CN207133574U - 3d成像电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及光电技术领域，提供了一种3D成像电子设备及其制造方法。3D成像电子设备包括：投影模组，用于向目标发射光束；第一成像模组，用于获取由所述光束照射下目标的图像；主板，设置有开孔，分别用于放置所述投影模组以及所述第一成像模组；处理器，放置在所述主板上，且与所述投影模组及第一成像模组连接，用于根据所述图像计算目标的深度图像；支撑件，与所述主板连接且覆盖所述开孔，用于支撑所述投影模组及所述第一成像模组。该3D成像电子设备通过开孔的方式并安装成像模组以及投影模组，设备的集成度更高，体积更小。

Description

3D成像电子设备

技术领域

本实用新型属于光电技术领域，更具体地说，是涉及一种3D成像电子设备。

背景技术

深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果，微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango 项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。

智能电子设备如手机、平板等对内置3D成像的深度相机有着日益迫切的需求，随着深度相机目前正快速朝着体积越来越小、功耗越来越低的方向发展，深度相机作为内置元器件从而嵌入到其他电子设备中逐渐成为可能。然而，由于电子设备对外观、体积的不断追求，给其内置元器件的设计、安装等也带来了巨大的挑战，不仅要求元器件具有微小的体积，同时也要求各元器件之间布局足够合理以实现最优。

实用新型内容

本实用新型将提出一种紧凑、体积小的3D成像深度相机以及3D成像电子设备。

为实现上述目的，根据本实用新型的一个实施例提供一种3D成像电子设备，包括用于向目标发射光束的投影模组；用于获取由所述光束照射下目标的图像的第一成像模组；设置有开孔的主板，所述开孔用于放置所述投影模组以及所述第一成像模组；用于根据所述图像计算目标的深度图像的处理器，所述处理器放置在所述主板上且与所述投影模组及第一成像模组连接；以及，用于支撑所述投影模组及所述第一成像模组的支撑件，所述支撑件与所述主板连接且覆盖所述开孔。

在一些实施例中，所述设备还包括第二成像模组，所述第二成像模组被放置在所述主板的开孔中。所述第一成像模组与所述第二成像模组也可以连成一体，被放置在同一开孔中。另外，所述第一成像模组与所述第二成像模组孔可以分别对不同波长的光束进行成像。另外，所述第一成像模组与所述第二成像模组中的透镜也可以拥有不同的焦距。

在一些实施例中，所述支撑件为电磁屏蔽罩，或者具有散热功能的器件。

本实用新型实施例提供的3D成像电子设备与现有技术相比具有如下有益效果：

该3D成像电子设备通过将电子设备中的主板开孔，将用于3D成像的模组放置到相应的开孔中，并在底部设置支撑件，用于支撑、电磁屏蔽以及散热等作用。与已有技术相比，本实用新型的实施例体积小、且具有较高的电磁屏蔽与散热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为深度相机正面示意图。

图2为深度相机结构截面示意图。

图3为根据本实用新型一个实施例的深度相机结构截面示意图。

图4为根据本实用新型一个实施例具有双摄相机的深度相机结构截面示意图。

图5为根据本实用新型又一个实施例的深度相机结构截面示意图。

图6为带有深度相机的手机示意图。

图7为根据本实用新型的一个实施例的手机内置深度相机的正面示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型针对用于3D成像的深度相机或者嵌入了深度相机模组的电子设备，提出了更加紧凑的结构方案及结构安装方法。本实用新型所提出的结构方案及方法适用了所有类型的深度相机或电子设备，在下文的说明中将以基于结构光技术的深度相机及其相关的电子设备进行阐述本实用新型思想。

图1所示的基于结构光的深度相机正面示意图。深度相机1包括用于3D 成像的投影模组13及相应的成像模组11，其中投影模组13用于向空间中投射结构光图案，成像模组11则用于采集被目标调制后的结构光图案，通过对调制的结构光图案进行分析计算获取目标的深度图像，这里的分析计算一般由深度相机中的专用处理器(图中未示出)来完成。一般地，投影模组13用于投射不可见光图案，比如红外光，相应的，成像模组11也应该是红外相机，在一些实施例中，结构光图案也可以是其他任何波长的光，比如紫外、可见光等。

