CN207780465U - 激光投射模组、深度相机和电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光投射模组。激光投射模组包括基板组件、镜筒、光源、准直元件、衍射光学元件和保护盖。镜筒包括镜筒侧壁，镜筒侧壁设置在基板组件上并与基板组件共同形成收容腔。镜筒包括自镜筒侧壁向内凸出的限位凸起，限位凸起包括限位面。镜筒还包括自限位面凸出的支撑凸起，支撑凸起包括远离限位面的支撑面。光源设置在基板组件上并用于向收容腔发射激光。准直元件收容在收容腔内。衍射光学元件安装在限位面上位于限位面与支撑面之间。保护盖安装在支撑面上并能够阻挡衍射光学元件沿光源的发光方向移动。本实用新型还公开了一种深度相机和电子装置。衍射光学元件不会沿出光方向脱落，避免激光未经过衍射光学元件就发射出去。

Description

激光投射模组、深度相机和电子装置

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，更具体而言，涉及一种激光投射模组、深度相机和电子装置。

背景技术

激光投射模组需要在激光的发射光路上设置衍射光学元件(diffractiveoptical elements,DOE)，而衍射光学元件通常通过胶水直接粘在激光投射模组的镜筒上，而胶水容易失效，导致衍射光学元件脱落，激光直接发射出去后容易灼伤用户。

实用新型内容

本实用新型实施方式提供一种激光投射模组、深度相机和电子装置。

本实用新型实施方式的激光投射模组包括：

基板组件；

镜筒，所述镜筒包括镜筒侧壁，所述镜筒侧壁设置在所述基板组件上并与所述基板组件共同形成收容腔，所述镜筒包括自镜筒侧壁向内凸出的限位凸起，所述限位凸起包括限位面，所述镜筒还包括自所述限位面凸出的支撑凸起，所述支撑凸起包括远离所述限位面的支撑面；

光源，所述光源设置在所述基板组件上并用于向所述收容腔发射激光；

准直元件，所述准直元件收容在所述收容腔内；

衍射光学元件，所述衍射光学元件安装在所述限位面上且位于所述限位面与所述支撑面之间；和

保护盖，所述保护盖安装在所述支撑面上并能够阻挡所述衍射光学元件沿所述光源的发光方向移动。

在某些实施方式中，所述镜筒包括相背的第一面和第二面，所述第二面与所述基板组件结合，所述支撑面位于所述第一面与所述第二面之间。

在某些实施方式中，所述镜筒包括相背的第一面和第二面，所述第二面与所述基板组件结合，所述第一面与所述支撑面齐平。

在某些实施方式中，所述保护盖开设有通光孔，所述通光孔与所述衍射光学元件对准。

在某些实施方式中，所述保护盖覆盖所述衍射光学元件，所述保护盖由透光材料制成。

在某些实施方式中，所述限位凸起呈连续的环状；或所述限位凸起的数量为多个，多个所述限位凸起间隔分布。

在某些实施方式中，所述限位凸起开设有过光孔，所述过光孔连通所述收容腔，所述限位面上形成有容胶槽，所述容胶槽与所述过光孔间隔。

在某些实施方式中，所述支撑面上形成有结合槽。

在某些实施方式中，所述光源包括边发射激光器，所述边发射激光器包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件。

在某些实施方式中，所述激光投射模组还包括固定件，所述固定件用于将所述边发射激光器固定在所述基板组件上。

在某些实施方式中，所述固定件包括封胶，所述封胶设置在所述边发射激光器与所述基板组件之间，所述封胶为导热胶。

在某些实施方式中，所述固定件包括支撑架，所述支撑架设置在所述基板组件上，所述边发射激光器固定在所述支撑架上。

本实用新型实施方式的深度相机包括：

上述任一实施方式所述的激光投射模组；

图像采集器，所述图像采集器用于采集经所述衍射光学元件后向目标空间中投射的激光图案；和

分别与所述激光投射模组和所述图像采集器连接的处理器，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

本实用新型实施方式的电子装置包括：

壳体；和

上述实施方式所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。

本实用新型实施方式的激光投射模组，深度相机和电子装置中，保护盖安装在支撑面上并能够阻挡衍射光学元件沿光源的发光方向移动，衍射光学元件不会沿出光方向脱落，避免激光未经过衍射光学元件就发射出去，保护用户，提高安全性。

