CN115550523A - 激光发射模块、深度相机及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种激光发射模块、深度相机及电子设备，属于电子技术领域。该激光发射模块包括发射组件和相位阵列组件；发射组件具有出光口，出光口用于射出激光束；相位阵列组件位于出光口处，相位阵列组件用于改变出光口射出的激光束的偏向角。本公开能够提高射出的激光束的视场角。

Description

激光发射模块、深度相机及电子设备

技术领域

本公开属于电子技术领域，特别涉及一种激光发射模块、深度相机及电子设备。

背景技术

深度相机属于3D相机，其能够检测出拍摄空间的景深距离。

在相关技术中，深度相机主要包括激光发射模块和激光接收模块，激光发射模块用于向目标物体发射激光束，激光接收模块用于接收反射回来的激光束。为了提高射出的激光束的视场角，就需要增大激光束的光功率，即增大激光发射模块的电功率。

然而，随着激光发射模块的电功率提高，会导致激光发射模块产生更多的热量，对深度相机的散热性能提出了更高的要求，不利于深度相机的长时间工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开的目的在于提供一种激光发射模块、深度相机及电子设备，能够提高射出的激光束的视场角。

为了达到上述目的，本公开所采用的技术方案如下：

根据本公开的一个方面，提供了一种激光发射模块，包括发射组件和相位阵列组件；

所述发射组件具有出光口，所述出光口用于射出激光束；

所述相位阵列组件位于所述出光口处，所述相位阵列组件用于改变所述出光口射出的激光束的偏向角。

在本公开的一种实现方式中，所述相位阵列组件包括线路板组件、透明衬底和多个相位调整单元；

所述线路板组件位于所述出光口外，且与所述发射组件相连；

所述透明衬底位于所述出光口处，且与所述出光口射出的激光束垂直；

多个所述相位调整单元均位于所述透明衬底远离所述出光口的一面，且成阵列排布，多个所述相位调整单元所构成的阵列，在所述出光口所处平面上的正投影，至少部分与所述出光口重合。

在本公开的另一种实现方式中，所述相位调整单元为液晶单元或者光波导单元。

在本公开的又一种实现方式中，所述线路板组件包括第一电路板和第二电路板；

所述第一电路板夹设在所述透明衬底和所述出光口之间，所述第一电路板的中部具有透光孔，所述透光孔与所述出光口相对；

所述第二电路板的一端与所述第一电路板相连，另一端与所述发射组件相连。

在本公开的又一种实现方式中，所述发射组件包括第三电路板、框架和激光芯片；

所述框架的一端与所述第三电路板的表面相连，所述框架的另一端具有所述出光口；

所述激光芯片位于所述框架内，且与所述第三电路板的表面相连。

在本公开的又一种实现方式中，所述发射组件还包括准直透镜；

所述准直透镜位于所述出光口和所述激光芯片之间，且所述准直透镜与所述框架的内壁相连。

根据本公开的另一方面，提供了一种深度相机，包括激光发射模块和激光接收模块；

所述激光发射模块为前文所述的激光发射模块；

所述激光接收模块与所述激光发射模块并排布置。

在本公开的一种实现方式中，所述激光接收模块包括第四电路板、支架和传感器芯片；

所述支架与所述第四电路板的表面相连，所述支架具有进光口，所述进光口位于所述支架远离所述第四电路板的一面；

所述传感器芯片位于所述支架内，且与所述第四电路板的表面相连，所述传感器芯片与所述进光口相对。

在本公开的另一种实现方式中，所述激光接收模块还包括接收镜头和窄带滤光片；

所述接收镜头位于所述进光口处，且与所述支架相连；

所述窄带滤光片位于所述进光口处，且夹设在所述接收镜头和所述支架之间。

在本公开的又一种实现方式中，所述深度相机还包括补强板；

所述激光发射模块和所述激光接收模块均与所述补强板的同一表面相连。

根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备，包括壳体和深度相机；

所述深度相机为前文所述的深度相机，所述深度相机位于所述壳体内。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少是：

在通过本公开实施例提供的激光发射模块发射激光束时，激光束由发射组件的出光口射出，并穿过相位阵列组件。激光束在穿过相位阵列组件时，由于相位阵列组件能够通过电光效应或热光效应来改变自身的折射率，从而改变激光束的偏向角，所以能够调整激光束的照射方向，相当于实现了激光束在一定角度内的扫描，即增大了激光束的视场角。