成像模组11与投影模组13之间有一定的间距，这里称为基线。对于结构光深度相机而言，基线的长度会影响深度相机的测量范围及精度，一般地基线越长，测量范围越大；另外，对于同一测量距离，基线越长，测量精度则越高。然而当基线长时，要求深度相机的尺寸也就越大，导致难以嵌入到一些微型的电子设备中，因此基线的选取应是对深度相机尺寸、测量范围、精度等多方面的综合考虑。一般地，对于消费级深度相机而言，基线的距离宜处在区间1cm～10cm之间。

为了让深度相机1拥有更多的功能，一般地，还在深度相机1中配置了彩色相机模组，比如RGB相机模组12，在后文的说明中均以RGB相机模组为例进行说明。配置了RGB相机模组12的深度相机1则拥有了同步获取目标深度图像以及RGB图像的能力。由于成像模组11与RGB相机模组12之间存在一定的距离，因此分别获取的深度图像与RGB图像之间必然存在一定的视差。在一些应用中，希望利用的是没有视差的深度图像与RGB图像，即RGBD图像。为此，往往需要对成像模组11与RGB相机模组12进行标定以获取二者之间的相对位置关系，根据标定结果则可以消除视差，这一过程往往也被称为配准。成像模组11与RGB相机模组12之间的距离越小，视差也就越小，配准的难度会降低，因此，往往RGB相机模组12会相对靠近成像模组11一些，如图1所示。

在其他实施例中，也可以配置除RGB模组外的其他模组，比如在投影模组13的另一边同样也设置一个与成像模组11相同的模组，即三者在同一基线上，但两个成像模组分别位于两侧，这样就构成了主动双目结构光原理的3D成像设备。在一个实施例中，两个成像模组11与投影模组13之间的基线距离不同，由此可以满足不同测量范围的应用需要，比如当测量距离远时，可以采用基线较长的成像模组11与投影模组13来进行测量；或者同时开启两个成像模组11，但分别进行深度测量，将最终得到的两个深度图像进行融合以得到测量范围、分辨率更大的深度图像。可以理解的是，当测量距离不同时，成像模组11中的透镜的焦距也不相同。

图2所示的深度相机结构截面示意图。当深度相机作为独立电子设备时，一般还拥有外壳(图中未示出)，以将深度相机中裸露的部件进行封装，而当深度相机作为嵌入设备时，在一些实施例中可以不需要外壳。从图2中可以看出，深度相机包括成像模组11、RGB相机模组12、投影模组13、支架21、主板22 以及其他元器件23。成像模组11(RGB相机模组12)一般包括底座117(127)、图像传感器112(122)、镜座111(121)、透镜114(124)以及窗口115(125)，另外RGB相机模组中一般还有红外截止滤光片123，用于防止光线126中的红外成分对成像质量造成负面影响。图像传感器112与图像传感器122之间有区别，其中成像模组11的图像传感器112中的每个像素表面都有相应的波长限制通过滤光片，比如红外成像模组的图像传感器拥有红外通过滤光片，仅允许特定波长的红外光线116通过；而RGB相机模组的图像传感器122的像素表面则一般有拜尔滤光片，当光线126照射进来后，由拜尔滤光片将光线中的红、绿、蓝三种颜色的光过滤后由图像传感器接收。

投影模组13一般包括底座137、光源132、透镜134、衍射光学元件DOE135 以及镜座131，其工作原理为，光源132发出光束被透镜134准直后经由DOE135 向外扩散，其中DOE135的作用是将光源132发出的光束变成结构光光束136，在一种实施例光源132为单个激光光源，比如边发射激光光源，DOE135将单个光源发出的单光束进行扩束，变成成千上万个子光束，且子光束形成随机散斑图案，这里的随机散斑图案对应的光束即为结构光。在另一种实施例中，光源也可以为多光源，比如VCSEL光源阵列，DOE将VCSEL光源阵列的多光束进行扩束，最终形成的图案可以看成是由多个VCSEL光源阵列对应的图案经多重复制并填充到整个视野中。

