CN114815452B - 一种角度可调的散斑投射器模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度可调的散斑投射器模块，包括底座，底座内限定形成放置腔；固定座，固定座悬空设置在放置腔内，并能沿底座在竖直平面内摆动；激光器，激光器在固定座内并能与固定座同步摆动，激光器的下端面固定有永磁体；电磁驱动装置，电磁驱动装置利用电磁感应形成的线圈磁场，并与永磁体的磁体磁场作用，为固定座提供摆动的动力。电磁驱动装置通过电磁感应产生线圈磁场，与永磁体的磁铁磁场相吸或相斥，进而带动激光器摆动，实现对散斑投射器角度自由调整。

Description

一种角度可调的散斑投射器模块

技术领域

本发明涉及散斑投射器技术领域，特别涉及一种角度可调的散斑投射器模块。

背景技术

近年来，随着摄影技术的日渐成熟和摄像技术的持续发展，摄像模组的功能也不再仅仅局限于普通拍照。将摄像模组和散斑投射器配合在一起，在3D测绘、建模和三维重建领域都得到了大规模的应用。散斑投射器可以向物体或场景投射具有散斑图案的光线，以便于在后续被摄像模组接收物体或场景等反射的具有散斑图案的光线，从而获得关于物体或场景等的深度信息，实现结构光三维视觉。

现有的散斑投射器,根据运用的场景需求，在固定散斑投射器时，只能根据散斑投射器外形设计结构，固定一定的角度，从而满足运用要求。固定角度的散斑投射器，角度识别范围小，无法同时实现多角度转换。但对于有些场景，需要成像范围更广的散斑投射器，固定角度的散斑投射器，无法满足复杂场景需求。这对于光学衍射元件是个挑战，通常受限于光学衍射效率的物料特性，大角度设计的衍射器件，其边缘效果很差，点数稀疏，使得精度下降明显，短期内无法满足市场需求。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种角度可调的散斑投射器模块，可调节散斑投射器的投射角度，扩大使用范围，同时提升点的密度。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种角度可调的散斑投射器模块，包括底座，所述底座内限定形成放置腔；固定座，所述固定座悬空设置在放置腔内，并能沿底座在竖直平面内摆动；激光器，所述激光器在固定座内并能与固定座同步摆动，所述激光器的下端面固定有永磁体；电磁驱动装置，所述电磁驱动装置利用电磁感应形成的线圈磁场，并与所述永磁体的磁体磁场作用，为所述固定座提供摆动的动力。

本发明的有益效果在于：电磁驱动装置通过电磁感应产生线圈磁场，与永磁体的磁铁磁场相吸或相斥，进而带动激光器摆动，实现对散斑投射器角度自由调整。

进一步来说，所述电磁驱动装置包括驱动板和与永磁体对应设置的电感线圈，所述驱动板固定在底座下端面，所述电感线圈固定在驱动板上端面，所述电感线圈能延伸进放置腔内并与永磁体间留有间隙。驱动板与外部电源和驱动件连接，驱动板为电感线圈供电，并能调节经过电感线圈的电流大小和方向，以调节线圈磁场的大小和方向。

进一步来说，所述驱动板上还设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测电感线圈磁通量并侦测永磁体的位移。霍尔传感器采集到永磁体的位移后，输出一个电信号，驱动板上的控制芯片接收到该电信号，进行计算。控制芯片再输出一个电信号，电感线圈的电流被改变，使激光器被控制在一定的角度上。霍尔传感器实时反馈永磁体的位置，激光器可以更快、更精准控制在需要的角度上。

进一步来说，所述底座和固定座通过第一簧片连接，所述第一簧片将固定座悬空固定在放置腔内，所述第一簧片在在固定座摆动时产生变形，并为所述固定座提供复位的拉力。第一簧片一方面起到固定固定座和底座的作用，另一方面，利用第一簧片的弹性，便于激光器摆动，增加柔韧性。

进一步来说，所述第一簧片设置有两个，两个所述第一簧片对称设置在固定座两侧，所述第一簧片沿固定座的摆动方向设置，所述第一簧片的端部分别与固定座和底座的上端固定连接。两个对称设置的第一簧片，提高了固定座和底座连接的稳定性。

