CN116381957B - 结构光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种结构光模组，其包括结构光投射器、红外接收相机和监测结构，结构光投射器包括电路板、光源、镜筒和准直衍射元件，光源与电路板连接，镜筒形成有安装腔，镜筒罩设于电路板上且光源位于安装腔内，准直衍射元件与镜筒连接，准直衍射元件位于安装腔内且正对光源设置；红外接收相机与电路板连接，监测结构用于监测准直衍射元件是否脱离镜筒及镜筒是否脱离电路板。本发明通过设置监测结构监测准直衍射元件是否脱离镜筒及镜筒是否脱离电路板，方便操作人员及时对结构光模组进行维修或更换，避免光束能量过强导致人眼视网膜烧伤，提高结构光模组的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，具体涉及一种结构光模组。
背景技术
3D视觉技术是一种深度感测技术，在原有的二维图像上增加了被测物体的深度信息，获取物体的信息更全面，目前在人脸支付、服务机器人、体感游戏、工业测量等领域有着广泛的应用，其中3D结构光因其高精度、算法简单等优势成为现有3D视觉技术使用的主流方案。结构光模组为3D结构光模组的重要组成单元，结构光模组中一般包含光源、镜筒和准直衍射元件，镜筒通常是通过胶水固定在电路板上，准直衍射元件通常是用胶水贴附在镜筒上。但是胶水容易老化，镜筒容易脱离电路板，准直衍射元件也容易从镜筒上脱离，未经准直衍射元件出射的激光束能量集中，光束能量过强将导致人眼视网膜有烧伤的风险。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种结构光模组，以解决传统结构光模组中准直衍射元件脱离镜筒易导致人眼视网膜烧伤的问题。
为实现上述目的，本发明提出的结构光模组包括结构光投射器、红外接收相机和监测结构，所述结构光投射器包括电路板、光源、镜筒和准直衍射元件，所述光源与所述电路板连接，所述镜筒形成有安装腔，所述镜筒罩设于所述电路板上且所述光源位于所述安装腔内，所述准直衍射元件与所述镜筒连接，所述准直衍射元件位于所述安装腔内且正对所述光源设置；所述红外接收相机与所述电路板连接，所述监测结构用于监测所述准直衍射元件是否脱离所述镜筒及镜筒是否脱离电路板。
可选地，所述红外接收相机包括支架、红外成像芯片和红外成像透镜，所述红外成像芯片与所述电路板连接，所述支架罩设于所述电路板上，且所述红外成像芯片位于所述支架内，所述红外成像透镜与所述支架连接且正对所述红外成像芯片设置；
所述监测结构包括第一光电监测单元，所述第一光电监测单元与所述电路板连接且位于所述支架内。
可选地，所述准直衍射元件一体成型于所述镜筒上。
可选地，所述准直衍射元件通过注塑工艺嵌设于所述镜筒上。
可选地，所述镜筒开设有安装槽，所述准直衍射元件插入所述安装槽内。
可选地，所述准直衍射元件包括微结构区和安装区，所述安装区形成有限位槽，所述安装槽的槽壁上设置有弹性扣，所述弹性扣卡入所述限位槽内。
可选地，所述安装腔的内壁面上设置有卡扣，所述卡扣与所述镜筒的内沿配合以形成固定槽，所述准直衍射元件位于所述固定槽内。
可选地，所述准直衍射元件形成有弹性臂，所述弹性臂沿靠近所述电路板的方向延伸，所述弹性臂形成有卡槽，所述镜筒形成有安装凸起，所述安装凸起卡入所述卡槽内；或，
所述准直衍射元件形成有定位槽，所述镜筒形成有卡钩，所述卡钩沿远离所述电路板的方向延伸，所述卡钩卡入所述定位槽内。
可选地，所述监测结构包括第二光电监测单元和第一导电端子，所述准直衍射元件具有检测面，所述第二光电监测单元对应所述检测面设置，所述第一导电端子内嵌于所述镜筒中，所述第一导电端子电连接于所述第二光电监测单元与所述电路板之间。