模组中的底座117(127、137)可以由电路板、金属等材料构成，或者由电路板、金属等材料组合而成。在一些实施例中，底座也可以由半导体材料构成。

支架21用于固定各个模组，以保证各个模组在物理上具有较为稳定的位置关系，另外支架21也可以起到散热的作用。支架21可以由塑料、金属、陶瓷等材料构成。图中仅示意性地给出支架的形状，实际上支架21应有多个用于固定相应模组的孔洞、用于散热和连接的结构。

主板22一般与支架连接，主板22上布置了其他元器件23，比如专用处理器、电阻、电容等电子元器件，在主板22中还布置了电路用于连接模组以及元器件，以保证深度相机来实现其功能。主板22一般为印刷电路板PCB，也可以为柔性电路板FPC，又或者是软硬结合板等。元器件23与主板22之间的连接一般为焊接连接，主板22、模组与支架之间的接连一般为胶水或者螺栓等连接。

由图2所示的深度相机结构可知，在厚度方向上(指图2中纵向方向)分别有模组、支架、主板、元器件等，使得深度相机拥有较大的厚度，从而导致深度相机难以集成到薄型电子设备中。

图3所示的是根据本实用新型一个实施例的深度相机结构截面示意图，各个模组及元器件均与主板连接，与图2中的结构相比，主板22不仅用于电路连接也起来了固定的作用。模组的位置处主板22被开孔，模组被放在孔中，并且在另一端还有用于支撑模组的支撑件31，支撑件31同时还与主板22连接。支撑件31可以由塑料、金属、陶瓷等材料构成。支撑件31与模组及主板的连接包括胶水、焊接、螺栓等连接。在一个实施例中，支撑件31为金属材料，还起到了对模组的散热作用；在一个实施例中，支撑件31为屏蔽罩，用于屏蔽对模组的电磁干扰；在一个实施例中，支撑件31可以为其他结构件，比如当深度相机被置入到其他电子设备中时，支撑件31可以是电子设备中的其他部件。与图2 相比，图3中的其他元器件23可以分布在主板的两侧，也可以分布在与图2中相比相反的一侧。

图3所示的结构中，由于用主板22对各个模组进行固定，且通过在主板中穿孔的形式，因此减少了深度相机的厚度；另一方面，通过设置支撑件对模组进行固定、散斑或电磁屏蔽，使得深度相机拥有更小体积的同时依然有较好的散热及稳固的性能。

图3所示的深度相机在制造时，首先需要提供开孔的主板、投影模组以及成像模组，然后将投影模组以及成像模组放置到开孔中并与主板连接；最后将支撑件与主板及模组连接。可以理解的是，连接的顺序可以根据实际的工艺进行调整。

图4是根据本实用新型另一个实施例的深度相机结构截面示意图。与图3 所示的结构相比，成像模组11与RGB相机模组12形成了一个模块，比如目前的双摄相机，双摄相机相对于两个独立的模组，体积更小，且更易于安装，另外双摄相机中两个模组之间的距离更小，配准将更加准确。

图5是根据本实用新型又一个实施例的深度相机结构截面示意图。与图3、 4相比，这一方案中的深度相机集成度更高。各个模组不再是以独立的元器件形式与主板22连接，而是与主板22集成为一体。从结构上看，模组的底座117(127、137)直接与主板连接，镜座111(121、131)在主板的另一端与之连接。这里的结构除了结构上更加紧凑之外，其制作方法也与前述几种结构有所区别。本实施例中深度相机的制作主要有以下步骤。

S1：提供带有安装孔位的主板。即按照设计的模组安装位置以及模组的尺寸，在主板上进行开孔，孔的周围根据后续的连接需要还可以设置一些机构，比如用于螺纹连接的螺栓孔以及用于定位用的定位柱等。