进一步来说，所述第一簧片包括两个成镜像设置的弹性部，两个所述弹性部的中间通过连接部固定，两个所述弹性部的两端分别设置有固定部，一个所述弹性部两端的固定部与固定座固定，另一个所述弹性部两端的固定部与底座固定。

进一步来说，所述弹性部成水平方放置的波浪结构，所述波浪结构的单个波可为方形、圆弧形、三角形或梯形中的任一一种。

进一步来说，所述激光器包括线路板和与线路板通信连接的散斑投射器，所述线路板固定在散斑投射器下端面并能控制散斑投射器点亮，所述线路板和驱动板通过连接线通信连接。驱动板将信号和电量提供到线路板上，再通过线路板电量散斑投射器。

进一步来说，所述底座上固定有与控制板的引脚对应的PIN脚，所述连接线为与PIN脚对应设置的第二簧片，所述第二簧片沿固定座的摆动方向设置，所述第二簧片的两端分别与PIN脚和线路板上的引脚固定，所述第二簧片在在固定座摆动时产生变形，并为所述固定座提供复位的拉力。第二簧片一方面起到导线的作用，是实现线路板和控制板的通信连接，另一方面利用自身的弹性，便于激光器摆动，增加柔韧性。

进一步来说，每个所述第二簧片均包括变形部和设置在变形部两端的焊接部，两端的所述焊接部分别与线路板的引脚和PIN脚焊接固定，所述变形部能在固定座摆动时发生变形并为固定座提供复位的拉力。

附图说明

图1为本发明实施例的爆炸图；

图2为本发明实施例的立体图；

图3为本发明实施例的剖视图；

图4为本发明实施例中底座和电磁驱动装置的连接状态示意图；

图5为本发明实施例中固定座和激光器的连接状态示意图；

图6为本发明实施例中固定座和激光器的另一角度连接状态示意图；

图7为本发明实施例中第一簧片的结构示意图；

图8为图2中的A处放大图；

图9为图2中的B出放大图；

图10为本发明实施例中激光器摆动状态示意图；

图11为本发明实施例的系统框图。

图中：

1、底座；11、连接柱；12、限位块；13、PIN脚；14、凸条；2、固定座；3、激光器；31、线路板；32、散斑投射器；4、第二簧片；41、变形部；42、焊接部；5、永磁体；6、电磁驱动装置；61、驱动板；62、电感线圈；63、霍尔传感器；7、第一簧片；71、弹性部；72、连接部；73、固定部；731、连接孔；8、外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1和3所示，一种角度可调的散斑投射器32模块，包括底座1，底座1内限定形成放置腔，放置腔内悬空设置有能沿其在竖直平面内摆动的固定座2。固定座2内设置有激光器3，激光器3能与固定座2同步摆动，激光器3下端面固定有永磁体5。还包括电磁驱动装置6，电磁驱动装置6利用电磁感应形成的线圈磁场为固定座2提供摆动的动力。电磁驱动装置6通过电磁感应产生线圈磁场，与永磁体5的磁铁磁场相吸或相斥，进而带动激光器3摆动，实现对散斑投射器32角度自由调整。

参见附图2和3所示，电磁驱动装置6包括驱动板61和电感线圈62，驱动板61固定在底座1下端面并能与外部电源和控制器连接。电感线圈62固定在驱动板61上端面，驱动板61为电感线圈62供电，且电感线圈62能延伸进放置腔内。永磁体5与电感线圈62上下对应设置，且永磁体5和电感线圈62之间留有间隙。

驱动板61通电后，为电感线圈62供电，电感线圈62通电后，与永磁体5两个能相互作用的磁场，推动永磁体5摆动，即推动激光器3摆动，以调节激光器3的投射角度。改变供给电感线圈62的电流的大小和流向，即能改变线圈磁场大小和方向，实现激光器3的不同角度的摆动。参见附图10所示，初始状态时，电感线圈62未通电，此时激光器3居中，处于附图中(b)的位置，当电感线圈62通入电流I，此时电感线圈62产生一个线圈磁场，与永磁体5的磁铁磁场作用，向在竖直面内向左摆动角度θ1，处于附图10中(a)的位置。当电感线圈62通入反向电流-I,此时电感线圈62产生的线圈磁场反向，而永磁体5的磁铁磁场不会改变，与磁铁磁场作用，向在竖直面内向右摆动角度θ2，处于附图10中(c)的位置。

