实用新型内容
本实用新型提供了一种激光投射模组、深度相机及电子装置。
本实用新型实施方式的激光投射模组包括镜座壳体、用于发射激光的光源、设置在所述光源出光侧并位于所述镜座壳体内且用于准直所述激光的准直元件、位于所述镜座壳体内且用于衍射所述准直元件准直后的激光以形成激光图案的衍射光学元件、防护结构和处理器。所述防护结构包括导电层和导线,所述导电层设置在所述衍射光学元件和/或所述准直元件上,所述导线至少部分地埋入所述镜座壳体并连接所述导电层。所述处理器与所述导线电连接以实现对所述激光投射模组的安全控制。
本实用新型实施方式的激光投射模组,通过设置在衍射光学元件和/或准直元件的导电层和埋入镜座壳体并连接导电层的导线,实时检测导电层的状态,从而间接地检测衍射光学元件的状态进而进行安全防护。另外,由于导线至少部分地埋入镜座壳体内,在使得导线被镜座壳体保护的同时,有利于激光投射模组的小型化。
在某些实施方式中,所述光源为垂直腔面发射激光器。垂直腔面发射激光器体积小,有利于激光投射模组的小型化。
在某些实施方式中,所述准直元件包括共轴且自所述光源至所述衍射光学元件方向上依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜。通过透镜实现对激光的准直,简单方便,成本较低。
在某些实施方式中,所述第一透镜的材料为玻璃,所述第二透镜和所述第三透镜的材料均为塑料。如此,在成本较低的同时有利于保证激光投射模组的稳定性。
在某些实施方式中,所述激光投射模组包括电路板和设置在所述电路板上的基板,所述基板形成有与所述电路板连接的基板焊盘,所述导线与所述基板焊盘焊接,所述镜座壳体位于所述基板上。如此,实现导线的通电。
在某些实施方式中,所述导线包括位于所述镜座壳体的下部且凸出于所述镜座壳体的凸出部,所述凸出部与所述基板焊盘焊接。如此,降低或避免了焊接时对镜座壳体造成的诸如电性不良和外观不良等问题的不利影响。
在某些实施方式中,所述导线包括至少部分地埋入所述镜座壳体内的导通部,所述导线包括位于所述镜座壳体的上部且自所述导通部向所述镜座壳体的内侧延伸的弯折部,所述弯折部与所述导电层电连接。如此,在实现所述导线与所述导电层的连接的同时,有利于节约所述激光投射模组的内部空间。
在某些实施方式中,所述激光投射模组包括电路板和设置在所述电路板下表面的补强板。如此,有利于提高激光投射模组的可靠性。
在某些实施方式中,所述激光投射模组包括开关元件,所述处理器连接所述开关元件并用于通过所述开关元件实现对所述光源的控制。如此,可以在出现异常时及时关闭光源从而进行防护。
在某些实施方式中,所述激光投射模组包括感温元件,所述处理器连接所述感温元件并用于接收所述感温元件的输出信号以及根据所述输出信号控制所述激光投射模组。如此,可以实现对激光投射模组温度的监测从而进行防护。
本实用新型实施方式的深度相机包括上述任一实施方式的激光投射模组和激光接收模组。所述激光接收模组用于采集由所述激光投射模组向目标空间中投射的所述激光图案,所述处理器用于处理所述激光接收模组所采集的所述激光图案以获得深度图像。
本实用新型实施方式的深度相机通过设置在衍射光学元件和/或准直元件的导电层和埋入镜座壳体并连接导电层的导线,实时检测导电层的信号,从而间接地检测衍射光学元件的状态进而进行安全防护。另外,由于导线至少部分地埋入镜座壳体内,在使得导线被镜座壳体保护的同时,有利于深度相机的小型化。
本实用新型实施方式的电子装置包括装置壳体和上述实施方式的深度相机。所述装置壳体设有透光部。所述深度相机收容在所述装置壳体,所述激光投射模组和所述激光接收模组与所述透光部对应设置。
本实用新型实施方式的电子装置的深度相机通过设置在衍射光学元件和/或准直元件的导电层和埋入镜座壳体并连接导电层的导线,实时检测导电层的信号,从而间接地检测衍射光学元件的状态进而进行安全防护。另外,由于导线至少部分地埋入镜座壳体内,在使得导线被镜座壳体保护的同时,有利于深度相机的小型化,从而有利于电子装置的小型化。
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。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,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所述特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本实用新型。此外,本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1和图2,本实用新型实施方式提供一种激光投射模组10。激光投射模组10包括镜座壳体11、用于发射激光的光源12、设置在光源12出光侧并位于镜座壳体11内且用于准直激光的准直元件14、位于镜座壳体11内且用于衍射准直元件14准直后的激光以形成激光图案的衍射光学元件16(Diffractive Optical Elements,DOE)、防护结构18和处理器19。防护结构18包括导电层182和导线184,导电层182设置在衍射光学元件16和/或准直元件14上,导线184至少部分地埋入镜座壳体11并连接导电层182。处理器19与导线184电连接以实现对激光投射模组10的安全控制。