S2：提供底座及光源(或者图像传感器)。这一步中将底座与光源或图像传感器连接成一体以便于后续安装。

S3：提供镜座以及透镜。这一步中将透镜、DOE、窗口等安装到镜座中。一种实施例中，透镜与镜座之间的连接为螺纹连接，以便于后续进行调焦。

S4：依次将底座及镜座与主板连接，以完成对深度相机的制造。

以上的步骤中仅是对单个模组与主板的制造，实际上由于各个模组结构的相似性，当将多个模组与主板进行安装时可以同步进行以上各步骤。可以理解的是，深度相机中也可以仅有个别模组是本实施例中的结构，其他模组也可以是图 3、4中所示的结构。这主要取决于不同模组的产品成熟度。比如对于成像模组 11和RGB相机模组12，由于这两种产品已经非常成熟，其厚度也较小，因而为了提高制造效率，可以以图3或图4所示的结构进行安装；而对于投影模组13，由于产品并不成熟，且体积较大，因而可以采取图5所示的结构进行制作。

以上的实施例中是以深度相机的结构进行说明的，实际上，深度相机将会越来越多的成为电子设备，比如手机、电脑、平板、电视等的元器件，实际上深度相机本身也是一种电子设备，以使得电子设备具有3D成像能力。上述各实施例中的结构及制造方法也可以被用在电子设备中深度相机的集成结构上。以下以手机为例进行说明。

图6是带有深度相机的手机示意图。手机5包括外壳51、屏幕52、深度相机各模组11、12、13，另外在手机内部还包括电池54以及主板53。这里，深度相机被设置在获取手机正面目标的图像，因此叫前置深度相机，在一些实施例中，也可以为后置形式。在这一结构中，深度相机各模组与手机内的主板被分开放置，深度相机作为独立的元器件被集成在手机中，这里的深度相机可以是图 2～图5所示的实施例中的结构。然而这一结构并不理想，当深度相机作为独立的元器件被放置到手机中时，则需要专门设置固定装置对其进行固定，这是由于深度相机对稳定性的要求要高于一般相机，而且手机则属于易摔物品。当手机被摔时，若深度相机没有被很好的固定，模组之间存在相对的位置偏离，则会影响深度测量的精度。

图7所示的是根据本实用新型一个实施例的手机内置深度相机的正面示意图。这一结构与图3～图5所示的结构类似，只不过主板53为手机主板，而图 3～图5所示的主板为深度相机主板22。在本实施例中，一方面深度相机的各模组被固定到主板上，结构更加紧凑稳固；另一方面，深度相机上的各元器件23，比如专用处理器也可以直接放置到手机主板上，甚至可以由手机主板上的其他处理器来执行专用处理器的功能，由此可以减少元器件的数量，使得整体电子设备更加集成化，功耗也会降低。可以理解的是，这里以手机为例进行说明，这一方案可以被用在任何其他电子设备中。

Claims (7)

1.3D成像电子设备，其特征在于，包括：

投影模组，用于向目标发射光束；

第一成像模组，用于获取由所述光束照射下目标的图像；

主板，设置有开孔，用于放置所述投影模组以及所述第一成像模组；

处理器，放置在所述主板上，且与所述投影模组及第一成像模组连接，用于根据所述图像计算目标的深度图像；

支撑件，与所述主板连接且覆盖所述开孔，用于支撑所述投影模组及所述第一成像模组。

2.如权利要求1所述的3D成像电子设备，其特征在于，还包括第二成像模组，所述第二成像模组被放置在所述主板的开孔中。

3.如权利要求2所述的3D成像电子设备，其特征在于，所述第一成像模组与所述第二成像模组连成一体，被放置在同一开孔中。

4.如权利要求2所述的3D成像电子设备，其特征在于，所述第一成像模组与所述第二成像模组分别对不同波长的光束进行成像。

5.如权利要求2所述的3D成像电子设备，其特征在于，所述第一成像模组与所述第二成像模组中的透镜拥有不同的焦距。

6.如权利要求1所述的3D成像电子设备，所述支撑件包括电磁屏蔽罩。

7.如权利要求1所述的3D成像电子设备，所述支撑件为具有散热功能的器件。