可选地，所述准直衍射元件包括基材，所述基材具有第一区和第二区，所述第二区围设于所述第一区外，所述第一区上设置有准直衍射微结构层，所述监测结构包括导线、两个金属焊盘和两个第二导电端子，所述导线和两个所述金属焊盘均位于所述第二区内；所述导线连接于两个所述金属焊盘之间，两个所述金属焊盘与两个所述第二导电端子一一对应设置，所述第二导电端子内嵌于所述镜筒中，所述第二导电端子的一端与对应的所述金属焊盘连接，另一端与所述电路板连接。
本发明技术方案中光源通过与电路板连接实现其安装和固定，镜筒形成有沿上下方向延伸的安装腔，镜筒通过罩设于电路板上实现其安装和固定。准直衍射元件通过与镜筒连接实现其安装和固定，准直衍射元件位于安装腔内，并且，准直衍射元件正对光源设置，光源发出的光束通过准直衍射元件准直为平行光，然后复制扩散为视场角较大带一定结构特征的散斑图。红外接收相机用于接收结构光投射器投射光经物体反射后的散斑图，用于解算物体的深度信息。监测结构用于监测准直衍射元件是否脱离镜筒及镜筒是否脱离电路板，当监测结构监测到准直衍射元件脱离镜筒时，或者镜筒脱离电路板时，会控制断开或减小对光源的供电，方便操作人员及时进行维修或更换，避免光束能量过强导致人眼视网膜烧伤，提高结构光模组的安全性和可靠性。本发明通过设置监测结构监测准直衍射元件是否脱离镜筒及镜筒是否脱离电路板，方便操作人员及时对结构光模组进行维修或更换，避免光束能量过强导致人眼视网膜烧伤，提高结构光模组的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例结构光模组的结构示意图；
图1a为本发明第一实施例结构光模组的光斑示意图；
图2为本发明第二实施例结构光投射器的结构示意图；
图3为本发明第三实施例结构光投射器的结构示意图；
图4为本发明第四实施例结构光投射器一角度的结构示意图；
图4a为本发明第四实施例结构光模组另一角度的结构示意图；
图5为本发明第五实施例结构光投射器的结构示意图；
图6为本发明第六实施例结构光投射器的结构示意图；
图7为本发明第七实施例结构光投射器的结构示意图；
图8为本发明第八实施例结构光投射器的结构示意图；
图9为本发明第九实施例结构光投射器的结构示意图；
图10为本发明第十实施例结构光投射器的结构示意图；
图10a为本发明第十实施例一种监测结构的连接结构示意图；
图10b为本发明第十实施例另一种监测结构的连接结构示意图；
图10c为本发明第十实施例再一种监测结构的连接结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明中对“上”、“下”、“左”、“右”等方位的描述以图1所示的方位为基准，仅用于解释在图1所示姿态下各部件之间的相对位置关系，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本发明提供一种结构光模组。
在一实施例中，如图1所示，结构光模组包括结构光投射器100、红外接收相机200和监测结构300，结构光投射器100包括电路板10、光源20、镜筒30、准直衍射元件40和监测结构300，光源20与电路板10连接，镜筒30形成有安装腔31，镜筒30罩设于电路板10上且光源20位于安装腔31内，准直衍射元件40与镜筒30连接，准直衍射元件40位于安装腔31内且正对光源20设置；红外接收相机200与电路板10连接，监测结构300用于监测准直衍射元件40是否脱离镜筒30及镜筒30是否脱离电路板10。