本实用新型的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实施方式的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施方式的电子装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施方式的深度相机的结构示意图；

图3是本实用新型实施方式的激光投射模组的立体示意图；

图4是本实用新型实施方式的激光投射模组的平面示意图；

图5是本实用新型实施方式的激光投射模组的立体分解示意图；

图6是图4所示的激光投射模组沿VI-VI线的截面示意图；

图7是图4所示的激光投射模组沿VII-VII线的截面示意图；

图8是本实用新型另一实施方式的沿与图4所示的激光投射模组VI-VI线对应位置的截面示意图；

图9是本实用新型实施方式的激光投射器的镜筒的立体示意图；

图10至图13是本实用新型实施方式激光投射器的部分结构示意图。

主要元件符号说明：

电子装置1000、壳体200、深度相机100、激光投射模组10、基板组件11、电路板111、收容孔113、镜筒12、收容腔121、镜筒侧壁122、限位凸起123、过光孔1231、限位面1232、第一面124、第二面125、容胶槽126、支撑凸起127、支撑面1271、结合槽128、光源13、边发射激光器131、发光面1311、侧面1312、准直元件14、光学部141、安装部142、衍射光学元件15、保护盖16、本体161、顶面1611、底面1612、通光孔162、连接器17、固定件18、封胶181、支撑架182、图像采集器20、处理器30、投射窗口40、采集窗口50。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本实用新型的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型的实施方式，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本实用新型实施方式的电子装置1000包括壳体200和深度相机100。电子装置1000可以是手机、平板电脑、手提电脑、游戏机、头显设备、门禁系统、柜员机等，本实用新型实施例以电子装置1000是手机为例进行说明，可以理解，电子装置1000的具体形式可以是其他，在此不作限制。深度相机100设置在壳体200内并从壳体200暴露以获取深度图像，壳体200可以给深度相机100提供防尘、防水、防摔等保护，壳体200上开设有与深度相机100对应的孔，以使光线从孔中穿出或穿入壳体200。

请参阅图2，深度相机100包括激光投射模组10、图像采集器20和处理器30。深度相机100上可以形成有与激光投射模组10对应的投射窗口40，和与图像采集器20对应的采集窗口50。激光投射模组10用于通过投射窗口40向目标空间投射激光图案，图像采集器20用于通过采集窗口50采集被标的物调制后的激光图案。在一个例子中，激光投射模组10投射的激光为红外光，图像采集器20为红外摄像头。处理器30与激光投射模组10及图像采集器20均连接，处理器30用于处理激光图案以获得深度图像。具体地，处理器30采用图像匹配算法计算出该激光图案中各像素点与参考图案中的对应各个像素点的偏离值，再根据该偏离值进一步获得该激光图案的深度图像。其中，图像匹配算法可为数字图像相关(DigitalImage Correlation，DIC)算法。当然，也可以采用其它图像匹配算法代替DIC算法。下面将对激光投射模组10的结构作进一步介绍。

请参阅图3至图6，激光投射模组10包括基板组件11、镜筒12、光源13、准直元件14、衍射光学元件15和保护盖16。光源13、准直元件14和衍射光学元件15依次设置在光源13的光路上，具体地，光源13发出的光依次穿过准直元件14和衍射光学元件15。

请参阅图6和图7，基板组件11包括电路板111。电路板111可以是印刷电路板、柔性电路板、软硬结合板中的任意一种。电路板111上可以开设有收容孔113，收容孔113可以是盲孔，收容孔113内可以用于容纳光源13。电路板111一部分被镜筒12罩住，另一部分延伸出来并可以与连接器17连接，连接器17可以将激光投射模组10连接到电子装置1000的主板上。在一些例子中，基板组件11还可以包括基板(图未示)，电路板111承载在基板上，基板的材料可以是塑料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Glycol Terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)中的至少一种。

请参阅图6至图8，镜筒12设置在基板组件11上并与基板组件11共同形成收容腔121。具体地，镜筒12可以与基板组件11的电路板111连接，镜筒12与电路板111可以通过粘胶粘接，以提高收容腔121的气密性。当然，镜筒12与基板组件11的具体连接方式可以有其他，例如通过卡合连接。收容腔121可以用于容纳准直元件14、衍射光学元件15等元器件，收容腔121同时形成激光投射模组10的光路的一部分。在本实用新型实施例中，镜筒12呈中空的筒状，镜筒12包括镜筒侧壁122、限位凸起123和支撑凸起127。

