CN207764540U - 结构光投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种结构光投影装置，其包括：激光发射器；准直透镜系统，位于所述激光发射器所发出的光线的光路上，以对所述激光发射器所发出的光线进行准直；以及驱动器，驱动所述激光发射器沿着所述光路方向移动和/或转动，以改变所述激光发射器相对于空间目标的表面的位置和角度。

Description

结构光投影装置

技术领域

本申请涉及一种结构光投影装置，更具体地涉及一种自动对焦的结构光投影装置。本申请还涉及一种用于制造该结构光投影装置的方法、包括该结构光投影装置的深度相机以及包括该深度相机的电子设备。

背景技术

随着科技发展，深度相机技术也越来越完善(例如其成像效果更佳等)，因此深度相机被逐步应用于各种电子设备上。

结构光投影装置作为深度相机的重要构成部件，其功能的好坏将直接影响到整个深度相机的功能。例如，结构光投影模组投影效果差，则会使得整个深度相机的成像质量变差。然而，如果增强结构光投影模组的投影效果，汇聚到人眼的结构光则会对眼睛造成伤害。因此能够投射至空间目标表面上的结构光的汇聚形式受到限制，这会影响结构光投影模组的投射范围。此外，由于不同距离需要不同的汇聚景深，否则光斑过大会相互干扰，无法保证准确的识别效果，因此目前结构光投影装置都是固定结构，即在使用时，焦点等光学参数不会发生变化，而深度相机的拍摄距离为一个固定的范围(类似景深)。如果空间目标超出这个范围，结构光投影装置就无法保证投射于空间目标表面的结构光质量，从而使得深度相机成像效果变差。换言之，结构光在该范围投影在空间目标表面的光斑大小、光亮度等符合接收要求，但是一旦超出该范围，使得投射效果变差不易被识别或者不能被识别，无法被接收模组接收或者识别(即，超出该范围后，光斑会因过大而无法被接收模组接收、识别)，从而影响深度相机的成像效果和成像质量。

由此，现有的深度相机更多的是被设置于电子设备前端(例如，前置摄像头)，从而仅能够提供近距离的成像。但是随着市场的发展，短距离拍摄成像难以满足需求，因此急需增大拍摄距离而不影响成像效果的深度相机。

实用新型内容

在此基础上，本申请提出将结构光投影装置设计为一种能够自动对焦的结构光投影装置，即通过对激光发射器的位置、角度等参数进行调整，使得自动对焦结构光投影装置投影范围变大(即，距离增加)，从而使得整个深度相机拍摄距离增大。根据本申请提出的自动对焦的结构光投影装置，能够通过算法进行调整，使得结构光投影装置投影出来的结构光光斑大小、光强度等即使在远距离也符合需求，从而使得增大拍摄距离成为可能。

根据本申请的一个方面，提供了一种结构光投影装置，包括：激光发射器；准直透镜系统，位于所述激光发射器所发出的光线的光路上，以对所述激光发射器所发出的光线进行准直；以及驱动器，驱动所述激光发射器沿着所述光路方向移动和/或转动，以改变所述激光发射器相对于空间目标的表面的位置和角度。

根据本申请的示例性实施方式，所述结构光投影装置还包括：衍射光学元件，位于所述准直透镜系统远离所述激光发射器的一侧，以将通过所述准直透镜系统的光线投射至所述空间目标的表面。

