CN207691960U - 集成3d成像装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种集成3D成像装置及电子设备，集成3D成像装置包括：投影模组，用于向空间发射结构光光束；泛光灯，用于向空间投射泛光光束；成像模组，用于对所述结构光光束和/或泛光光束成像；支架，包括与所述投影模组以及所述成像模组对应的通孔以及安装面，所述通孔用于放置所述投影模组以及所述成像模组，所述安装面用于安装所述泛光灯。与已有技术相比，本实用新型中的集成3D成像装置的结构体积得以减小、稳定性以及散热性能都得到了提升。

Description

集成3D成像装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种集成3D成像装置及电子设备。

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、较低的功耗以及高散热性能，同时也要求各元器件之间布局足够合理以实现较高的集成度。

现有技术中，目前没有符合需求的3D成像装置。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中没有符合需求的3D成像装置的问题，提供一种集成3D成像装置及电子设备。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种集成3D成像装置，包括：投影模组，用于向空间发射结构光光束；泛光灯，用于向空间投射泛光光束；成像模组，用于对所述结构光光束和/或泛光光束成像；支架，包括与所述投影模组以及所述成像模组对应的通孔以及安装面，所述通孔用于放置所述投影模组以及所述成像模组，所述安装面用于安装所述泛光灯；所述泛光灯位于所述投影模组与所述成像模组之间，所述泛光灯与所述投影模组之间的距离大于所述泛光灯与所述成像模组之间的距离；所述支架包括金属、合金、陶瓷材料的一种或多种的组合。

本实用新型还提供又一种集成3D成像装置，还包括彩色相机模组，用于采集彩色图像，所述彩色相机模组安装在所述支架上与之相对应的通孔中；所述彩色相机模组位于所述投影模组以及所述成像模组之间，所述彩色相机模组与所述投影模组之间的距离小于所述彩色相机模组与所述成像模组之间的距离；所述投影模组与所述成像模组之间的距离为25mm，所述成像模组与所述彩色相机模组之间的距离为20mm。

本实用新型还提供再一种集成3D成像装置，还包括传感器，所述传感器安装在所述支架上与之相对应的通孔中；或所述传感器安装在所述支架的所述安装面上；所述传感器包括环境光传感器、接近度传感器、听筒中的一种或多种。

本实用新型还提供一种电子设备，包括：如上任一所述的集成3D成像装置，安装在所述电子设备的第一平面上，用于获取深度图像和/或彩色图像；显示器，安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示图像；所述第一平面与所述第二平面为同一平面或所述第一平面与所述第二平面为相对立的平面。

本实用新型的有益效果为：提供一种集成3D成像装置，利用支架开孔及安装面固定各光学模组及安装泛光灯，将多个元器件设置在一个支架上实现小体积、高集成度、功耗低的目的；与已有技术相比，本实用新型中的集成3D成像装置的结构体积得以减小、稳定性以及散热性能都得到了提升。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的集成3D成像装置的立体示意图。

图2是本实用新型一个实施例的移动终端结构示意图。

其中，1-3D成像装置，11-成像模组，12-泛光灯，13-传感器，14-RGB相机模组，15-投影模组，16-支架，161-安装面，162-通孔，17-电路板，18-连接器， 2-移动终端，21-外壳，22-屏幕，23-主板，24-电池，25-处理器。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

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，提出了一种结构稳定、体积小且高散热的结构方案。本实用新型所提出的结构方案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所示的是根据本实用新型一个实施例的集成3D成像装置的立体示意图。集成3D成像装置1包括用于3D成像的投影模组15及相应的成像模组11，其中投影模组15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15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。

投影模组15及成像模组11组成了结构光深度相机，二者之间有一定的间距(一般指中心到中心的距离)，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10mm～100mm之间。优选地，基线长度为25mm。

为了让集成3D成像装置1拥有更多的功能，一般地，还在集成3D成像装置1中配置了彩色相机模组，比如RGB相机模组14，在后文的说明中均以RGB 相机模组为例进行说明，但是不应该视为对本实用新型的限制。配置了RGB相机模组14的集成3D成像装置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14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14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，这一过程被称为配准。在一个实施例中，RGB相机模组14位于投影模组15与成像模组11之间，且投影模组15和成像模组11之间的距离为25mm时，RGB相机模组14与成像模组11之间的距离为20mm。在其他实施例中，RGB相机模组14位于投影模组15与成像模组11之间，且更加靠近投影模组15。

在其他实施例中，也可以配置除RGB相机模组14外的其他模组，比如在投影模组15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15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15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。

在后续的说明中将投影模组15、成像模组11以及RGB相机模组14统称为光学模组，可以理解的是，光学模组还可以包括更多种类，比如基于TOF技术的深度相机中的发射模组与接收模组。各个光学模组通过电路板17及连接器18 实现供电及电路连接，电路板17可以是柔性电路板FPC、印制电路板PCB或软硬结合板等，连接器可以包括任何形式，比如板对对(BTB)连接器、零插入力 (ZIF)连接器等。

在将集成3D成像装置1嵌入到其他电子设备中时，需要保证各个部件的稳定性，另外还要保证各个光学模组的高散热性。在图1所示的深度相机中，各个光学模组被固定在支架16上，支架中间开有通孔162让光学模组上端穿过以保证各个光学模组在水平方向上相对位置固定。