镜筒侧壁122包围收容腔121，镜筒侧壁122的外壁可以形成有定位结构和安装结构，以便于在将激光投射模组10安装在电子装置1000内时固定激光投射模组10的位置。镜筒12包括相背的第一面124和第二面125，其中收容腔121的一个开口开设在第二面125上，另一个开口开设在第一面124上。第二面125与电路板111结合，例如胶合，第一面124可以作为镜筒12与衍射光学元件15的结合面，或作为镜筒12与保护盖16等的结合面。

请参阅图6和图7，限位凸起123自镜筒侧壁122向内凸出，具体地，限位凸起123自镜筒侧壁122向收容腔121内突出。限位凸起123可以呈连续的环状，或者限位凸起123包括多个，多个限位凸起123间隔分布。限位凸起123围成过光孔1231，过光孔1231可以作为收容腔121的一部分，激光穿过过光孔1231后穿入衍射光学元件15。在如图6所示的实施例中，限位凸起123位于第一面124与第二面125之间，限位凸起123与第二面125之间的收容腔121可以用于收容准直元件14，限位凸起123与第一面124之间的收容腔121可以用于收容衍射光学元件15。同时，在组装激光投射模组10时，当衍射光学元件15与限位凸起123相抵，可以认为衍射光学元件15安装到位，当准直元件14与限位凸起123相抵，可以认为准直元件14安装到位。限位凸起123包括限位面1232，当衍射光学元件15安装在限位凸起123上时，限位面1232与衍射光学元件15结合。

请参阅图6和图9，支撑凸起127自限位面1232凸出，具体地，支撑凸起127自限位面1232向第一面124凸出。在本实用新型实施例中，支撑凸起127在限位面1232与镜筒侧壁122的相交的位置凸出，支撑凸起127可以呈环形，衍射光学元件15安装在限位凸起123上时，衍射光学元件15与限位面1232结合，且被支撑凸起127包围，以防止衍射光学元件15沿垂直于出光方向的方向上移动。支撑凸起127包括支撑面1271，具体地，支撑凸起127的远离限位面1232的一个端面形成支撑面1271。

请参阅图6，光源13设置在基板组件11上，具体地，光源13可以设置在电路板111上并与电路板111电连接。光源13用于发射激光，激光可以是红外光，在一个例子中，光源13可以包括半导体衬底及设置在半导体衬底上的发射激光器，半导体衬底设置在电路板111上，发射激光器可以是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)。半导体衬底可以设置单个发射激光器，也可以设置由多个发射激光器组成的阵列激光器，具体地，多个发射激光器可以以规则或者不规则的二维图案的形式排布在半导体衬底上。

请参阅图7，准直元件14可以是光学透镜，准直元件14用于准直光源13发射的激光，准直元件14收容在收容腔121内，准直元件14可以沿第二面125指向第一面124的方向组装到收容腔121内。准直元件14包括光学部141和安装部142，安装部142用于与镜筒侧壁122结合以使准直元件14固定在收容腔121内，在本实用新型实施例中，光学部141包括位于准直元件14相背两侧的两个曲面。准直元件14的其中一个曲面伸入过光孔1231内。

请参阅图6至图8，衍射光学元件15安装在限位凸起123上，具体地，衍射光学元件15与限位面1232结合以安装在限位凸起123上。本实用新型实施例中，衍射光学元件15的与限位面1232结合的面上形成有衍射结构，衍射光学元件15可以将经准直元件14准直后的激光投射出与衍射结构对应的激光图案。衍射光学元件15可以由玻璃制成，也可以说由复合塑料(如PET)制成。