光源20通过与电路板10连接实现其安装和固定，镜筒30形成有沿上下方向延伸的安装腔31，镜筒30通过罩设于电路板10上实现其安装和固定。准直衍射元件40通过与镜筒30连接实现其安装和固定，准直衍射元件40位于安装腔31内，并且，准直衍射元件40正对光源20设置，光源20发出的光束通过准直衍射元件40准直为平行光，然后复制扩散为视场角较大带一定结构特征的散斑图。红外接收相机200用于接收结构光投射器100投射光经物体反射后的散斑图，用于解算物体的深度信息。监测结构300用于监测准直衍射元件40是否脱离镜筒30及镜筒30是否脱离电路板10，当监测结构300监测到准直衍射元件40脱离镜筒30时，或者镜筒30脱离电路板10时，会控制断开或减小对光源20的供电，方便操作人员及时进行维修或更换，避免光束能量过强导致人眼视网膜烧伤，提高结构光模组的安全性和可靠性。
本发明通过设置监测结构300监测准直衍射元件40是否脱离镜筒30及镜筒30是否脱离电路板10，方便操作人员及时对结构光模组进行维修或更换，避免光束能量过强导致人眼视网膜烧伤，提高结构光模组的安全性和可靠性。
在第一实施例中，请结合参照图1，红外接收相机包括支架201、红外成像芯片202和红外成像透镜203，红外成像芯片202与电路板10连接，支架201罩设于电路板10上，且红外成像芯片202位于支架201内，红外成像透镜203与支架201连接且正对红外成像芯片202设置；监测结构300包括第一光电监测单元301，第一光电监测单元301与电路板10连接且位于支架201内。
具体地，红外成像透镜203可以是超构表面透镜，超构表面透镜是基于广义斯涅耳定律设计的，通过引入表面亚波长尺度单元结构，产生突变相位，可以在二维平面内调控光场的相位、振幅和偏振，基于超构表面设计的光学元件具有小型化、轻量化、集成化等特点。超构表面透镜是在透明的基底材料，如石英、PC等基材42表面通过光刻工艺形成多个亚波长单元按一定规律排列的微结构面，微结构面常用的材料有铜、铝、金、钛等金属材料，或是硅、氮化硅、砷化铝等介质材料。光源20发出的光经准直衍射元件40后复制扩散为视场角较大的散斑图，散斑图投射在被测物体上，被测物体反射光经红外成像透镜203聚焦，在红外成像芯片202上成像。
此实施例中，监测结构300包括第一光电监测单元301，第一光电监测单元301通过监测结构光投射器100某一特定区域的投射光斑的强弱来判定准直衍射元件40是否脱落及镜筒30是否脱离电路板10，准直衍射元件40的复制级次会根据红外接收相机200的接收视场208来配合设置。请结合参照图1a，光源20发出的光经准直衍射元件40后复制扩散为多块散斑拼接而成的散斑红外图，散斑红外图的视场角由复制倍数定。红外接收相机200具有接收视场208，则设计时使得光源20经过复制后的散斑能覆盖红外接收相机200的整个接收视场208即可。图1a中示例画出九个级次（复制散斑块），即针对图示中的接收视场208，准直衍射元件40复制级次设计为九就能满足红外接收相机200的成像需求，本实施例中，在九个级次的基础上增加了一个复制级次，如图1a中的监测级次207，监测级次207可以是紧贴着其它九个级次，也可以间隔一定距离设计，监测级次207投射到被测物体上，经反射通过红外成像透镜203后聚焦至第一光电监测单元301的感光面。
第一光电监测单元301可以是光电二极管也可以是光电三极管，光电二级管的工作原理是将光信号转换成电信号，接收到的光强越大，输出的电流越大，通过监测光电二极管两端的电流或电压变化情况，便可知道入射到光电二极管感光面上的光强变化情况，光电三极管是在光电二极管的基础上增加的电信号的放大功能，能监测到更微小的光强变化。
