CN117031859A - 一字线型激光投射器、相机组件和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种一字线型激光投射器、相机组件和电子装置。激光投射器包括基板组件、多个激光光源和衍射光学元件。多个激光光源设置在基板组件上，用于发射激光，多个激光光源沿垂直于设定直线方向的方向排列成N行，其中每一行中包括沿设定直线方向排列的多个激光光源。衍射光学元件用于将多个激光光源所发射的激光沿设定直线方向扩散，使得每一行激光光源投射出M条沿设定直线方向延伸的一字线型投射图案，其中，N和M为大于1的正整数，N×M条一字线型投射图案沿垂直于设定直线方向的方向间隔排列。至少一行激光光源投射出的M条一字线型投射图案与至少另一行激光光源投射出的M条一字线型投射图案沿垂直于设定直线方向的方向交错排列。

Description

一字线型激光投射器、相机组件和电子装置

本申请是2022年8月15提交的申请号为CN202210977419.7、发明创造名称为“一字线型激光投射器、相机组件和电子装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及成像技术领域，具体地，涉及一种激光投射器以及具有其的相机组件和电子装置。

背景技术

随着结构光的普及，一字线激光投射系统越来越多地应用于工业和消费电子行业中的深度检测和3D感知，这就要求一字线激光有更窄的宽度、更高的均匀性以及更高的亮度。同时系统越来越趋于小型化，传统的一字线激光投射系统多使用单模激光二极管(LD)作为一字线的光源。然而由于激光良好的单色性和相干性，当LD的光照射到一般物体的粗糙表面时，会因为光的干涉在物体表面形成散斑，从而在一字线光斑内部产生颗粒状结构，降低一字线质量，直接影响深度检测和3D感知的计算结果。目前常规的一字线型激光器输出的一字型光线在发散角、光斑均匀性及光斑边缘截止锐利程度等方面难以满足应用需求。此外，对于特定应用场景的对于一字线能量分布的特定需求，目前常规的一字线型激光器也较难满足。

因此，需要一种能够根据应用需要较容易地实现预设光强分布(均匀或不均匀)的一字线型激光投射器。

申请内容

在申请内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的申请内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本申请的第一方面提供了一种一字线型激光投射器，其包括：

基板组件；

多个激光光源，所述多个激光光源设置在所述基板组件上，用于发射激光，所述多个激光光源沿垂直于设定直线方向的方向排列成N行，其中每一行中包括沿所述设定直线方向排列的多个所述激光光源；和

衍射光学元件，用于将所述多个激光光源所发射的激光沿所述设定直线方向扩散，以形成N×M条沿所述设定直线方向延伸的一字线型投射图案，其中，N为正整数，M为大于1的正整数，所述N×M条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向间隔排列。

根据本申请，衍射光学元件可以使激光光源投射出一字线型投射图案，多个激光光源的投射图案将相互叠加、并在设定直线方向上相互错开，形成最终的一字线型投射图案。当采用衍射光学元件形成一字线时，可以容易地控制一字线型投射图案的能量分布(例如均匀或不均匀)，使最终的投射图案的能量分布满足预设能量分布要求。同时，可以通过调整M和N的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

可选地，所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向大体等间隔排列成N行，其中N大于1。

根据本申请，多个激光光源的排布方式简单。

可选地，在所述激光光源的每一行中：

所述激光光源的数量为7至25个，并且/或者

所述多个激光光源大体等间隔分布。

可选地，在所述激光光源的每一行中：

两个相邻的所述激光光源的距离为20μm至40μm，并且/或者

所述多个激光光源的分布总宽度为150μm至600μm。

可选地，单个所述激光光源所发射的激光投射出的一字线型投射图案的沿所述设定直线方向的视场角为40°至130°。

根据本申请，激光投射器的各个参数设置合理。

可选地，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙为2mm至5.5mm。

根据本申请，衍射光学元件可以自带准直功能。

可选地，所述的一字线型激光投射器，其特征在于，还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间。

进一步，所述准直镜的焦距为2mm至5.5mm。

根据本申请，当衍射光学元件不具备准直功能时，通过准直镜准直激光光源发射的光。

可选地，所述激光光源为垂直腔面发射激光器元件。

根据本申请，激光光源为垂直腔面发射激光器元件，可以使投射器的体积较小。

可选地，所述衍射光学元件包括2台阶、4台阶或8台阶的微纳结构。

根据本申请，衍射光学元件的加工精度能够满足投射需要。

可选地，每一条所述一字线型投射图案包括两端的过渡区域和位于两个所述过渡区域之间的中间区域，所述一字线型激光投射器构造为使得：所述过渡区域的投射角度为2°至8°，并且所述中间区域的投射光的强度的不均匀性小于30％。