请参阅图5至图7，保护盖16与镜筒12结合，具体地，保护盖16安装在支撑面1271上。保护盖16能够阻挡衍射光学元件15沿光源的发光方向移动。保护盖16与限位凸起123分别位于衍射光学元件15相背的两侧，当限位凸起123与衍射光学元件15的结合失效后，由于保护盖16的限制作用，衍射光学元件15也不会沿出光方向脱出。保护盖16包括本体161，本体161可以呈薄片状，本体161安装在支撑面1271上，具体可以通过胶粘的方式安装在支撑面1271上，在安装保护盖16时，可以先在支撑面1271上点胶，再将本体161安装在支撑面1271上，当然，本体161也可以通过卡合、螺合等方式安装在支撑面1271上。在如图5和图6所示的实施例中，本体161上开设有通光孔162，本体161与镜筒12结合后，通光孔162与衍射光学元件15对准，使得激光经衍射光学元件15衍射后能够从通光孔162穿出。通光孔162的孔径大小小于衍射光学元件15的宽度或长度中的至少一个，以将衍射光学元件16限制在保护盖16与限位凸起123之间。在另一个实施例中，保护盖16也可以未开设上述的通光孔162，保护盖16覆盖衍射光学元件15，保护盖16的本体161由透光材料制成，透光材料例如是玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)等。如此，保护盖16一方面可以防止衍射光学元件15脱落，另一方面还可以防止灰尘、水汽等落在衍射光学元件15的表面，给衍射光学元件15提供进一步的保护。

综上，本实用新型实施方式的电子装置1000中，保护盖16安装在支撑面1271上并能够阻挡衍射光学元件15沿光源13的发光方向移动，衍射光学元件15不会沿出光方向脱落，避免激光未经过衍射光学元件15就发射出去，保护用户，提高安全性。

请参阅图6和图9，在某些实施方式中，支撑面1271位于第一面124与第二面125之间，或者说，支撑面1271位于第一面124与限位面1232之间，第一面124与支撑面1271形成有高度差。进一步地，当保护盖16安装在支撑面1271上时，保护盖16的底面1612可以与支撑面1271结合，保护盖16的顶面1611可以与第一面124齐平，其中底面1612与顶面1611相背。如此，保护盖16嵌入到镜筒12中，保护盖16的侧面不会受到撞击而从镜筒16中脱落，且激光投射模组10的厚度较小。

请参阅图8，在某些实施方式中，支撑面1271与第一面124齐平，或者说，支撑凸起127从限位面1232凸出的高度等于限位面1232与第一面121的高度差。此时，保护盖16安装在限位面1232上，也同时安装在第一面124上，如此，镜筒12的结构简单，保护盖16容易安装。

请参阅图8和图10，在某些实施方式中，限位凸起123开设有过光孔1231，过光孔1231连通收容腔121，限位面1232上形成有容胶槽126，容胶槽126与过光孔1231间隔。在安装衍射光学元件15时，可以先在容胶槽126内点胶，点胶完毕后将衍射光学元件15安装在限位面1232上，在胶水的粘结作用下，衍射光学元件15与限位凸起123的结合较可靠，同时胶水可以容纳在容胶槽126内，避免胶水从容胶槽126内溢出而流到衍射光学元件15的衍射结构上。容胶槽126与过光孔1231间隔开设，避免容胶槽126内的胶水流入到过光孔1231，而影响激光的传播。具体地，容胶槽126的数量可以是多个，多个容胶槽126以过光孔1261的轴线为中心均匀分布在过光孔1231的周缘，如此，当衍射光学元件15与限位凸起123粘结时，粘结力较均匀且不易失效。

请参阅图10，在某些实施方式中，支撑面1271上形成有结合槽128。在安装保护盖16时，可以先在结合槽128内点胶，点胶完毕后将保护盖16安装在支撑面1271上，胶水可以容纳在结合槽128内，避免胶水从结合槽128内溢出而流到衍射光学元件15上。结合槽128的数量可以是环形的首尾连通的槽，结合槽128的数量可以是多个，多个结合槽128可以间隔分布在过光孔1231的周围。

请参阅图8和图11，在某些实施方式中，光源13包括边发射激光器(edge-emittinglaser，EEL)131，具体地，边发射激光器131可以是分布反馈式激光器(DistributedFeedback Laser，DFB)。边发射激光器131整体呈柱状，边发射激光器131远离基板组件11的一个端面形成有发光面1311，激光从发光面1311发出，发光面1311朝向准直元件14。采用边发射激光器131作为光源，一方面边发射激光器131较VCSEL阵列的温飘较小，另一方向，由于边发射激光器131为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，激光投射模组10的光源成本较低。