当准直衍射元件40固定在镜筒30上且镜筒30固定在电路板10时，第一光电监测单元301能接收到物体反射的图1a中所示的监测级次207的光斑，红外成像芯片202能够接收到物体反射的图1a中所示的接收视场208的第一光斑205，第一光斑205为方形光斑。当准直衍射元件40因为一些原因从镜筒30上脱落后，或者镜筒30脱离电路板10后，红外成像芯片202接收到的为第二光斑206，光源20的光束直接投射出去，在被测物体上形成的光斑为第二光斑206，第二光斑206为圆形光斑，第二光斑206以外的区域无光呈黑色，而监测级次207因为准直衍射元件40脱落消失，即结构光投射器100不会投射出监测级次207的光斑，如此入射至第一光电监测单元301感光面上的光线大大减少，通过检测第一光电监测单元301两端的电流或电压值，当第一光电监测单元301两端的电流和电压低于某一阈值时，判定准直衍射元件40已脱落或者镜筒30已脱离电路板10，通过控制器控制断开对光源20的供电，以防出现人眼安全隐患。
具体地，第一光电监测单元301可以集成在红外成像芯片202上，这样红外接收相机200的集成度更高，组装生产更方便。红外接收相机200还包括滤光片204，滤光片204位于红外成像芯片202与红外成像透镜203之间，滤光片204用于将环境光中与光源20波长不一致的光截止掉，用于提高散斑成像质量，系统利用采集到的散斑图中像素匹配点在不同距离下的位置偏移量，计算可以得到目标物体的深度信息。滤光片204的滤光功能可以集成在红外成像透镜203上，使得红外成像透镜203能集成聚光成像和滤光功能，可以是在红外成像透镜203的基础上通过镀截止膜来实现，也可以将红外成像透镜203与滤光片204通过粘合成一块光学元件来实现，使得红外接收相机200的集成度更高，组装生产更方便。
在第二实施例中，请结合参照图2，准直衍射元件40一体成型于镜筒30上。
本实施例中的镜筒30可以是玻璃或树脂，准直衍射元件40与镜筒30为同一种材质，对光源20发出的激光有高透过率，先形成镜筒30的外形结构，在镜筒30的内腔面通过光刻、纳米压印等工艺形成准直衍射元件40的准直衍射微结构层，此实施例镜筒30与准直衍射元件40集成于一体，生产时只需将镜筒30通过胶水固定在电路板10上，无需额外再通过胶水将准直衍射元件40固定在镜筒30上，且准直衍射元件40固定可靠性高，无脱落风险，组装简单可靠性高。此时，监测结构300用于监测镜筒30是否脱离电路板10。若结构光模组不是在封闭的结构内使用，结构光模组暴露在外界环境光中，为防止外界光源20的光线穿过镜筒30的侧壁后通过准直衍射元件40后从镜筒30的出光侧投射出去形成背景杂光。如图2中所示外界光线R1透过镜筒30的侧壁后，投射至准直衍射元件40，经准直衍射后，复制并扩散的光线从镜筒30的上端面出射，形成投射散斑的背景杂光，影响投射散斑的质量，镜筒30的材料可以是黑玻璃（只允许红外波段的光通过）、也可以在镜筒30表面镀上红外波段透过、可见光波段截止的的红外带通膜，将除了激光光源20发射波长之外的光截止，提高光斑的质量。
在第三实施例中，请结合参照图3，准直衍射元件40通过注塑工艺嵌设于镜筒30上。
本实施例中镜筒30为塑料或金属不透光材质，光源20发出的光束通过准直衍射元件40后复制扩散为视场角更大的散斑图，准直衍射元件40通过注塑工艺镶嵌在镜筒30的材料内，生产时先将准直衍射元件40提前预置在模具内，然后注射镜筒30的成型材料，一次注塑成型，此处的准直衍射元件40材质优选耐高温的玻璃材质，镜筒30优选塑料材质，且镜筒30的成型温度低于准直衍射元件40材料的熔点，且注塑成型时的温度对准直衍射元件40的性能不会有影响，此实施例镜筒30与准直衍射元件40集成于一体，生产时只需将镜筒30通过胶水固定在电路板10上，无需额外再通过胶水将准直衍射元件40固定在镜筒30上，且准直衍射元件40固定可靠性高，无脱落风险，组装简单可靠性高。此时，监测结构300用于监测镜筒30是否脱离电路板10。
在第四实施例中，请结合参照图4，镜筒30开设有安装槽32，准直衍射元件40插入安装槽32内。