并且，由于本公开实施例提供的激光发射模块，在增大激光束的视场角的过程中，并没有提高激光束的光功率，所以也不会提高激光发射模块的电功率，不存在过热的问题，能够长时间的工作。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的深度相机的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的激光发射模块的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的图2的A-A方向的剖视图；

图4是本公开实施例提供的激光束的光路示意图；

图5是本公开实施例提供的图1的B-B方向的剖视图；

图6是本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。

图中各符号表示含义如下：

11、发射组件；11a、出光口；111、第三电路板；112、框架；113、激光芯片；1131、激光芯片驱动器；114、准直透镜；

12、相位阵列组件；121、透明衬底；122、相位调整单元；123、线路板组件；1231、第一电路板；1231a、透光孔；1232、第二电路板；124、相位阵列组件驱动器；

21、第四电路板；

22、支架；22a、进光口；

23、传感器芯片；

24、接收镜头；

25、窄带滤光片。

100、激光发射模块；

200、激光接收模块；

300、补强板；

410、第一柔性电路板；

420、第二柔性电路板；

1000、壳体；

2000、深度相机。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

深度相机属于3D相机，其能够检测出拍摄空间的景深距离。

在相关技术中，深度相机主要包括以下三种，分别为结构光深度相机、双目立体视觉深度相机和光飞行时间法深度相机。

其中，光飞行时间法深度相机指的是TOF(Time of flight)相机，主要包括激光发射模块和激光接收模块，激光发射模块用于向目标物体发射激光束，激光接收模块用于接收反射回来的激光束。通过射出的激光束和接收的激光束之间的时间差，来计算得到距离目标物体的景深距离。为了激光束能够照射到更多的目标物体，需要提高射出的激光束的视场角，如此一来就需要增大激光束的光功率，即增大激光发射模块的电功率。

然而，随着激光发射模块的电功率提高，会导致激光发射模块产生更多的热量，对深度相机的散热性能提出了更高的要求，不利于深度相机的长时间工作。

为了解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种深度相机。图1为该深度相机的结构示意图，如图1所示，该深度相机包括激光发射模块100和激光接收模块200，激光接收模块200与激光发射模块100并排布置。激光发射模块100能够改变激光束的偏向角，所以能够调整激光束的照射方向，相当于实现了激光束在一定角度内的扫描，即增大了激光束的视场角。

并且，由于改变激光束的偏向角，不需要提高激光束的光功率，所以激光发射模块100的电功率也不会提高，如此一来，就不存在过热的问题，使得深度相机能够长时间的工作。除此之外，在电功率保持不变的情况下，深度相机的功耗也不会增加，功率转换效率也不会下降，使得深度相机的性能得到了保证。

由前文可知，深度相机之所以能够在不增加激光束的光功率的情况下，提高激光束的视场角，是因为激光发射模块100能够改变射出的激光束的偏向角。下面对此进行说明。

图2为激光发射模块100的结构示意图，结合图2，在本实施例中，该激光发射模块100包括发射组件11和相位阵列组件12。

图3为图2的A-A方向的剖视图，结合图3，发射组件11具有出光口11a，出光口11a用于射出激光束，相位阵列组件12位于出光口11a处，相位阵列组件12用于改变出光口11a射出的激光束的偏向角。

在通过本公开实施例提供的激光发射模块100发射激光束时，激光束由发射组件11的出光口11a射出，并穿过相位阵列组件12。激光束在穿过相位阵列组件12时，由于相位阵列组件12能够通过电光效应或热光效应来改变自身的折射率，从而改变激光束的偏向角，所以能够调整激光束的照射方向，相当于实现了激光束在一定角度内的扫描，即增大了激光束的视场角。

并且，由于本公开实施例提供的激光发射模块100，在增大激光束的视场角的过程中，并没有提高激光束的光功率，所以也不会提高激光发射模块100的电功率，不存在过热的问题，能够长时间的工作。

由此可见，相位阵列组件12在增大激光束的视场角的过程中起到了关键的作用，下面继续对相位阵列组件12进行说明。

继续参见图3，在本实施例中，相位阵列组件12可以包括线路板组件123、透明衬底121和多个相位调整单元122。

线路板组件123位于出光口11a外，且与发射组件11相连，透明衬底121位于出光口11a处，且与出光口11a射出的激光束垂直，多个相位调整单元122均位于透明衬底121远离出光口11a的一面，且成阵列排布，多个所述相位调整单元122所构成的阵列，在所述出光口11a所处平面上的正投影，至少部分与所述出光口11a重合。