当需要投射出光强分布均匀的一字线时，根据本申请的激光投射器可以投射出光斑均匀且光斑边缘截止锐利的一字线。

可选地，所述衍射光学元件构造为使得每一条所述一字线型投射图案的投射光的强度分布满足预设强度分布曲线。

进一步，每一条所述一字线型投射图案包括两端的过渡区域和位于两个所述过渡区域之间的中间区域，所述一字线型激光投射器构造为使得：所述中间区域的投射光的强度按1/(cosα)^a的归一化强度分布，其中a为取值范围为(0，1.5)的实数，α为所述一字线型投射图案上各点的衍射角度。

根据本申请的激光投射器可以投射出能量分布满足预设能量分布要求的一字线。

可选地，所述一字线型激光投射器构造为使得每一行所述激光光源投射出M条所述一字线型投射图案。

在本申请中，一行激光光源投射出M条一字线，衍射光学元件设计简答。

可选地，N大于1，N行所述激光光源中的至少一行所述激光光源投射出的所述M条一字线型投射图案与N行所述激光光源中的至少另一行所述激光光源投射出的所述M条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向交错排列。

进一步，

将第p行所述激光光源投射出的第q条所述一字线型投射图案记为一字线pq，p和q为整数，1≤p≤N，1≤q≤M，

所述一字线型激光投射器构造为使得N×M条所述一字线型投射图案具有以下关系：

q取值相同的N条所述一字线pq沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻；

q取值相同的N条所述一字线pq的p值沿垂直于所述设定直线方向的方向按所述激光光源的行序号逆序排列。

根据本申请，N×M条一字线规律地交错排列，有利于简化衍射光学元件的设计以及排查故障。

可选地，

所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式(1)：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，G为所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙。

在本申请中，当衍射光学元件自带准直功能时，按公式(1)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的交错排列的效果。同时，N×M条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

或者可选地，

所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述一字线型激光投射器还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式(2)：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，f为所述准直镜的焦距。

在本申请中，当衍射光学元件不带准直功能时，按公式(2)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的交错排列的效果。同时，N×M条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

可选地，N大于1，N行所述激光光源中的任意一行所述激光光源投射出的所述M条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻。

进一步，

将第p行所述激光光源投射出的第q条所述一字线型投射图案记为一字线pq，p和q为整数，1≤p≤N，1≤q≤M，

所述一字线型激光投射器构造为使得N×M条所述一字线型投射图案具有以下关系：

p取值相同的M条所述一字线pq沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻；

q取值相同的N条所述一字线pq的p值沿垂直于所述设定直线方向的方向按所述激光光源的行序号逆序排列。

根据本申请，N×M条一字线规律地互不交错排列，有利于简化衍射光学元件的设计以及排查故障。

可选地，

所述多个激光光源在所述基板上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式(3)：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，G为所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙。

在本申请中，当衍射光学元件自带准直功能时，按公式(3)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的互不交错排列的效果。同时，N×M条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

或者可选地，

所述多个激光光源在所述基板上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述一字线型激光投射器还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式(4)：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，f为所述准直镜的焦距。

在本申请中，当衍射光学元件不带准直功能时，按公式(4)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的互不交错排列的效果。同时，N×M条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

可选地，N＝1，所述激光投射器的结构参数满足以下公式(5)：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，θv为所述M条一字线型投射图案中的相邻的两条沿垂直于所述设定直线方向的方向的视场角。

根据本申请，当N＝1时，衍射光学元件的结构参数与M条一字线的视场角存在对应关系。

本申请的第二方面提供了一种相机组件，其包括：

上述的一字线型激光投射器；

图像采集器，用于采集由所述一字线型激光投射器所投射的图案形成的激光图像；和

处理器，用于处理所述激光图像以获得深度图像。

根据本申请的相机组件能够根据应用需要较容易地投射出光强分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。同时，可以通过调整M和N的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

本申请的第三方面提供了一种电子装置，其包括：

外壳；和

上述的相机组件，所述相机组件设置至所述外壳并从所述外壳暴露以获得深度图像。

根据本申请的相机组件能够根据应用需要较容易地投射出光前分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。同时，可以通过调整M和N的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施方式及其描述，用来解释本申请的原理。在附图中：