本实施例中镜筒30为塑料或金属不透光材质，镜筒30的侧面开设有安装槽32，准直衍射元件40插入安装槽32内，无需额外再通过胶水将准直衍射元件40固定在镜筒30上，生产简单，且准直衍射元件40固定可靠性高。
在第四实施例中，请结合参照图4a，准直衍射元件40包括微结构区43和安装区44，安装区44形成有限位槽441，安装槽32的槽壁上设置有弹性扣321，弹性扣321卡入限位槽441内。
微结构区43用于透过光源20发出的光束，微结构区43相当于第一区421，安装区44用于与镜筒30固定配合，安装区44相当于第二区422，安装区44形成有限位槽441，限位槽441呈弧形，弹性扣321呈弧形，弹性扣321卡入限位槽441内，以使准直衍射元件40稳定可靠地固定在安装槽32内。安装区44形成有圆角，方便准直衍射元件40插入安装槽32内。当准直衍射元件40从侧面插入安装槽32后，弹性扣321发生形变，向两边张开，使得安装槽32的槽口变大，方便准直衍射元件40插入。当准直衍射元件40完全插入安装槽32后，弹性扣321回弹，弹性扣321位于限位槽441内，使得准直衍射元件40能稳定且可靠地固定在安装槽32内。
在其他实施例中，限位槽441和弹性扣321可以根据实际需要改变形状。
在第五实施例中，请结合参照图5，安装腔31的内壁面上设置有卡扣33，卡扣33与镜筒30的内沿配合以形成固定槽34，准直衍射元件40位于固定槽34内。
本实施例中镜筒30为塑料或金属不透光材质，安装腔31的内壁面上设置有卡扣33，卡扣33与镜筒30的内沿配合以形成固定槽34，准直衍射元件40位于固定槽34内。准直衍射元件40从镜筒30的底部向上推，卡扣33下边缘有倒角设计方便准直衍射元件40推入，卡扣33具有弹性，发生形变即向外扩张，准直衍射元件40向上推，直至卡扣33回弹，使准直衍射元件40固定固定槽34中，此实施例直接将准直衍射元件40扣合在镜筒30内，无需额外通过胶水将准直衍射元件40再固定在镜筒30上，生产简单，且准直衍射元件40固定可靠性高，无脱落风险。
在第六实施例中，请结合参照图6，准直衍射元件40形成有弹性臂45，弹性臂45沿靠近电路板10的方向延伸，弹性臂45形成有卡槽451，镜筒30形成有安装凸起35，安装凸起35卡入卡槽451内。
本实施例中的准直衍射元件40为树脂制件，弹性臂45位于准直衍射元件40的安装区44，弹性臂45向下延伸，弹性臂45形成有卡槽451，卡槽451沿左右方向延伸，安装凸起35卡入卡槽451内。弹性臂45通过下按的方式使得安装凸起35卡入卡槽451内，为方便扣合弹性臂45的一侧有倒角设计，当弹性臂45下按与安装凸起35接触时，弹性臂45发生形变，继续向下按，直至安装凸起35卡入卡槽451内，此实施例直接将准直衍射元件40扣合在镜筒30内，无需额外通过胶水将准直衍射元件40再固定在镜筒30上，生产简单，且准直衍射元件40固定可靠性高，无脱落风险。
在第七实施例中，请结合参照图7，准直衍射元件40形成有定位槽46，镜筒30形成有卡钩36，卡钩36沿远离电路板10的方向延伸，卡钩36卡入定位槽46内。
镜筒30形成有向上延伸的卡钩36，为了方便扣合，卡钩36的一侧有倒角设计，准直衍射元件40形成有定位槽46，准直衍射元件40可以通过按压的方式直接扣紧在卡钩36上，此实施例直接将准直衍射元件40扣合在镜筒30内，无需额外通过胶水将准直衍射元件40再固定在镜筒30上，生产简单，且准直衍射元件40固定可靠性高，无脱落风险。
在一实施例中，请结合参照图8，监测结构300包括第二光电监测单元302和第一导电端子303，准直衍射元件40具有检测面41，第二光电监测单元302对应检测面41设置，第一导电端子303内嵌于镜筒30中，第一导电端子303电连接于第二光电监测单元302与电路板10之间。