参见附图6所示，永磁体5位于电感线圈62的正上方，包括至少一个磁铁。在一个实施例中，永磁体5为一块磁铁，磁铁在水平面内的两端分别为N极和S极。当电感线圈62通电时，通过电流大小和方向改变线圈磁场，以与磁铁的磁铁磁场作用，吸附N极或S极，以推动磁铁和与磁铁固定连接的激光器3在竖直面内摆动。

在另一个实施例中，永磁体5也可为两个磁极反向放置的磁铁，一块磁铁在竖直面内的两端分别为N极和S极，另一块磁铁反向放置。当线圈通电时，通过电流大小和方向改变线圈磁场，以与磁铁的磁铁磁场作用，吸附N极或S极，以推动磁铁和与磁铁固定连接的激光器3在竖直面内摆动。两块磁铁结构，增大线圈磁场与磁铁的吸附和排斥力，能为磁铁提供更大的推力。

在一个实施例中，参见附图4所示，为了增大电感线圈62磁场的作用力，电感线圈62为环形线圈或跑道形线圈，电感线圈62包括磁环和缠绕在磁环上的线圈，线圈在不同位置分别引出了两个引脚，两个引脚与驱动板61上的引脚焊接固定。磁环为圆环结构或跑道形结构。当线圈为跑道跑道形线圈时，磁铁沿跑道形线圈的长度方向设置，提高了线圈磁场和磁铁磁场的作用面积，增大了作用力。

驱动板61上还设置有用于检测电感线圈62磁通量的霍尔传感器63，霍尔传感器63位于环形线圈或跑道形线圈的中心位置，并焊接固定在驱动板61上与驱动板61通信连接。霍尔传感器63通过检测电感线圈62的磁通量，来侦测永磁体5(即激光器3的)的位移。参照附图11所示，外部的控制器发送激光器3的转动角度指令参数到驱动板61上的比较器上，驱动板61为电感线圈62供电后，电感线圈62产生线圈磁场，霍尔传感器63通过磁通量感测到永磁铁的位置，并输出一个电信号，驱动板61上的控制芯片接收到该电信号，进行计算。控制芯片再输出一个电信号，电感线圈62的电流被改变，使激光器3被控制在一定的角度上。霍尔传感器63实时反馈永磁体5的位置，并将位置信息传输到比较器上，激光器3可以更快、更精准控制在需要的角度上。

永磁体5固定在激光器3的中心位置，这样让激光器3在摆动时，受力更加均匀，不会出现偏移的情况。

参见附图2和8所示，固定座2和底座1之间还设置有第一簧片7，第一簧片7用于固定座2和底座1的固定，将固定座2悬空固定在底座1的放置腔内。同时第一簧片7为固定座2的摆动提供复位的拉力，当电磁驱动装置6的驱动力大于第一簧片7的拉力时，固定座2发生摆动，第一簧片7的拉力持续增大，直至电磁驱动装置6的驱动力与第一簧片7的拉力平衡，此时固定座2保持固定角度不动。当电磁驱动装置6断电时，固定座2由能在第一簧片7拉动下快速复位，回到初始位置。

第一弹片的设置，一方面用于连接固定座2和底座1，另一方面在激光器3摆动过程中，增加柔韧性，提供复位的作用力。

第一簧片7设置有两个，对称设置在固定座2两侧，第一簧片7沿固定座2的摆动方向设置。第一簧片7的端部分别与固定座2和底座1固定连接。

参照附图7和8所示，第一簧片7包括两个成镜像设置的弹性部71，两个弹性部71的中间通过连接部72固定，两个弹性部71的两端分别设置有固定部73。一个弹性部71两端的固定部73与固定座2固定，另一个弹性部71两端的固定部73与底座1固定。当固定座2相对底座1产生摆动时，弹性部71会产生变形，对固定座2施加复位的作用力，与电磁驱动装置6的作用力平衡，保证固定座2(即激光器3)能在特定角度保持不动。