图1为根据本申请的第一优选实施方式的一字线型激光投射器的结构示意图；

图2为图1中的一字线型激光投射器的单个激光光源投射图案的示意图；

图3为图1中的一字线型激光投射器的一行激光光源投射图案的示意图；

图4为图3中的一行激光光源的投射效果示意图，其中，为了说明的目的，将多个相叠加的单个激光光源形成的一字线型投射图案在空间中予以分解；

图5为根据本申请的一个具体实施方式的一字线型激光投射器的一行激光光源排列情况的说明图，其中有9个激光光源；

图6为图5中的单个激光光源投射的一条一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图7为图5中的一行激光光源投射的一条一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图8为图5中的单个激光光源投射的一行一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图9为图5中的一行激光光源投射的一条一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图10为根据本申请的一个具体实施方式的一字线型激光投射器的全部激光光源排列情况的说明图；

图11为图10中的单个激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图12为图10中的全部激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm。

图13为根据本申请的又一个具体实施方式的一字线型激光投射器的全部激光光源排列情况的说明图；

图14为图13中的单个激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图15为图13中的全部激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm。

图16为根据本申请的第一优选实施方式变型的一字线型激光投射器的结构示意图；

图17为根据本申请的第二优选实施方式的一字线型激光投射器的结构示意图；

图18为根据本申请的再一个具体实施方式的一字线型激光投射器的全部激光光源排列情况的说明图；

图19为图18中的单个激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图20为图18中的全部激光光源投射的一字线型投射图案的仿真示意图，其中投射距离为300mm；

图21为图18中的单个激光光源投射的一条一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图22为图21的单个激光光源投射的另一条一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图23为与图21对应的单个激光光源所在的行的整行激光光源投射的一条一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图24为于图22对应的单个激光光源所在的行的整行激光光源投射的另一条一字线型投射图案的能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图25为图20中一字线型投射图案65D1能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图26为图20中一字线型投射图案65B1能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图27为图20中一字线型投射图案65D2能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量；

图28为图20中一字线型投射图案65B2能量分布仿真示意图，其中能量值为各衍射级次在无穷远处的能量。

附图标记说明：

10：基板组件

20：激光光源

21/21A/21B/21C/21D：一行激光光源

25：激光光束

30：衍射光学元件

40：准直镜

50：投射屏

60：单个激光光源投射的一条一字线型投射图案

65/65A1/65A2/65B1/65B2/65C1/65C2/65D1/65D2：一行激光光源投射的一条一字线型投射图案

100：一字线型激光投射器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然，本申请实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本申请的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。

本申请的第一方面提供一种一字线型激光投射器。

如图1所示，在第一优选实施方式中，一字线型激光投射器100包括基板组件10、多个激光光源20和衍射光学元件30。其中，多个激光光源20设置在基板组件10上，用于发射激光。多个激光光源20沿垂直于设定直线方向X的方向Y排列成N行(N为正整数，图示实施方式中N＝4)，其中每一行激光光源21中包括沿设定直线方向X排列的多个激光光源20。衍射光学元件30用于将多个激光光源20所发射的激光沿设定直线方向X扩散，以形成N×M(M为大于1的正整数，图示实施方式中M＝2)条沿设定直线方向X延伸的一字线型投射图案65，其中，N×M条一字线型投射图案65沿垂直于设定直线方向X的方向Y间隔排列。

具体地，如图2所示，一字线型激光投射器100的其中一个激光光源20可以发出激光光束25。衍射光学元件30构造为，使得该激光光束25经过衍射光学元件30后在投射屏50形成M条一字线型投射图案60。或者说，衍射光学元件30构造为使单个激光光源20所发射的激光呈一字线型扩散，该一字线沿设定直线方向X扩散，同时将该沿X方向延伸的一字线沿Y方向复制为相互间隔的N条。其中，单个激光光源20所发射的激光投射出的一字线型投射图案60的沿X方向的视场角(FOV)为θs，两条相邻的一字线型投射图案60沿Y方向的视场角为θv。激光光源20与衍射光学元件30之间具有空气隙G。

以单个激光光源20所投射的一条一字线型投射图案60为例，如图3和图4所示，当一字线型激光投射器100的每一行激光光光源21中包括沿设定直线方向X间隔排列的多个激光光源20时，同一行中的每一个激光光源20均形成自己的一字线型投射图案60，同一行中的多个一字线型投射图案60则会在空间叠加，形成叠加后的一条一字线型投射图案65。多个一字线型投射图案60在设定直线方向X相互错位，使得叠加结果类似于将单个激光光源20的一字线型投射图案60在设定直线方向X上予以延长。因此，一字线型激光投射器100构造为使得每一行激光光源21投射出M条一字线型投射图案65。