电路板10可以是陶瓷基板、软硬结合板、PCB板等，光源20通过金线和导电胶固定在电路板10上。准直衍射元件40的右侧面为检测面41，第二光电监测单元302对应检测面41设置，镜筒30中内嵌了两个第一导电端子303，第二光电监测单元302的正负极通过导电胶分别与两个第一导电端子303电连接，两个第一导电端子303通过导电胶或锡焊与电路板10电连接。
具体地，第二光电监测单元302可以是光电二极管也可以是光电三极管，光电二级管的工作原理是将光信号转换成电信号，接收到的光强越大，输出的电流越大，通过监测光电二极管两端的电流或电压变化情况，便可知道入射到光电二极管感光面上的光强变化情况，光电三极管是在光电二极管的基础上增加的电信号的放大功能，能监测到更微小的光强变化。
请结合参照图8，在第八实施例中，准直衍射元件40包括准直透镜47和衍射光学元件48，准直透镜47和衍射光学元件48均位于安装腔31内且正对光源20设置，准直透镜47位于光源20与衍射光学元件48之间，衍射光学元件48具有检测面41。光源20发出的光束通过准直透镜47后准直为平行光，平行光再经衍射光学元件48复制扩散为视场角较大带一定结构特征的散斑图。光源20发出的光经过准直透镜47后有部分光线在衍射光学元件48中散射或反射传播至检测面41上，即光线沿图中R2对应的路径传播。当衍射光学元件48脱离镜筒30后，光源20发出的光经过准直透镜47后直接投射在待测物体上，即光线沿图中R3对应的路径传播，如此入射至第二光电监测单元302的光线大大减少，通过检测第二光电监测单元302两端的电流或电压值，当第二光电监测单元302两端的电流或电压低于某一阈值时，判定衍射光学元件48已脱落或者镜筒30已脱离电路板10，通过控制器控制断开或减小对光源20的供电，以防出现人眼安全隐患。
请结合参照图9，在第九实施例中，准直衍射元件40为准直衍射功能一体化光学元件49，集成准直和衍射的功能，光源20发出的光束直接通过准直衍射元件40后便复制扩散成较大视场角的带一定结构特征的散斑图，准直衍射元件40的右侧面为检测面41，第二光电监测单元302对应检测面41设置。当准直衍射元件40固定在镜筒30上且镜筒30固定在电路板10上时，光源20发出的光经过准直衍射元件40后有部分在准直衍射元件40中散射或反射传播至检测面41，即光线沿图中的R4对应的路径传播。当准直衍射元件40因为一些原因脱离镜筒30后，或者镜筒30脱离电路板10后，光源20发出的光直接投射在待测物体上，即光线沿图中的R5对应的路径传播，如此入射至第二光电监测单元302上的光线大大减少，通过检测第二光电监测单元302两端的电流或电压值，当第二光电监测单元302两端的电流和电压低于某一阈值时，判定准直衍射元件40已脱落或者镜筒30已脱离电路板10，通过控制器控制断开对光源20的供电，防止出现人眼安全隐患。此实施例中，镜筒30用于固定准直衍射元件40，无需用来固定准直透镜47，成型更简单，精度要求更低，成本也更低，使得结构光模组使用的光学元件更少，成本进一步降低，且降低了整个结构光模组的组装难度和成本。
图1、4、6、7、9、10对应的实施例中准直衍射元件40可以包括准直透镜和衍射光学元件，也可以是准直衍射功能一体化的光学元件，但对于图2、3、5对应的实施例中准直衍射元件40只能是准直衍射功能一体化的光学元件。
在第十实施例中，请结合参照图10、图10a、图10b和图10c，准直衍射元件40包括基材42，基材42具有第一区421和第二区422，第二区422围设于第一区421外，第一区421上设置有准直衍射微结构层，监测结构300包括导线304、两个金属焊盘305和两个第二导电端子306，导线304和两个金属焊盘305均位于第二区422内；导线304连接于两个金属焊盘305之间，两个金属焊盘305与两个第二导电端子306一一对应设置，第二导电端子306内嵌于镜筒30中，第二导电端子306的一端与对应的金属焊盘305连接，另一端与电路板10连接。