弹性部71成水平方放置的波浪结构，波浪结构的单个波可为方形、圆弧形、三角形或梯形中的一种。只要能产生弹性变形，提供复位的拉力即可。

固定部73与底座1和固定座2均通过热铆的方式固定，参见附图4所示，固定座2和底座1的上端面均固定有连接柱11，固定部73上开设有供连接柱11插入的连接孔731。连接柱11插入连接孔731后，通过热铆的方式固定固定部73和固定座2/底座1。

参见附图4所示，固定座2和底座1上均设置有能与连接部72抵接的限位块12，限位块12的上端面与连接部72的下端面抵接，保证弹性部71在产生变形时，通过限位块12为连接部72提供支撑，提高整个第一簧片7的刚性。在一个实施例中，也可将连接部72固定在限位块12上。

连接部72设置在中间位置，让位于连接部72两侧的弹性部71分别产生变形，当固定座2在左右摆动时，连接部72两侧的弹性部71分别提供拉力。

参见附图5所示，激光器3包括线路板31和与线路板31通信连接的散斑投射器32，线路板31固定在散斑投射器32下端面并能控制散斑投射器32点亮。线路板31和驱动板61通信连接，驱动板61通电后，信号传递到线路板31后，点亮散斑投射器32开始工作。永磁体5固定在线路板31的下端面，可通过胶水固定。

参见附图5所示，底座1上固定有与控制板的引脚对应的PIN脚13，线路板31通过对应的连接线与PIN脚13连通，进而实现与控制板的通行连接。

在一个实施例中，参见附图2和9所示，连接线为与引脚对应设置的第二簧片4，第二簧片4设置在在固定座2的前端，且第二簧片4沿固定座2的摆动方向设置。每个第二簧片4均包括变形部41和设置在变形部41两端的焊接部42，两端的焊接部42分别与线路板31的引脚和PIN脚13焊接固定，变形部41能在固定座2摆动时发生变形并为固定座2提供复位的拉力。

弹性部71成水平方放置的波浪结构，波浪结构的具体形态根据线路板31的引脚到PIN脚13间的实际距离决定。

第二簧片4的设置，一方面连通驱动板61和线路板31，通电后，用于连接散斑投射器32进行工作，另一方面，便于散斑投射器32摆动，增加柔韧性。

在一个实施例中，连接线可直接为通信线，不具有弹性，此时连接线只能起到通信作用。

参见附图4所示，底座1包括底板和沿底板向上延伸的两个平行设置的侧板，侧板位于固定座2的两侧，并沿固定座2的摆动方向延伸，侧板和底板之间限定形成放置腔。控制板固定在底板的下端面，底板上设置有供线圈穿过的让位孔。两个侧板之间固定有位于固定座2前端的PIN脚13座，PIN脚13固定在PIN脚13座上。底板、侧板和PIN脚13座一体成型。

连接柱11和限位块12设置在两个侧板的上端面。底板上还设置有两个凸条14，图条限定固定座2的摆动角度，固定座2在摆动到极限位置时，与图条抵接。

参见附图5所示，固定座2包括首尾相连的四个围板，四个围板围成方形结构，激光器3固定在四个围板之间。散斑投射器32的上端延伸出围板，下端与线路板31固定。围板的下端面与底板之间留有间隙，整个固定座2是悬空放置在放置腔内，以让固定座2内在放置腔内摆动。放置腔的空间大于围板形成的固定座2的体积。

两个平行设置的围板上开设有与凸条14对应的限位槽。凸条14嵌入限位槽内，且在初始状态时，不予限位槽的槽壁抵接。连接柱11和限位块12设置在两个平行设置的围板的上端面。

参见附图1所示，还包括外壳8，外壳8自上而下套接在底座1上，并与底座1固定连接。外壳8上开设有供散斑投射器32穿过的通孔。第一簧片7和第二簧片4均位于外壳8内，外壳8有效保护了第一簧片7和第二簧片4，让整个模块更加牢固，提高适用寿命。