在上述实现方式中，线路板组件123作为透明衬底121和多个相位调整单元122的载体，并为各相位调整单元122提供电能，使得相位调整单元122能够正常工作。透明衬底121用于为各相位调整单元122提供载体。相位调整单元122的材料具有电光效应和热光效应，电光效应指的是在外加电场的作用下，相位调整单元122的折射率会发生变化，热光效应指的是在温度变化的影响下，相位调整单元122的折射率会发生变化。通过改变相位调整单元122的折射率，能够使得穿过各相位调整单元122的激光束之间产生相位差，从而产生相位延迟。如此一来，使得各激光束之间产生干涉，令某方向上的激光束相干相长，而在其他方向上的激光束则相干相消，从而改变激光束的偏向角。也就是说，通过控制各相关单元的外加电场或者温度，就能够改变激光束的偏向角。

示例性地，相位调整单元122为液晶单元或者光波导单元。液晶单元具有电光效应，即通过改变外加电场能够改变折射率。光波导单元具有热光效应，即通过改变温度能够改变折射率。

由前文可知，多个所述相位调整单元122所构成的阵列，在所述出光口11a所处平面上的正投影，至少部分与所述出光口11a重合。也就是说，多个相位调整单元122所构成的阵列，在出光口11a所处平面上的正投影，既可以包含出光口11a，也可以被出光口11a所包含。

可选地，每个相位调整单元122在出光口11a所处平面上的正投影，均位于出光口11a内。如此设计，能够避免出光口11a对相位调整单元122造成遮挡。

在其他实施例中，出光口11a位于多个相位调整单元122所构成的阵列，在出光口11a所处平面上的正投影内。如此设计，能够避免激光束溢出第一透镜单元1222和第二透镜单元1232的处理范围。

为了对各相位调整单元122进行控制，在本实施例中，线路板组件123包括第一电路板1231和第二电路板1232。

第一电路板1231夹设在透明衬底121和出光口11a之间，第一电路板1231的中部具有透光孔1231a，透光孔1231a与出光口11a相对。第二电路板1232的一端与第一电路板1231相连，另一端与发射组件11相连。

在上述实现方式中，第一电路板1231用于承载透明衬底121，并为各相位调整单元122提供供电。在第二电路板1232的连接下，第一电路板1231能够和发射组件11相连，从而利用发射组件11为第一电路板1231供电，使得激光发射模块100的结构更为紧凑，有利于深度相机的小型化设计。

示例性地，第一电路板1231可以为印刷电路板，第二电路板1232可以为柔性电路板。如此一来，利用印刷电路板的结构强度，能够更为稳固的承载透明衬底121，利用柔性电路板的柔性特点，能够便于连接第一电路板1231和发射组件11。

当然，在其他实施例中，线路板组件123也可以仅包括一个线路板，该线路板既能够承载透明衬底121，又能够与发射组件11相连。在此情况下，线路板组件123为柔性电路板，从而便于塑形。

可选地，第二电路板1232位于发射组件11的外侧，从而能够避免第二电路板1232对发射组件11的正常工作产生影响。

前文对相位阵列组件12如何使得激光束偏转进行了介绍，下面对发射组件11进行介绍。

继续参见图3，在本实施例中，发射组件11可以包括第三电路板111、框架112和激光芯片113。

框架112的一端与第三电路板111的表面相连，框架的另一端具有出光口11a，激光芯片113位于框架112内，且与第三电路板111的表面相连。

在上述实现方式中，第三电路板111用于承载框架112和激光芯片113，并为激光芯片113供电。框架112内部中空，用于容置激光芯片113。激光芯片113用于发射激光束，使得激光束贯穿框架112的内部空间，并由出光口11a射出。

示例性地，第三电路板111可以为印刷电路板，如此一来，利用印刷电路板的结构强度，能够更为稳固的承载框架112和激光芯片113。

示例性地，激光芯片113可以为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)。激光芯片113可以包括基板和芯片主体，基板的一表面与第三电路板111相连，基板的另一表面与芯片主体相连。

可选地，激光芯片驱动器1131和相位阵列组件驱动器124均与第三电路板111相连，且位于支架22的同一侧。如此设计，能够使得激光发射模块100的结构更为紧凑，有利于深度相机的小型化设计。

为了保证出光口11a射出的激光束均为平行激光束，在本实施例中，发射组件11还包括准直透镜114，准直透镜114位于出光口11a和激光芯片113之间，且准直透镜114与框架112的内壁相连。如此设计，激光束在由出光口11a射出之前，会经过准直透镜114准直，使得由出光口11a射出的激光束均为平行激光束，这样能够更好的控制激光束的干涉。