第二区422围设于第一区421外，第一区421上设置有准直衍射微结构层，准直衍射微结构层一般通过半导体光刻工艺、纳米压印工艺、精密注塑工艺其中的一种工艺，在基材42上形成，微结构的尺寸一般为微米或纳米级。准直衍射微结构层对光束实现准直衍射功能，第二区422一般是光滑透明的，该部分的作用是结构缓冲区、封装工艺作用区。第二区422内还设置有标记点307，用于准直衍射元件40组装时的对位。标记点307、金属焊盘305和导线304均位于第二区422内，且与准直衍射微结构层保持一定的安全距离，避免与准直衍射微结构层发生干涉。两个金属焊盘305与两个第二导电端子306一一对应设置，第二导电端子306的一端与对应的金属焊盘305通过导电胶连接，第二导电端子306的另一端与电路板10通过导电胶或锡焊连接。
当准直衍射元件40固定在镜筒30上且镜筒30固定在电路板10上时，两个金属焊盘305通过导线304连接导通，测试得到两个金属焊盘305之间的电阻值很小。当准直衍射元件40因为一些原因从镜筒30上脱落后，或者镜筒30脱离电路板10后，两个金属焊盘305断开连接，测试得到两个金属焊盘305之间的电阻值很大，通过监测两个金属焊盘305之间的电阻值，当两个金属焊盘305之间的电阻值超过某一阈值时，判定准直衍射元件40已脱落或者镜筒30已脱离电路板10，通过控制器控制断开或减小对光源20的供电，以防出现人眼安全隐患。
在第十实施例中，请结合参照图10a，第二区422具有连接侧4221，两个第二导电端子306均对应连接侧4221设置，连接侧4221的边缘形成有金属焊盘305，导线304绕第一区421的外围延伸。
两个金属焊盘305位于连接侧4221的边缘，两个第二导电端子306均对应连接侧4221设置，方便金属焊盘305与第二导电端子306连接。导线304绕第一区421的外围延伸，当准直衍射微结构层在导线304覆盖的区域发生裂纹或破损时，两个金属焊盘305之间的阻止也会发生变化。
在第十实施例中，请结合参照图10b，导线304包括相连接的第一连接段3041和第二连接段3043，第一连接段3041与一金属焊盘305连接且绕第一区421的外围延伸，第二连接段3043与另一金属焊盘305连接。
导线304通过设置第一连接段3041实现绕第一区421的外围延伸，第一连接段3041的一端与一金属焊盘305连接，第一连接段3041的另一端与第二连接段3043连接，第二连接段3043与另一金属焊盘305连接，通过第二连接段3043实现两个金属焊盘305连接，使得第一区421外围完全被导线304包围。
在第十实施例中，请结合参照图10c，第一连接段3041具有多个沿远离第一区421的方向凸出的连接凸起3042，使得导线304的覆盖面积更大，这样当准直衍射微结构层在导线304覆盖的区域发生裂纹或破损时，两个金属焊盘305之间的阻值也会发生变化，通过监测阻值变化，也能准确的监测到光学元件破损情况。
在其他实施例中，导线304也可以是其他任意形状，以改变导线304的覆盖面积。