在组装过程中，首先将散斑投射器32和线路板31固定在固定座2上，同时将永磁体5固定在线路板31的下端面。然后将驱动板61固定在底座1上，此时驱动板61上已经固定有电磁线圈和霍尔传感器63。将固定有激光器3和永磁体5的固定座2通过第一簧片7与底座1固定，第一簧片7与固定座2和底座1的固定方式采用热铆。然后通过第二簧片4将线路板31与底座1上的PIN脚13导通和固定，第二簧片4与线路板31和PIN脚13的固定方式为SMT焊锡。最后套接外壳8，将外壳8与底座1固定。

工作时，外部的控制器发送激光器3的转动角度指令参数到驱动板61上的比较器上，驱动板61通电并为电感线圈62供电后，电感线圈62产生线圈磁场，与永磁体5的磁铁磁场相互作用，推动永磁体5摆动。霍尔传感器63通过磁通量感测到永磁铁的位置，并输出一个电信号，驱动板61上的控制芯片接收到该电信号，进行计算。控制芯片通过计算，再输出一个电信号，将电感线圈62的电流被改变，使激光器3被控制在一定的角度上。霍尔传感器63实时反馈永磁体5的位置，并将位置信息传输到比较器上，激光器3可以更快、更精准控制在需要的角度上。本实施例中，通过第一簧片7、电感线圈62和永磁体5形成的特殊的机械结构，利用电磁驱动，形成一个闭环控制系统，从而实现投射器角度的变化调整。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种角度可调的散斑投射器模块，其特征在于：包括

底座，所述底座内限定形成放置腔；

固定座，所述固定座悬空设置在放置腔内，并能沿底座在竖直平面内摆动；所述底座和固定座通过第一簧片连接，所述第一簧片将固定座悬空固定在放置腔内，所述第一簧片在在固定座摆动时产生变形，并为所述固定座提供复位的拉力，所述第一簧片设置有两个，两个所述第一簧片对称设置在固定座两侧，所述第一簧片沿固定座的摆动方向设置，所述第一簧片的端部分别与固定座和底座的上端固定连接；

激光器，所述激光器在固定座内并能与固定座同步摆动，所述激光器的下端面固定有永磁体；所述激光器包括线路板和与线路板通信连接的散斑投射器，所述线路板固定在散斑投射器下端面并能控制散斑投射器点亮，所述线路板和驱动板通过连接线通信连接，所述底座上固定有与控制板的引脚对应的PIN脚，所述连接线为与PIN脚对应设置的第二簧片，所述第二簧片沿固定座的摆动方向设置，所述第二簧片的两端分别与PIN脚和线路板上的引脚固定，所述第二簧片在在固定座摆动时产生变形，并为所述固定座提供复位的拉力；

电磁驱动装置，所述电磁驱动装置利用电磁感应形成的线圈磁场，并与所述永磁体的磁体磁场作用，为所述固定座提供摆动的动力，所述电磁驱动装置包括驱动板和与永磁体上下对应设置的电感线圈，所述驱动板固定在底座下端面，所述电感线圈固定在驱动板上端面，所述电感线圈能延伸进放置腔内并与永磁体间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的角度可调的散斑投射器模块，其特征在于：所述驱动板上还设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器用于检测电感线圈磁通量并侦测永磁体的位移。

3.根据权利要求1所述的角度可调的散斑投射器模块，其特征在于：所述第一簧片包括两个成镜像设置的弹性部，两个所述弹性部的中间通过连接部固定，两个所述弹性部的两端分别设置有固定部，一个所述弹性部两端的固定部与固定座固定，另一个所述弹性部两端的固定部与底座固定。

4.根据权利要求3所述的角度可调的散斑投射器模块，其特征在于：所述弹性部成水平方放置的波浪结构，所述波浪结构的单个波可为方形、圆弧形、三角形或梯形中的任一一种。

5.根据权利要求1所述的角度可调的散斑投射器模块，其特征在于：每个所述第二簧片均包括变形部和设置在变形部两端的焊接部，两端的所述焊接部分别与线路板的引脚和PIN脚焊接固定，所述变形部能在固定座摆动时发生变形并为固定座提供复位的拉力。

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