根据本申请的示例性实施方式，所述结构光投影装置还包括：线路板，电连接至所述激光发射器，并且承载所述激光发射器。

根据本申请的示例性实施方式，所述驱动器驱动所述线路板与所述激光发射器一起沿着所述光路方向移动。

根据本申请的示例性实施方式，所述驱动器驱动所述线路板与所述激光发射器一起相对于所述光路方向成角度转动。

根据本申请的示例性实施方式，所述激光发射器通过柔性导线与所述线路板电连接。

根据本申请的示例性实施方式，所述驱动器与所述激光发射器直接接触，以驱动所述激光发射器沿着所述光路方向移动。

根据本申请的示例性实施方式，所述驱动器与所述激光发射器直接接触，以驱动所述激光发射器相对于所述光路方向成角度转动。

根据本申请的示例性实施方式，所述激光发射器包括呈阵列布置的多个激光发射源。

根据本申请的示例性实施方式，所述结构光投影装置包括多个驱动器，以分别驱动所述多个激光发射源。

根据本申请的示例性实施方式，所述衍射光学元件包括衍射层，所述衍射层使所述光线分束。

根据本申请的示例性实施方式，所述衍射光学元件还包括不规则散斑层，所述不规则散斑层具有不规则散斑图案。

根据本申请的另一方面，提供了一种深度相机，包括：如上所述的结构光投影装置，以及接收模组，其中，所述接收模组为变焦模组或定焦模组，并且所述接收模组的景深范围大于或等于所述结构光投影装置的投影范围。

根据本申请的另一方面，提供了一种电子设备，包括如上所述的深度相机。

附图说明

以下结合附图，通过描述本申请的示例性实施方式来解释本申请构思的原理。应当理解，附图旨在示出本申请的示例性实施方式而非对其进行限制。其中，附图用于提供对本申请构思的进一步理解，并且并入说明书中构成本说明书的一部分。附图中相同的附图标记表示相同的特征。在附图中：

图1示出了根据本申请的示例性实施方式的结构光投影装置的示意图；

图2A至图2C示出了经准直透镜系统准直后，DOE衍射(分束) 的光束的示意图；

图3示出了根据本申请的另一示例性实施方式的结构光投影装置的示意图；

图4示出了根据本申请的另一示例性实施方式的结构光投影装置的示意图

图5示出了根据本申请的示例性实施方式的结构光投影装置的激光发射器的示意图；

图6示出了根据本申请的示例性实施方式沿图3中的线A-A获取的剖视图；以及

图7示出了用于制造根据本申请的示例性实施方式的结构光投影装置的示意性流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。

本文使用的术语是为了描述特定示例性实施方式的目的，并且不意在进行限制。当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”表示存在所述特征、整体、元件、部件和/或它们的组合，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/ 或它们的组合的存在性。

本文参考示例性实施方式的示意图来进行描述。本文公开的示例性实施方式不应被解释为限于示出的具体形状和尺寸，而是包括能够实现相同功能的各种等效结构以及由例如制造产生的形状和尺寸偏差。附图中所示的位置本质上是示意性的，而不旨在对各部件的位置进行限制。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属技术领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的语境下的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。

以下参考附图来对本申请的各个方面进行更详细的说明。

图1示出了根据本申请的示例性实施方式的结构光投影装置100 的示意图。结构光投影装置100可包括激光发射器(VCSEL)11、准直透镜系统12以及衍射光学元件(DOE)13。如图1中所示，准直透镜系统12可位于激光发射器11所发出的光线的光路L上，以对激光发射器11所发出的光线进行准直。衍射光学元件13可位于准直透镜系统12远离激光发射器11的一侧，以将通过准直透镜系统12的光线分束并投射至空间目标的表面。在使用时，激光发射器11发出光，然后通过准直透镜系统12进行准直，然后再通过衍射光学元件13分束，再投射至空间目标的表面上。

如图1所示，结构光投影装置100还可包括结构支撑件10和驱动器14。结构支撑件10可用于为准直透镜系统12以及衍射光学元件 (DOE)13提供支撑。驱动器14可驱动激光发射器11沿着光路方向 L移动和/或相对于光路方向L成角度地转动，从而改变结构光投影装置100的激光发射器11与空间目标的相对位置和角度等参数，使得投射在空间目标的表面的结构光斑的大小、光强度等相应地改变。例如，在应用中，可以预先识别空间目标的特征，如果空间目标被识别为人眼，则光线不进行汇聚；如果没有需要避开光线的空间目标，则可通过改变结构光投影装置100的激光发射器11与空间目标的相对距离和相对角度等，使得光线汇聚从而调节焦深。在本申请的实施方式中，自动对焦的结构光投影装置100的激光发射器11可以移动，即，激光发射器11可在驱动器14的作用下沿着光路方向移动，以使得结构光的投影能够满足需求，即投影在空间目标的表面的结构光光斑大小、光强度等符合需要，可以准确被识别。