单个激光光源20所发射的激光投射出的一字线型投射图案60的视场角(FOV)为θs，多个激光光源20的一字线型投射图案60叠加后形成的一字线型投射图案65具有视场角θf，θf>θs。可以理解的，同一行的多个激光光源20的分布总宽度L越大，一字线型投射图案65的视场角θf越大。

一字线型投射图案60或65的光强分布特性由衍射光学元件30控制。衍射光学元件30可以构造为使一字线型投射图案60的光强分布尽量均匀。如图4所示，多个一字线型投射图案60在设定直线方向X上相互错开，使得在叠加的一字线型投射图案65中，在相对位于中间的部分参与叠加的单个的一字线型投射图案60的数量多，在相对位于两端的部分参与叠加的单个的一字线型投射图案60的数量少。因此，叠加的一字线型投射图案65的光强分布曲线C大致呈梯形。如图4所示，每一条一字线型投射图案65包括两端的过渡区域(过渡区域的视场角为θb)和位于该两个过渡区域之间的中间区域(中间区域的视场角为θu)，中间区域(参与叠加的单个的一字线型投射图案60的数量多)的光强高于过渡区域(参与叠加的单个的一字线型投射图案60的数量少)的光强，中间区域的光强基本为均匀分布，过渡区域的光强则越靠近两端越小。其中，各个视场角具有以下数量关系：

θb＝arctg(L/G)，

θf＝θs+θb，

θu＝θs-θb。

在本申请中，优选地，一字线型激光投射器100构造为，使得每条一字线型投射图案65的过渡区域的投射角度(也即视场角θb)为2°至8°，并且中间区域的投射光的强度的不均匀性小于30％。

例如，如图5至图9所示，每一行激光光源21包括9个激光光源20，9个激光光源20等间隔分布，分布总宽度L为500μm(参见图5)。激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙G为5mm。单个激光光源20所发射的激光投射出的一字线型投射图案60的视场角θs为120°(参见图6)。单个激光光源20所发射的激光投射出的一条一字线型投射图案60的光强(能量)分布如图8所示。当9个激光光源20的投射光叠加后，将图6与图7进行比较，可以看到叠加的一字线型投射图案65的视场角明显大于120°。叠加的一字线型投射图案65的光强(能量)分布如图9所示。将图8与图9进行比较，可以看到多点叠加后的光强均匀性有显著提升。一字线型投射图案60和65的线宽张角小于0.05°。

在实际应用中，相机通常在近距离(例如10m以内)拍摄一字线。在这种情况下，由于光斑本身具有一定大小，一字线上相邻信号点之间会叠加从而存在相互卷积的作用。卷积会使得接收的一字线上各个信号点的光强更趋均匀。因此，在实际情况中，近距离接收的一字线其非均匀性远远低于在无穷远处投射的一字线(例如图9所示的仿真结果)的非均匀性。例如，如图5至图9所示的实施方式中，在近距离接收的情况下，其中过渡区域的视场角θb为5.7°，中间区域的非均匀性小于30％。

在本发明中，光强非均匀性的计算方法为：

(最大光强-最小光强)/(最大光强+最小光强)。

衍射光学元件30也可以构造为使得一字线型投射图案65的投射光的强度分布满足预设强度分布曲线。除上述均匀分布的形式外，例如，一字线型投射图案65的投射光的强度分布可以为，中间区域按1/(cosα)^a的归一化强度分布，其中a为取值范围为(0，1.5)的实数，α为一字线上各点对应的衍射角度。

在本申请中，优选地，每一行激光光源21的激光光源20的数量为7至25个。优选地，每一行中多个激光光源20等间隔(或大体等间隔)分布。优选地，每一行中两个相邻的激光光源20的距离D为20μm至40μm。优选地，每一行中多个激光光源20的分布总宽度L为150μm至600μm。优选地，单个激光光源20所发射的激光投射出的一字线型投射图案60的视场角θs为40°至130°。优选地，衍射光学元件30平行于基板组件10，使得多个激光光源20与衍射光学元件30的距离相等。优选地，激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙G为2mm至5.5mm。优选地，衍射光学元件30包括2台阶、4台阶或8台阶的微纳结构。优选地，激光光源20为垂直腔面发射激光器元件(VCSEL)。当然，激光光源20也可以为例如LED激光光源或边缘发射激光器(EEL)。