图4为激光束的光路示意图，下面结合图4，对激光发射模块100的工作过程进行介绍。

激光芯片113发射激光束，激光束透射过准直透镜114，并在准直透镜114的作用下，准直为平行激光束。平行激光束由出光口11a射出，并依次透射过透明衬底121和各相位调整单元122。在透射过相位调整单元122的过程中，若各相位调整单元122未施加控制，那么激光束继续按照原来的方向传播(参见图4上部分)，激光束的波前a构成的等相位面L始终垂直于经过相位调整单元122之前的激光束。若各相位调整单元122施加了控制，折射率发生了改变，那么穿过各相位调整单元122的激光束之间产生相位差，从而产生相位延迟，激光束的波前a构成的等相位面L倾斜于经过相位调整单元122之前的激光束。由于各激光束之间存在相位差，所以各激光束之间会产生干涉，从而产生偏向(参见图4下部分)。

需要说明的是，为了实现激光束的稳态干涉，需要满足以下三个条件，各激光束的频率相同、各激光束存在相互平行的振动分量、各激光束的相位差恒定。其中，由于各激光束均由同一激光芯片113射出，且经过准直透镜114准直，所以符合上述第一个和第二个条件，那么只需保证各激光束的相位差恒定即可。例如，第一个激光束和第二个激光束之间的相位差为Δφ，第二个激光束和第三个激光束之间的相位差为2Δφ，第三个激光束和第四个激光束之间的相位差为3Δφ，以此类推。如此一来，满足等相位关系的激光束相干相长，不满足的则相干相消，使得经过等相位面L的激光束始终垂直于等相位面L。

下面对等相位面的倾斜角进行计算。

由几何关系可得，以下关系式：

Δd＝d·sinθ (1)

其中，Δd为相邻两个激光束到等相位面的光程差，d为相邻两个激光束之间的间距，θ为等相位面和经过相位调整单元122之前的激光束之间的倾斜角。

在干涉光场中，中点的光强分布满足以下关系式：

在干涉光场中，相邻激光束在中点位置的相位差满足以下关系式：

根据公式(1)和(3)可得：

由此可见，在保证各激光束的相位差恒定的情况下，能够确定等相位面的倾斜角，从而确定激光束的偏转角。

下面对激光接收模块200进行介绍。

图5为图1的B-B方向的剖视图，结合图5，在本实施例中，激光接收模块200可以包括第四电路板21、支架22和传感器芯片23。

支架22与第四电路板21的表面相连，支架22具有进光口22a，进光口22a位于支架22远离第四电路板21的一面。传感器芯片23位于支架22内，且与第四电路板21的表面相连，传感器芯片23与进光口22a相对。

在上述实现方式中，第四电路板21用于承载支架22和传感器芯片23，并为传感器芯片23供电。传感器芯片23用于接收由进光口22a进入的激光束，从而计算出景深距离。支架22罩设在传感器芯片23之外，用于支承其他部件，并对传感器芯片23起到保护作用。

示例性地，第四电路板21可以为印刷电路板，如此一来，利用印刷电路板的结构强度，能够更为稳固的承载支架22和传感器芯片23。

可选地，激光接收模块200还可以包括接收镜头24和窄带滤光片25。

接收镜头24位于进光口22a处，且与支架22相连。窄带滤光片25位于进光口22a处，且夹设在接收镜头24和支架22之间。

接收镜头24用于汇聚反射的激光束，使得激光束能够穿过窄带滤光片25，在滤波后从进光口22a进入支架22，从而被传感器芯片23所感应到。

再次参见图1，在本实施例中，深度相机还可以包括补强板300，激光发射模块100和激光接收模块200均与补强板300的同一表面相连。

在上述实现方式中，补强板300用于对第三电路板111和第四电路板21进行加固，从而提高第三电路板111和第四电路板21的结构强度，提高了深度相机的结构强度。

可选地，激光发射模块100和激光接收模块200分别延伸出第一柔性电路板410和第二柔性电路板420，以连接接头，从而便于与深度相机内的其他部件进行连接。

示例性地，激光发射模块100延伸出的第一柔性电路板410与第三电路板111相连，激光接收模块200延伸出的第二柔性电路板420与第四电路板21相连。并且，激光发射模块100延伸出的第一柔性电路板410和激光接收模块200延伸出的第二柔性电路板420均位于同一侧。如此设计，能够使得结构更为紧凑，有利于深度相机的小型化设计。

