个准直透镜3。与实施例2不同的是，驱动部5仅与这两个准直透镜3中邻近于衍射光学部4的准直透镜3相接触，以驱动准直透镜3中邻近于衍射光学部4的准直透镜3沿着光路移动和/或转动。

实施例4

以下参照图4描述本申请的结构光投影装置1的实施例4。图4示出了实施例4的结构光投影装置1的示意性结构图。如图4所示，根据实施例4的结构光投影装置1同样包括两个准直透镜3。与实施例3不同的是，驱动部5仅与这两个准直透镜3中邻近于激光发射部2的准直透镜3相接触，以驱动准直透镜3中邻近于激光发射部2的准直透镜3沿着光路移动和/或转动。

实施例5

以下参照图5描述本申请的结构光投影装置1的实施例5。图5示出了实施例5的结构光投影装置1的示意性结构图。如图5所示，根据实施例5的结构光投影装置1同样包括两个准直透镜3。与实施例2不同的是，驱动部5不仅仅这两个准直透镜3相接触，还与衍射光学部4相接触，以同步驱动准直透镜3和衍射光学部4沿着光路移动和/或转动。

在上述实施例2-5中，结构光投影装置1均包括两个准直透镜3。但本领域技术人员应理解的是，结构光投影装置1可包括更多个准直透镜3，并且结构光投影装置1的驱动部5可驱动该多个准直透镜3和衍射光学部4组成的任意组合。

实施例6

以下参照图6描述本申请的结构光投影装置1的实施例6。除了衍射光学部4的配置之外，在本实施例6中描述的结构光投影装置1与实施例1中描述的摄像镜头的布置结构相同。为了简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。

图6示出了实施例6的结构光投影装置的示意性结构图。如图6所示，根据实施例6的结构光投影装置1的衍射光学部4包括衍射层7和不规则散斑层8。衍射层7用于衍射光线，即，使光线分束。

在常规结构光投影装置中，通常在激光发射部2中设计不规则散斑图案，导致激光发射部2结构复杂。而在本实施例中，不规则散斑层8具有不规则散斑图案，这样激光发射部2就不必设有不规则散斑图案，从而简化了激光发射部2的结构，降低了激光发射部2的设计难度。

本申请还提出了一种深度相机。除了装配有如上各实施例所述的结构光投影装置1之外，该深度相机还可包括接收模组。该接收模组可接收的景深范围大于或等于结构光投影装置1的投影范围。进一步该深度相机还包括RGB模组，可接收的景深范围大于或等于结构光投影装置1的投影范围，用以拍摄空间目标的图像，从而辅助接收模组识别。

接收模组可为可自动对焦模组或定焦模组。在这种情况下，确保投影的结构光范围变化不会影响接收模组接收效果。即接收模组的景深范围应当比本申请可自动对焦结构光投影装置1投影范围相同或者更大，从而确保可以接收到空间目标表面的结构光。

本申请还提出了一种电子设备。该电子设备装配有如上所述的深度相机。该电子设备可为任何适当的设置，例如手机、平板、电脑、电子书阅读器。

以上参照附图对本申请的示例性实施例进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施例仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来限制本申请的范围。凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (16)

1.结构光投影装置，包括：

激光发射部；

一个或多个准直透镜，位于所述激光发射部所发出的光线的光路上，以对所述激光发射部所发出的光线进行准直；以及

驱动部，驱动所述准直透镜中的一个或多个沿着所述光路移动和/或转动，以改变所述准直透镜的位置和角度。

2.如权利要求1所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部与所述准直透镜中的所有准直透镜相接触，以同步驱动所述准直透镜中的所有准直透镜沿着所述光路移动和/或转动。

3.如权利要求1所述的结构光投影装置，其中，所述结构光投影装置还包括衍射光学部，所述衍射光学部位于所述准直透镜远离所述激光发射部的一侧，以将通过所述准直透镜的光线投射至空间目标的表面。

4.如权利要求3所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部与所述准直透镜和所述衍射光学部相接触，以同步驱动所述准直透镜和所述衍射光学部沿着所述光路移动和/或转动。

5.如权利要求1所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部与所述准直透镜中邻近于所述激光发射部的准直透镜相接触，以驱动所述准直透镜中邻近于所述激光发射部的准直透镜沿着所述光路移动和/或转动。

6.如权利要求3所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部与所述准直透镜中邻近于所述衍射光学部的准直透镜相接触，以驱动所述准直透镜中邻近于所述衍射光学部的准直透镜沿着所述光路移动和/或转动。

7.如权利要求1所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部与所述准直透镜的两个相对端部相接触，以驱动所述准直透镜的两个相对端同步移动，从而使所述准直透镜沿着所述光路移动，或者驱动所述准直透镜的两个相对端中的一个移动，从而使所述准直透镜相对于所述光路转动。

8.如权利要求1所述的结构光投影装置，其中，所述驱动部为马达。

9.如权利要求1所述的结构光投影装置，还包括：

控制部，电连接至所述驱动部，以相应于外部信号控制所述驱动部。

10.如权利要求9所述的结构光投影装置，其中，所述控制部为集成芯片。

11.如权利要求3所述的结构光投影装置，其中，所述衍射光学部包括衍射层，所述衍射层使所述光线分束。

12.如权利要求11所述的结构光投影装置，其中，所述衍射光学部还包括不规则散斑层，所述不规则散斑层具有不规则散斑图案。

13.深度相机，包括：

如权利要求1至12中的任一项所述的结构光投影装置；以及

接收模组，所述接收模组的景深范围大于或等于所述结构光投影装置的投影范围。

14.如权利要求13所述的深度相机，其中，所述接收模组为可自动对焦模组或定焦模组。

15.电子设备，包括如权利要求13所述的深度相机。

16.如权利要求15所述的电子设备，其中，所述电子设备为以下组合中一种：手机、平板、电脑、电子书阅读器。