如图10所示，在一个具体的实施方式中，一字线型激光投射器100包括1行激光光源，该行激光光源21包括8个激光光源20，8个激光光源20等间隔分布，分布总宽度L为175μm(相当于相邻的两个激光光源20之间的距离d为25μm)。相邻两行激光光源的距离250μm。激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙G为2.5mm。激光波长为940nm。衍射光学元件30构造为使得参数M为3。其中，如图11所示，单个激光光源20所发射的激光投射出的一字线型投射图案60的沿X方向的视场角θs为120°、沿Y方向的视场角为22.5°(参见图11中虚线框和位于中间的一字线型投射图案60)。如图12所示，全部8个激光光源20所投射的3条一字线型投射图案65的沿X方向的视场角大于120°、沿Y方向的视场角为22.5°(参见图12中虚线框)。

如图1所示，当N大于1时，优选地，多个激光光源20在基板组件10上沿垂直于设定直线方向X的方向Y等间隔或大体等间隔排列成N行。例如，多个激光光源20在Y方向按间隔h等间隔排列成N行。

衍射光学元件30构造为，当N大于1时，使得N行激光光源21中的任意一行激光光源21投射出的M条一字线型投射图案65沿垂直于设定直线方向X的方向Y相邻。也即，使得使得N行激光光源21中的任意一行激光光源21投射出的M条一字线型投射图案65与N行激光光源21中的其它任意一行激光光源21投射出的M条一字线型投射图案65沿垂直于设定直线方向X的方向Y无交错。例如，将第p行激光光源21投射出的第q条一字线型投射图案65记为一字线pq(p和q为整数，1≤p≤N，1≤q≤M)，一字线型激光投射器100构造为使得N×M条一字线型投射图案65具有以下排列关系：p取值相同的M条一字线pq沿垂直于设定直线方向X的方向Y相邻；q取值相同的N条一字线pq的p值沿垂直于设定直线方向X的方向Y按激光光源的行序号逆序排列。

如图1所示，一字线型激光投射器100包括4(N＝4)行激光光源21A(行序号为1)、21B(行序号为2)、21C(行序号为3)和21D(行序号为4)，每行激光光源21投射出2(M＝2)条一字线型投射图案65。其中，行激光光源21A投射出一字线型投射图案65A1(一字线11)和65A2(一字线12)，行激光光源21B投射出一字线型投射图案65B1(一字线21)和65B2(一字线22)，行激光光源21C投射出一字线型投射图案65C1(一字线31)和65C2(一字线32)，行激光光源21D投射出一字线型投射图案65D1(一字线41)和65D2(一字线42)。在投射屏50上，8条一字线型投射图案65的沿Y方向的排列顺序为一字线41、一字线42、一字线31、一字线32、一字线21、一字线22、一字线11、一字线12。可见，这八条一字线型投射图案65满足：p取值相同的2条一字线pq沿Y方向相邻，q取值相同的4条一字线pq的p值沿Y方向按对应的激光光源20的行序号逆序排列。

优选地，一字线型激光投射器100构造为使N×M条一字线型投射图案65沿Y方向等间隔(或大体等间隔)排列。为实现N×M条一字线型投射图案65等间隔排列，以及实现上述无交错的排列效果，多个激光光源20在Y方向按间隔h等间隔排列成N行，衍射光学元件30平行于基板组件10，同时激光投射器100的结构参数满足以下公式(1)：

其中，D为衍射光学元件30沿垂直于设定直线方向X的方向Y的最小周期，λ为激光的波长(例如为840-950nm，例如940nm、850nm)，h为激光光源20的相邻两行沿垂直于设定直线方向X的方向Y的距离，G为激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙。

在这样的实施方式中，同一行激光光源21所投射的两条相邻的一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θv根据以下公式(1-1)计算，同一行激光光源21所投射的M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvm根据以下公式(1-2)计算，全部激光光源20所投射的N×M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvn根据以下公式(1-3)计算。

θv＝2arctan(h/(2MG)) (1-1)

θvm＝θv×(M-1) (1-2)

θvn ＝θv×(N×M-1) (1-3)

如图13所示，在一个具体的实施方式中，一字线型激光投射器100包括4行激光光源，每一行激光光源21包括8个激光光源20，8个激光光源20等间隔分布，分布总宽度L为175μm(相当于每一行中相邻的两个激光光源20之间的距离d为25μm)。相邻两行激光光源的距离250μm。激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙G为2.5mm。激光波长为940nm。衍射光学元件30构造为使得参数M为2，并且使得8条一字线型投射图案65按上述无交错的规律排列。其中，如图14所示，单个激光光源20所发射的激光投射出的2条一字线型投射图案60的沿X方向的视场角θs为120°、沿Y方向的视场角θv和θvm为2.86°(参见图13中虚线框)。如图15所示，全部4行32个激光光源20所投射的8条一字线型投射图案65的沿X方向的视场角大于120°、沿Y方向的视场角θvn为20.05°(参见图15中虚线框)。