如图2A-2C所示，理论上，激光发射器11发出的光经准直透镜系统12准直后，DOE衍射(分束)的光束应当是相互平行的，即在空间任一位置光斑的大小一致(如图2A)，但是由于光学元器件制造过程中存在误差，光束无法做到平行(如图2B)，从而光斑大小会发生变化，而光斑大小则会影响接收模组的接收。通常，通过调整准直透镜系统12和激光发射器11的距离和相对角度，可以调节整个投影装置的焦深。此处，焦深可解释为光束在经过DOE衍射后能够被接收模组准确地识别的范围。例如，如图2B所示，焦深可示出为图2B中的L1与L2之间的范围。例如但并非限制，焦深可以为L1与L2之间的可以很好的由接收模组接收并识别的光斑大小、密度、光强度等。在本申请中，如图2C所示，通过移动激光发射器11使得准直透镜系统12和激光发射器11的距离发生变化，从而改变焦深的位置，实现拍摄距离改变。然而应当理解，为了便于说明，图2中仅示出一束光束(VCSEL上的一个光源发出的)，在实际使用中VCSEL上有很多光源或者是多个VCSEL阵列，并且每个VCSEL有多个光源。

如上文所述，激光发射器11可沿着光路方向L移动。激光发射器 11的移动可通过算法进行控制，根据与空间目标的位置反馈通过算法实现精确的移动，从而使得投影效果更佳。

在示例性实施方式中，驱动器14可以为马达等尺寸较小的部件。

再次参见图1，结构光投影装置100还可包括与激光发射器11电连接的线路板15以控制激光发射器11的状态。通常，激光发射器11 的正极利用金属线连接于线路板，而其负极则直接设置于线路板上。由于金属线比较脆因而在交变应力作用下易断，因此本申请中的激光发射器11可以设置成与线路板一起运动。但是，也可以对金属线进行升级，例如利用硅材料做成导线，再在表面涂上导电金属进行连接，使得驱动器14也可直接驱动激光发射器11进行运动。以上仅示出激光发射器11与线路板15示例性连接方式，应当理解，激光发射器11 可以任何适当的方式与线路板15可电连接，例如，利用柔性导线等。

图3示出了根据本申请的另一示例性实施方式的结构光投影装置 100的示意图。在图3所示的实施方式中，激光发射器11的正极和负极均以诸如柔性金属线的电信号连接件连接至线路板，以允许驱动器仅驱动激光发射器11进行运动。

图3示出了根据本申请的另一示例性实施方式的结构光投影装置 100的示意图。在图4所示的实施方式中，衍射光学元件(DOE)13 包括衍射层131和不规则散斑层132。衍射层131用于衍射光线，即，使光线分束。

在常规结构光投影装置中，通常在激光发射器11中设计不规则散斑图案，导致激光发射器11结构复杂。而在本实施方式中，不规则散斑层 132具有不规则散斑图案，这样激光发射器11就不必设有不规则散斑图案，从而简化了激光发射器11的结构，降低了激光发射器11的设计难度。

根据本申请的另一个示例性实施方式，驱动器14还可驱动激光发射器11相对于光路方向L成角度转动，从而可以使得结构光投影满足需求，即投影在空间目标表面的结构光光斑大小符合需求。例如，可通过分别使激光发射器11各侧的驱动器14以不同速度进行驱动而使激光发射器11转动。但是，也可以其他适当的方式来驱动激光发射器 11发生转动，例如通过特定的转动机构带动激光发射器转动。

图5示出了根据本申请的实施方式的激光发射器11上的激光发射源101的示例性布置。如图5所示，多个激光发射源101可以呈阵列布置以形成期望尺寸的激光发射器11。应当理解，图5中示出的激光发射源101的布置仅是一个示例，而非对激光发射器11的形状和尺寸进行限制。本领域技术人员应当理解，激光发射源101的布置方式、尺寸和数量等可根据实际需要进行调整。

图6示出了根据本申请的示例性实施方式沿图3中的线A-A获取的剖视图。如图6所示，可通过使用单独的驱动器对激光发射器11中的多个激光发射源101中的每个分别进行驱动，以更加灵活地调整激光发射器11相对于空间目标的位置、角度等参数。