本公开实施例所提供的深度相机，通过所配置的激光发射模块，能够满足对大偏转角、高扫描速率、高指向精度和低损耗、低功耗、高稳定性的要求。并且，在通过激光发射模块发射激光束时，能够在大视场内随机的指向一激光束，并以较小的增量，将该激光束从一个角度偏转到另一个角度，并能够在目标物体上停留所需的时间。

图6为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以为手机、平板电脑等。参见图6，该电子设备包括壳体1000和深度相机2000。

深度相机2000为图1-5所示的深度相机，深度相机2000位于壳体1000内。

由于该电子设备包括图1-5所示的深度相机，所以能够具有该深度相机的所有有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种激光发射模块，其特征在于，包括发射组件(11)和相位阵列组件(12)；

所述发射组件(11)具有出光口(11a)，所述出光口(11a)用于射出激光束；

所述相位阵列组件(12)位于所述出光口(11a)处，所述相位阵列组件(12)用于改变所述出光口(11a)射出的激光束的偏向角。

2.根据权利要求1所述的激光发射模块，其特征在于，所述相位阵列组件(12)包括线路板组件(123)、透明衬底(121)和多个相位调整单元(122)；

所述线路板组件(123)位于所述出光口(11a)外，且与所述发射组件(11)相连；

所述透明衬底(121)位于所述出光口(11a)处，且与所述出光口(11a)射出的激光束垂直；

多个所述相位调整单元(122)均位于所述透明衬底(121)远离所述出光口(11a)的一面，且成阵列排布，多个所述相位调整单元(122)所构成的阵列，在所述出光口(11a)所处平面上的正投影，至少部分与所述出光口(11a)重合。

3.根据权利要求2所述的激光发射模块，其特征在于，所述相位调整单元(122)为液晶单元或者光波导单元。

4.根据权利要求2所述的激光发射模块，其特征在于，所述线路板组件(123)包括第一电路板(1231)和第二电路板(1232)；

所述第一电路板(1231)夹设在所述透明衬底(121)和所述出光口(11a)之间，所述第一电路板(1231)的中部具有透光孔(1231a)，所述透光孔(1231a)与所述出光口(11a)相对；

所述第二电路板(1232)的一端与所述第一电路板(1231)相连，另一端与所述发射组件(11)相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的激光发射模块，其特征在于，所述发射组件(11)包括第三电路板(111)、框架(112)和激光芯片(113)；

所述框架(112)的一端与所述第三电路板(111)的表面相连，所述框架的另一端具有所述出光口(11a)；

所述激光芯片(113)位于所述框架(112)内，且与所述第三电路板(111)的表面相连。

6.根据权利要求5所述的激光发射模块，其特征在于，所述发射组件(11)还包括准直透镜(114)；

所述准直透镜(114)位于所述出光口(11a)和所述激光芯片(113)之间，且所述准直透镜(114)与所述框架(112)的内壁相连。

7.一种深度相机，其特征在于，包括激光发射模块(100)和激光接收模块(200)；

所述激光发射模块(100)为权利要求1-6任一项所述的激光发射模块；

所述激光接收模块(200)与所述激光发射模块(100)并排布置。

8.根据权利要求7所述的深度相机，其特征在于，所述激光接收模块(200)包括第四电路板(21)、支架(22)和传感器芯片(23)；

所述支架(22)与所述第四电路板(21)的表面相连，所述支架(22)具有进光口(22a)，所述进光口(22a)位于所述支架(22)远离所述第四电路板(21)的一面；

所述传感器芯片(23)位于所述支架(22)内，且与所述第四电路板(21)的表面相连，所述传感器芯片(23)与所述进光口(22a)相对。

9.根据权利要求8所述的深度相机，其特征在于，所述激光接收模块(200)还包括接收镜头(24)和窄带滤光片(25)；

所述接收镜头(24)位于所述进光口(22a)处，且与所述支架(22)相连；

所述窄带滤光片(25)位于所述进光口(22a)处，且夹设在所述接收镜头(24)和所述支架(22)之间。

10.根据权利要求7所述的深度相机，其特征在于，所述深度相机还包括补强板(300)；

所述激光发射模块(100)和所述激光接收模块(200)均与所述补强板(300)的同一表面相连。

11.一种电子设备，其特征在于，包括壳体(1000)和深度相机(2000)；

所述深度相机(2000)为权利要求8-10任一项所述的深度相机，所述深度相机(2000)位于所述壳体(1000)内。

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