可以理解的，图1所示的一字线型激光投射器100的衍射光学元件30带有准直功能。如图16所示，当衍射光学元件30不带有准直功能时，一字线型激光投射器100还包括准直镜40。准直镜40位于激光光源20和衍射光学元件30之间，用于将激光光源20发射的激光光束准直。在图16所示的实施方式中，θb＝arctg(L/f)，其中f为准直镜40的焦距。优选地，准直镜40的焦距f为2mm至5.5mm。当一字线型激光投射器100包括准直镜40时，若要投射出如图1所示的沿Y方向均匀分布的、无交错的N×M一字线型投射图案65，则多个激光光源20在基板组件10上沿垂直于设定直线方向X的方向Y等间隔排列成N行，激光投射器100的结构参数满足以下公式(2)：

其中，D为衍射光学元件30沿垂直于设定直线方向X的方向Y的最小周期，λ为激光的波长，h为激光光源20的相邻两行沿垂直于设定直线方向X的方向Y的距离，f为准直镜40的焦距。在这样的实施方式中，同一行激光光源21所投射的两条相邻的一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θv根据以下公式(2-1)计算，同一行激光光源21所投射的M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvm根据以下公式(2-2)计算，全部激光光源20所投射的N×M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvn根据以下公式(2-3)计算。

θv＝2arctan(h/(2Mf)) (2-1)

θvm＝θv×(M-1) (2-2)

θvn ＝θv×(N×M-1) (2-3)

图17示出了根据本申请的第二优选实施方式的一字线型激光投射器200。在图16所示的实施方式中，一字线型激光投射器200包括基板组件10、多个激光光源20和衍射光学元件230。其中，多个激光光源20设置在基板组件10上，用于发射激光。多个激光光源20沿垂直于设定直线方向X的方向Y排列成N行(N为正整数，图示实施方式中N＝4)，其中每一行激光光源21中包括沿设定直线方向X排列的多个激光光源20。衍射光学元件230用于将多个激光光源20所发射的激光沿设定直线方向X扩散，以形成N×M(M为大于1的正整数，图示实施方式中M＝2)条沿设定直线方向X延伸的一字线型投射图案65，其中，N×M条一字线型投射图案65沿垂直于设定直线方向X的方向Y间隔排列。

与图1所示的实施方式所不同的是，在图17所示的实施方式中，N×M条一字线型投射图案65的排列方式相对于N行激光光源21有交错。也即，衍射光学元件30构造为，当N大于1时，使得N行激光光源21中的至少一行激光光源21投射出的M条一字线型投射图案65与N行激光光源21中的至少另一行激光光源21投射出的M条一字线型投射图案65沿垂直于设定直线方向X的方向Y交错排列。例如，将第p行激光光源21投射出的第q条一字线型投射图案65记为一字线pq(p和q为整数，1≤p≤N，1≤q≤M)，一字线型激光投射器100构造为使得N×M条一字线型投射图案65具有以下关系：q取值相同的N条一字线pq沿垂直于设定直线方向X的方向Y相邻；q取值相同的N条一字线pq的p值沿垂直于设定直线方向X的方向Y按激光光源20的行序号逆序排列。

如图17所示，一字线型激光投射器200包括4(N＝4)行激光光源21A(行序号为1)、21B(行序号为2)、21C(行序号为3)和21D(行序号为4)，每行激光光源21投射出2(M＝2)条一字线型投射图案65。其中，行激光光源21A投射出一字线型投射图案65A1(一字线11)和65A2(一字线12)，行激光光源21B投射出一字线型投射图案65B1(一字线21)和65B2(一字线22)，行激光光源21C投射出一字线型投射图案65C1(一字线31)和65C2(一字线32)，行激光光源21D投射出一字线型投射图案65D1(一字线41)和65D2(一字线42)。在投射屏50上，8条一字线型投射图案65的沿Y方向的排列顺序为一字线41、一字线31、一字线21、一字线11、一字线42、一字线32、一字线22、一字线12。可见，这八条一字线型投射图案65满足：q取值相同的4条一字线pq沿Y方向相邻，q取值相同的4条一字线pq的p值沿Y方向按对应的激光光源20的行序号逆序排列。

优选地，一字线型激光投射器200构造为使N×M条一字线型投射图案65沿Y方向等间隔(或大体等间隔)排列。为实现N×M条一字线型投射图案65等间隔排列，以及实现上述有交错的排列效果，多个激光光源20在Y方向按间隔h等间隔排列成N行，衍射光学元件230平行于基板组件10，同时激光投射器100的结构参数满足以下公式(3)：