在本申请中，通过改变结构光投影装置相对于空间目标的位置、距离、角度等参数，使得结构光的投影范围更大，从而能够在使投影距离增大的情况下不对投影效果造成影响。

图7示出了用于制造根据本申请的示例性实施方式的结构光投影装置的方法1000的示意性流程图。为了制造如上文所述的结构光投影装置，首先根据实际需要提供符合要求的激光发射器(步骤S1001)。然后，可在激光发射器所发出的光线的光路上设置准直透镜系统，以对所述激光发射器所发出的光线进行准直(步骤S1002)。在接下来的步骤S1003中，将衍射光学元件设置在准直透镜系统远离激光发射器的一侧上，以使得通过准直透镜系统的光线分束并投射至空间目标的表面上。该方法还可包括在邻近于所述激光发射器的位置处设置驱动器，以驱动激光发射器沿着光路方向移动和/或转动来改变所述激光发射器相对于空间目标的表面的位置和角度，从而调节投射范围。 (S1004)。

根据本申请的示例性实施方式，还可以设置一种包括上述结构光投影装置100和接收模组的深度相机。结构光投影装置100和接收模组可连接至处理器。接收模组可以为可自动对焦(变焦)模组或定焦模组。可以理解，投影的结构光的范围变化不会影响接收模组的效果，也就是说接收模组的景深范围应大于或等于结构光投影装置的投影范围。在某些实施方式中，深度相机还可包括RGB模组。此外，还可以设置一种包括上述深度相机的电子设备，例如但不限于智能手机、行驶记录仪、平板电脑、可穿戴设备等。

以上参照附图对本申请的示例性实施方式进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方式仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来限制本申请的范围。本申请的范围将由所附权利要求书以及其任何和所有等效物、包括其特征的任何组合的全部宽度给出。凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (14)

1.一种结构光投影装置，其特征在于，包括：

激光发射器；

准直透镜系统，位于所述激光发射器所发出的光线的光路上，以对所述激光发射器所发出的光线进行准直；以及

驱动器，驱动所述激光发射器沿着所述光路方向移动和/或转动，以改变所述激光发射器相对于空间目标的表面的位置和角度。

2.如权利要求1所述的结构光投影装置，其特征在于，所述结构光投影装置还包括：

衍射光学元件，位于所述准直透镜系统远离所述激光发射器的一侧，以将通过所述准直透镜系统的光线投射至所述空间目标的表面。

3.如权利要求1所述的结构光投影装置，其特征在于，所述结构光投影装置还包括：

线路板，电连接至所述激光发射器，并且承载所述激光发射器。

4.如权利要求3所述的结构光投影装置，其特征在于，所述驱动器驱动所述线路板与所述激光发射器一起沿着所述光路方向移动。

5.如权利要求3所述的结构光投影装置，其特征在于，所述驱动器驱动所述线路板与所述激光发射器一起相对于所述光路方向成角度转动。

6.如权利要求3所述的结构光投影装置，其特征在于，

所述激光发射器通过柔性导线与所述线路板电连接。

7.如权利要求6所述的结构光投影装置，其特征在于，所述驱动器与所述激光发射器直接接触，以驱动所述激光发射器沿着所述光路方向移动。

8.如权利要求6所述的结构光投影装置，其特征在于，所述驱动器与所述激光发射器直接接触，以驱动所述激光发射器相对于所述光路方向成角度转动。

9.如权利要求1至8中任一项所述的结构光投影装置，其特征在于，所述激光发射器包括呈阵列布置的多个激光发射源。

10.如权利要求9所述的结构光投影装置，其特征在于，所述结构光投影装置包括多个驱动器，以分别驱动所述多个激光发射源。

11.如权利要求2所述的结构光投影装置，其特征在于，所述衍射光学元件包括衍射层，所述衍射层使所述光线分束。

12.如权利要求11所述的结构光投影装置，其特征在于，所述衍射光学元件还包括不规则散斑层，所述不规则散斑层具有不规则散斑图案。

13.一种深度相机，包括：

如权利要求1至12中任一项所述的结构光投影装置，以及

接收模组，其中，所述接收模组为变焦模组或定焦模组，并且所述接收模组的景深范围大于或等于所述结构光投影装置的投影范围。

14.一种电子设备，包括如权利要求13所述的深度相机。