在第十实施例中，标记点307、金属焊盘305和导线304是通过在基材42表面采用金属沉积PVD工艺镀上的一层金属层，金属层的厚度一般为微米或纳米级，在金属层上喷涂光刻胶层，并盖上预定图案的掩膜版，在经过光刻曝光显影工序得到的，标记点307、金属焊盘305和导线304是同一工艺流程得到。本实施例相比于直接在基材42表面镀ITO透明导电薄膜成本低，工艺更简单，且降低脏污引入风险，不会影响成像效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种结构光模组，其特征在于，所述结构光模组包括结构光投射器、红外接收相机和监测结构，所述结构光投射器包括电路板、光源、镜筒和准直衍射元件，所述光源与所述电路板连接，所述镜筒形成有安装腔，所述镜筒罩设于所述电路板上且所述光源位于所述安装腔内，所述准直衍射元件与所述镜筒连接，所述准直衍射元件位于所述安装腔内且正对所述光源设置；所述红外接收相机与所述电路板连接，所述监测结构用于监测所述准直衍射元件是否脱离所述镜筒及镜筒是否脱离电路板；所述红外接收相机包括支架、红外成像芯片和红外成像透镜，所述红外成像芯片与所述电路板连接，所述支架罩设于所述电路板上，且所述红外成像芯片位于所述支架内，所述红外成像透镜与所述支架连接且正对所述红外成像芯片设置；所述监测结构包括第一光电监测单元，所述第一光电监测单元与所述电路板连接且位于所述支架内；所述结构光投射器投射出的散斑的复制级次包括成像级次和监测级次，所述红外成像芯片接收所述成像级次成像，所述第一光电监测单元接收所述监测级次投射出来的光。
2.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述准直衍射元件一体成型于所述镜筒上。
3.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述准直衍射元件通过注塑工艺嵌设于所述镜筒上。
4.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述镜筒开设有安装槽，所述准直衍射元件插入所述安装槽内。
5.如权利要求4所述的结构光模组，其特征在于，所述准直衍射元件包括微结构区和安装区，所述安装区形成有限位槽，所述安装槽的槽壁上设置有弹性扣，所述弹性扣卡入所述限位槽内。
6.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述安装腔的内壁面上设置有卡扣，所述卡扣与所述镜筒的内沿配合以形成固定槽，所述准直衍射元件位于所述固定槽内。
7.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，
所述准直衍射元件形成有弹性臂，所述弹性臂沿靠近所述电路板的方向延伸，所述弹性臂形成有卡槽，所述镜筒形成有安装凸起，所述安装凸起卡入所述卡槽内；或，
所述准直衍射元件形成有定位槽，所述镜筒形成有卡钩，所述卡钩沿远离所述电路板的方向延伸，所述卡钩卡入所述定位槽内。
8.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述监测结构包括第二光电监测单元和第一导电端子，所述准直衍射元件具有检测面，所述第二光电监测单元对应所述检测面设置，所述第一导电端子内嵌于所述镜筒中，所述第一导电端子电连接于所述第二光电监测单元与所述电路板之间。
9.如权利要求1所述的结构光模组，其特征在于，所述准直衍射元件包括基材，所述基材具有第一区和第二区，所述第二区围设于所述第一区外，所述第一区上设置有准直衍射微结构层，所述监测结构包括导线、两个金属焊盘和两个第二导电端子，所述导线和两个所述金属焊盘均位于所述第二区内；所述导线连接于两个所述金属焊盘之间，两个所述金属焊盘与两个所述第二导电端子一一对应设置，所述第二导电端子内嵌于所述镜筒中，所述第二导电端子的一端与对应的所述金属焊盘连接，另一端与所述电路板连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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