其中，D为衍射光学元件230沿垂直于设定直线方向X的方向Y的最小周期，λ为激光的波长，h为激光光源20的相邻两行沿垂直于设定直线方向X的方向Y的距离，G为激光光源20与衍射光学元件230之间的空气隙。

在这样的实施方式中，同一行激光光源21所投射的两条相邻的一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θv根据以下公式(3-1)计算，同一行激光光源21所投射的M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvm根据以下公式(3-2)计算，全部激光光源20所投射的N×M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvn根据以下公式(3-3)计算。

θv＝2arctan(N·h/(2G)) (3-1)

θvm＝θv×(M-1) (3-2)

θvn ＝θv×(N×M-1)/N (3-3)

可以理解的，在图17所示的实施方式中，衍射光学元件230带有准直功能。当衍射光学元件230不带有准直功能时，与图16所示的实施方式类似，一字线型激光投射器200还包括准直镜40。准直镜40位于激光光源20和衍射光学元件230之间，用于将激光光源20发射的激光光束准直。在这样的实施方式中，θb＝arctg(L/f)，其中f为准直镜40的焦距。优选地，准直镜40的焦距f为2mm至5.5mm。当一字线型激光投射器200包括准直镜40时，若要投射出如图17所示的沿Y方向均匀分布的、有交错的N×M一字线型投射图案65，则多个激光光源20在基板组件10上沿垂直于设定直线方向X的方向Y等间隔排列成N行，激光投射器100的结构参数满足以下公式(4)：

其中，D为衍射光学元件230沿垂直于设定直线方向的方向的最小周期，λ为激光的波长，h为激光光源20的相邻两行沿垂直于设定直线方向X的方向Y的距离，f为准直镜40的焦距。

在这样的实施方式中，同一行激光光源21所投射的两条相邻的一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θv根据以下公式(4-1)计算，同一行激光光源21所投射的M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvm根据以下公式(4-2)计算，全部激光光源20所投射的N×M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvn根据以下公式(4-3)计算。

θv＝2arctan(N·h/(2f)) (4-1)

θvm＝θv×(M-1) (4-2)

θvn ＝θv×(N×M-1)/N (4-3)

当N＝1，激光投射器100投射出M条一字线型投射图案65。激光投射器100的结构参数满足以下公式(5)：

其中，D为衍射光学元件30沿垂直于设定直线方向X的方向Y的最小周期，λ为激光的波长，θv为M条一字线型投射图案65中的相邻的两条沿垂直于设定直线方向X的方向Y的视场角。在这样的实施方式中，同一行激光光源21所投射的M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvm与全部激光光源20所投射的N×M条一字线型投射图案65的沿Y方向的视场角θvn均为M倍的θv。

通常，在具体实践中，用户往往根据具体需要先确定视场角θvn、θvm、θv等，然后结合激光光源沿X方向的间距、沿Y方向的间距h和准直镜40的焦距f或者空气隙G确定适宜的M值和N值，再通过上述与公式(1)-(5)相关的视场角计算公式返推出衍射光学元件等的结构参数。

如图18所示，在一个具体的实施方式中，一字线型激光投射器200包括4行激光光源，每一行激光光源21包括8个激光光源20，8个激光光源20等间隔分布，分布总宽度L为175μm(相当于每一行中相邻的两个激光光源20之间的距离d为25μm)。相邻两行激光光源的距离250μm。激光光源20与衍射光学元件30之间的空气隙G为2.5mm。激光波长为940nm。衍射光学元件30构造为使得参数M为2，并且使得8条一字线型投射图案65按上述有交错的规律排列。其中，如图19所示，单个激光光源20所发射的激光投射出的2条一字线型投射图案60的沿X方向的视场角θs为120°、沿Y方向的视场角θv和θvm为22.5°(参见图19中虚线框)。如图20所示，全部4行32个激光光源20所投射的8条一字线型投射图案65的沿X方向的视场角大于120°、沿Y方向的视场角θvn为40°(参见图20中虚线框)。

相比于图1所示的无交错的实施方式，图17所示的有交错的实施方式更容易在Y方向获得更大的视场角。

在图18所示的实施方式中，单个激光光源20投射出的两条一字线型投射图案60的光强(能量)分布如图21和图22所示，与该单个激光光源20所对应的一整行激光光源21投射出的两条一字线型投射图案65的光强(能量)分布如图23和图24所示。通过将图21与图23比较，将图22与图24比较，可以看到，当8个激光光源20的投射光叠加后，叠加的一字线型投射图案65的在X方向的视场角有所增大，多点叠加后的光强均匀性有显著提升。从图25至图28同样可以看出，叠加后的一字线型投射图案65的在X方向的视场角有所增大，多点叠加后的光强均匀性有显著提升。