请参阅图8和图11，在某些实施方式中，激光投射模组10还包括固定件18，固定件18用于将边发射激光器131固定在基板组件11上。分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益。要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布反馈式激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度，导致分布反馈式激光器一般呈细长条结构。当边发射激光器131的发光面1311朝向准直元件14时，边发射激光器131呈竖直放置，由于边发射激光器131呈细长条结构，边发射激光器131容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置固定件18能够将边发射激光器131固定住，防止边发射激光器131发生跌落、移位或晃动等意外。

具体地，请参阅图11和图12，在某些实施方式中，固定件18包括封胶181，封胶181设置在边发射激光器131与基板组件11之间。更具体地，在如图11所示的例子中，边发射激光器131的与发光面1311相背的一面粘接在基板组件11上。在如图12所示的例子中，边发射激光器131的侧面1312也可以粘接在基板组件11上，封胶181包裹住四周的侧面1312，也可以仅粘结侧面1312的某一个面与基板组件11或粘结某几个面与基板组件11。进一步地，封胶181可以为导热胶，以将光源13工作产生的热量传导至基板组件11中。

请参阅图13，在某些实施方式中，固定件18包括支撑架182，支撑架182设置在基板组件11上，边发射激光器131固定在支撑架182上。支撑架182的数量可以是多个，多个支撑架182可以共同包围边发射激光器131，在安装时可以将边发射激光器131直接安装在多个支撑架182之间。在一个例子中，多个支撑架182共同夹持边发射激光器131，以进一步防止边发射激光器131发生晃动。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

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至少一个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种激光投射模组，其特征在于，包括：

基板组件；

镜筒，所述镜筒包括镜筒侧壁，所述镜筒侧壁设置在所述基板组件上并与所述基板组件共同形成收容腔，所述镜筒包括自所述镜筒侧壁向内凸出的限位凸起，所述限位凸起包括限位面，所述镜筒还包括自所述限位面凸出的支撑凸起，所述支撑凸起包括远离所述限位面的支撑面；

光源，所述光源设置在所述基板组件上并用于向所述收容腔发射激光；

准直元件，所述准直元件收容在所述收容腔内；

衍射光学元件，所述衍射光学元件安装在所述限位面上且位于所述限位面与所述支撑面之间；和

保护盖，所述保护盖安装在所述支撑面上并能够阻挡所述衍射光学元件沿所述光源的发光方向移动。

2.根据权利要求1所述的激光投射模组，其特征在于，所述镜筒包括相背的第一面和第二面，所述第二面与所述基板组件结合，所述支撑面位于所述第一面与所述第二面之间。

3.根据权利要求1所述的激光投射模组，其特征在于，所述镜筒包括相背的第一面和第二面，所述第二面与所述基板组件结合，所述第一面与所述支撑面齐平。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述保护盖开设有通光孔，所述通光孔与所述衍射光学元件对准。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述保护盖覆盖所述衍射光学元件，所述保护盖由透光材料制成。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述限位凸起呈连续的环状；或所述限位凸起的数量为多个，多个所述限位凸起间隔分布。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述限位凸起开设有过光孔，所述过光孔连通所述收容腔，所述限位面上形成有容胶槽，所述容胶槽与所述过光孔间隔。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述支撑面上形成有结合槽。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的激光投射模组，其特征在于，所述光源包括边发射激光器，所述边发射激光器包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件。

10.根据权利要求9所述的激光投射模组，其特征在于，所述激光投射模组还包括固定件，所述固定件用于将所述边发射激光器固定在所述基板组件上。

11.根据权利要求10所述的激光投射模组，其特征在于，所述固定件包括封胶，所述封胶设置在所述边发射激光器与所述基板组件之间，所述封胶为导热胶。

12.根据权利要求10所述的激光投射模组，其特征在于，所述固定件包括支撑架，所述支撑架设置在所述基板组件上，所述边发射激光器固定在所述支撑架上。

13.一种深度相机，其特征在于，包括：

权利要求1-12任意一项所述的激光投射模组；

图像采集器，所述图像采集器用于采集经所述衍射光学元件后向目标空间中投射的激光图案；和

分别与所述激光投射模组和所述图像采集器连接的处理器，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。

14.一种电子装置，其特征在于，包括：

壳体；和

权利要求13所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。