在一种实施例中，光学模组进入支架16通孔162中的部分被制造成方形形状，支架14的相应通孔162也被设置成方形形状，这种结构的好处在于无需额外设置定位结构。在其他实施例中，光学模组可以被设置成其他任何可以唯一定位的形状。可以理解的是，这种结构的光学模组自身就是一种定位结构。

支架16一般由刚性较好的材料制成，比如钢、铝合金、锌合金、不锈钢合金等通过粉末冶金、钣金、压铸、冲压、液态金属成型等工艺制作而成，支架整体高度约为1mm-10mm，宽度约为3mm-10mm。厚度约为0.5mm～5mm，支架 16也可以是电子设备中的主板或用于固定其他器件的支架。在一些实施例中，支架16也可以由散热性好的材料制成，比如陶瓷等，以提供装置的散热性。

支架16还包括至少一个安装面161，用于安装其他模块，比如用于主动照明的照明灯，在一个实施例中当成像模组11为红外相机时，照明灯为红外泛光灯，其足够靠近成像模组11用于提供红外泛光照明。在一个实施例中安装需161上还安装一些传感器13，比如环境光传感器、接近度传感器、听筒等。泛光灯12 与传感器13可以通过任意形式被安装在安装面161上，在一个实施例中可以通过粘贴的方式安装在安装面161上。

在一些实施例中，泛光灯设置于投影模组与成像模组之间，泛光灯与投影模组之间的距离大于泛光灯与所述成像模组之间的距离。

在一些实施例中，泛光灯12以及传感器13也可以与光学模组类似，安装在支架16的通孔中。

泛光灯12与投影模组15都用于对目标投射主动光束，当成像模组11用于对二者进行成像时，一般针对不同的需要独立打开泛光灯12与投影模组15，比如在需要采集泛光图像时打开泛光灯12，在需要采集深度图像时打开投影模组 15。在一些实施例中，也可以同步打开泛光灯12与投影模组15。

以上的实施例中是以集成3D成像装置的结构进行说明的，实际上，3D成像装置会成为越来越多的电子设备比如手机、电脑、平板、电视等的元器件，以使得电子设备具有3D成像能力。上述各实施例中的结构也可以被用在电子设备中的结构集成上。以下以手机为例进行说明。

图2根据本实用新型一个实施例的移动终端结构示意图。移动终端2包括外壳21、屏幕22、集成3D成像装置的各部件成像模组11、泛光灯12、传感器13、 RGB相机模组14及投影模组15，另外在终端内部还包括电池24以及主板23。这里，集成3D成像装置被设置为获取移动终端2正面目标的图像，因此叫前置相机，在一些实施例中，也可以为后置或其他形式。在这一结构中，集成3D成像装置各部分与移动终端2内的主板23被分开放置，集成3D成像装置作为独立的元器件被集成在移动终端2中。在一些实施例中，移动终端的主板23或用于固定其他器件的支架与支架16可以合二为一，集成3D成像装置上的其他元器件，比如专用处理器也可以直接放置到移动终端的主板23上，甚至可以由移动终端的主板23上的其他处理器25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。

在一些实施例中，移动终端中设置集成3D成像装置的平面与屏幕所在的平面是同一平面或为相对立的平面，可以根据移动终端的具体情况进行设置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成3D成像装置，其特征在于，包括：

投影模组，用于向空间发射结构光光束；

泛光灯，用于向空间投射泛光光束；

成像模组，用于对所述结构光光束和/或泛光光束成像；

支架，包括与所述投影模组以及所述成像模组对应的通孔以及安装面，所述通孔用于放置所述投影模组以及所述成像模组，所述安装面用于安装所述泛光灯。

2.如权利要求1所述的集成3D成像装置，其特征在于，还包括彩色相机模组，用于采集彩色图像，所述彩色相机模组安装在所述支架上与之相对应的通孔中。

3.如权利要求2所述的集成3D成像装置，其特征在于，所述彩色相机模组位于所述投影模组以及所述成像模组之间，所述彩色相机模组与所述投影模组之间的距离小于所述彩色相机模组与所述成像模组之间的距离。

4.如权利要求3所述的集成3D成像装置，其特征在于，所述投影模组与所述成像模组之间的距离为25mm，所述成像模组与所述彩色相机模组之间的距离为20mm。

5.如权利要求1所述的集成3D成像装置，其特征在于，还包括传感器，所述传感器安装在所述支架上与之相对应的通孔中。

6.如权利要求1所述的集成3D成像装置，其特征在于，还包括传感器，所述传感器安装在所述支架的所述安装面上。

7.如权利要求5或6任一所述的集成3D成像装置，其特征在于，所述传感器包括环境光传感器、接近度传感器、听筒中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的集成3D成像装置，其特征在于，所述泛光灯位于所述投影模组与所述成像模组之间，所述泛光灯与所述投影模组之间的距离大于所述泛光灯与所述成像模组之间的距离。

9.如权利要求1所述的集成3D成像装置，其特征在于，所述支架包括金属、合金、陶瓷材料的一种或多种的组合。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1～9任一所述的集成3D成像装置，安装在所述电子设备的第一平面上，用于获取深度图像和/或彩色图像；

显示器，安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示图像；

所述第一平面与所述第二平面为同一平面或所述第一平面与所述第二平面为相对立的平面。