本申请的第二方面提供一种相机组件。在优选的实施方式中，该相机组件包括上述的一字线型激光投射器100、图像采集器和处理器。其中，图像采集器用于采集由一字线型激光投射器100所投射的图案形成的激光图像；处理器用于处理该激光图像以获得深度图像。根据本申请的相机组件能够根据应用需要较容易地投射出光强分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。

本申请的第三方面提供一种电子装置。在优选的实施方式中，该电子装置包括外壳和上述的相机组件。其中，相机组件设置至外壳并从外壳暴露以获得深度图像。该电子装置例如为手机、手环、手表、平板电脑、智能眼镜、智能头盔、体感游戏设备等。根据本申请的电子装置能够根据应用需要较容易地投射出光强分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本申请。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本申请已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本申请限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本申请并不局限于上述实施方式，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。

Claims (17)

1.一种一字线型激光投射器，其特征在于，包括：

基板组件；

多个激光光源，所述多个激光光源设置在所述基板组件上，用于发射激光，所述多个激光光源沿垂直于设定直线方向的方向排列成N行，其中每一行中包括沿所述设定直线方向排列的多个所述激光光源；和

衍射光学元件，用于将所述多个激光光源所发射的激光沿所述设定直线方向扩散，使得每一行所述激光光源投射出M条沿所述设定直线方向延伸的一字线型投射图案，以形成N×M条沿所述设定直线方向延伸的所述一字线型投射图案，其中，N为大于1的正整数，M为大于1的正整数，所述N×M条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向间隔排列，

其中，N行所述激光光源中的至少一行所述激光光源投射出的所述M条一字线型投射图案与N行所述激光光源中的至少另一行所述激光光源投射出的所述M条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向交错排列。

2.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向大体等间隔排列成N行。

3.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，在所述激光光源的每一行中：

所述激光光源的数量为7至25个，并且/或者

所述多个激光光源大体等间隔分布。

4.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，在所述激光光源的每一行中：

两个相邻的所述激光光源的距离为20μm至40μm，并且/或者

所述多个激光光源的分布总宽度为150μm至600μm。

5.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，单个所述激光光源所发射的激光投射出的一字线型投射图案的沿所述设定直线方向的视场角为40°至130°。

6.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙为2mm至5.5mm。

7.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间。

8.根据权利要求7所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述准直镜的焦距为2mm至5.5mm。

9.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述激光光源为垂直腔面发射激光器元件。

10.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述衍射光学元件包括2台阶、4台阶或8台阶的微纳结构。

11.根据权利要求1所述的一字线型激光投射器，其特征在于，所述衍射光学元件构造为使得每一条所述一字线型投射图案的投射光的强度分布满足预设强度分布曲线。

12.根据权利要求11所述的一字线型激光投射器，其特征在于，每一条所述一字线型投射图案包括两端的过渡区域和位于两个所述过渡区域之间的中间区域，所述一字线型激光投射器构造为使得：所述中间区域的投射光的强度按1/(cosα)^a的归一化强度分布，其中a为取值范围为(0，1.5)的实数，α为所述一字线型投射图案上各点的衍射角度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的一字线型激光投射器，其特征在于，

将第p行所述激光光源投射出的第q条所述一字线型投射图案记为一字线pq，p和q为整数，1≤p≤N，1≤q≤M，

所述一字线型激光投射器构造为使得N×M条所述一字线型投射图案具有以下关系：

q取值相同的N条所述一字线pq沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻；

q取值相同的N条所述一字线pq的p值沿垂直于所述设定直线方向的方向按所述激光光源的行序号逆序排列。

14.根据权利要求13所述的一字线型激光投射器，其特征在于，

所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，G为所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙。

15.根据权利要求14所述的一字线型激光投射器，其特征在于，

所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成N行，所述一字线型激光投射器还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间，

所述激光投射器的结构参数满足以下公式：

其中，D为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，f为所述准直镜的焦距。

16.一种相机组件，其特征在于，包括：

根据权利要求1-15中任一项所述的一字线型激光投射器；

图像采集器，用于采集由所述一字线型激光投射器所投射的图案形成的激光图像；和

处理器，用于处理所述激光图像以获得深度图像。

17.一种电子装置，其特征在于，包括：

外壳；和

根据权利要求16所述的相机组件，所述相机组件设置至所述外壳并从所述外壳暴露以获得深度图像。