本实用新型实施方式的激光投射模组10,通过设置在衍射光学元件16和/或准直元件14的导电层182和埋入镜座壳体11并连接导电层182的导线184,实时检测导电层182的状态,从而间接地检测衍射光学元件16的状态进而进行安全防护。另外,由于导线184至少部分地埋入镜座壳体11内,在使得导线184被镜座壳体11保护的同时,有利于激光投射模组10的小型化。
具体地,准直元件14可以通过胶粘的方式固定在镜座壳体11内,进一步地,可以采用光敏胶将准直元件14固定。在本实施方式中,导电层182包括第一导电层1822和第二导电层1824。准直元件14上形成有第一导电层1822。第一导电层1822通过蒸镀、附着或贴附等工艺均匀、紧密地附着于准直元件14的表面。第一导电层1822对红外光束或者其他特定波段的光束具有较高的透射率且对准直元件14的屈光、成像能力不会造成实质性影响。优选地,第一导电层1822可以是对红外光束具有不小于85%透射率的薄膜,例如氧化铟锡(IndiumTin Oxide,ITO)。衍射光学元件16上形成有第二导电层1824。第二导电层1824设置在衍射光学元件16上的方式可以与第一导电层1822设置在准直元件14的方式类似,故不再赘述。另外,第二导电层1824不仅对红外光束具有高透射率,而且对衍射光学元件16的衍射能力不会造成实质性影响。同样,第二导电层1824可以是氧化铟锡。也就是说,本实施方式中,导电层182设置在衍射光学元件16和准直元件14。可以理解,在其它实施方式中,导电层182可设置在衍射光学元件16或准直元件14。
正常情况下,第一导电层1822与准直元件14紧密附着,或者由于准直元件14受热变形而稍有松动。可以理解,当准直元件14受热变形而导致的第一导电层1822的稍有松动存在一个安全范围,超出这个范围准直元件14进入异常状态。在异常情况下,准直元件14出现诸如老化、变形或者损坏等不能继续正常工作或继续正常工作将带来安全隐患的情形,第一导电层1822随着准直元件14的老化、变形或者损坏而松动、龟裂、脱落。由于第一导电层1822的状态(如物理状态)的改变会引起电信号的变化,处理器19通过与第一导电层1822连接的导线184监测第一导电层1822的状态,从而间接地监测准直元件14的状态。类似地,处理器19通过与第二导电层1824连接的导线184监测第二导电层1824的状态(如物理状态),从而间接地监测衍射光学元件16的状态。当监测到异常情形时,处理器19通过控制关闭光源21或降低光源21的功率来进行安全防护,以避免激光投射模组10损坏后,激光投射模组10投射出的激光的能量过高,对用户的眼睛产生危害,从而提升用户使用激光投射模组10的安全性。
在某些实施方式中,光源12为垂直腔面发射激光器((Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser,VCSEL))。垂直腔面发射激光器体积小,有利于激光投射模组10的小型化。具体地,激光从光源12的发光面122发出,发光面122朝向准直元件14。如此,准直元件14可以对光源12发射出的激光准直。
在某些实施方式中,准直元件14包括共轴且自光源12至衍射光学元件16方向上依次排列的第一透镜142、第二透镜144和第三透镜146。通过第一透镜142、第二透镜144和第三透镜146实现对激光的准直,简单方便,成本较低。
在某些实施方式中,第一透镜142的材料为玻璃,第二透镜144和第三透镜146的材料均为塑料。如此,在成本较低的同时有利于保证激光投射模组10的稳定性。
可以理解,距离光源12越近,透镜受热就越严重,而玻璃比起塑料对于温度的敏感性更低,也即是说,受热时,玻璃发生的形变更加轻微。采用玻璃制成距离光源12最近的第一透镜142,可以缓解由于激光投射模组10发热导致的透镜折射率的变化,从而提高准直效果。而采用塑料制成距离光源12较远的第二透镜144和第三透镜146,在降低成本的同时,可以减轻激光投射模组10的重量。综合以上,采用玻璃制成第一透镜142,采用塑料制成第二透镜144和第三透镜146可以兼顾激光投射模组10的成本、重量和质量,有利于提高激光投射模组10的整体性能。
在某些实施方式中,导电层182具有电阻属性。如此,实现检测衍射光学元件16的状态进而进行安全防护。
如前所述,导电层182的状态的改变会引起电信号的变化,处理器19通过与导电层182连接的导线184监测导电层182的状态,从而间接地监测准直元件14和/或衍射光学元件16的状态。具体地,本实施方式中,处理器19对于导电层182的状态的监测是通过对电阻的监测实现的。正常状态下,准直元件14和/或衍射光学元件16变形而导致的导电层182的稍有松动存在一个安全范围,也即是说,导电层182的电阻值可以在正常区间内波动。当导电层182的电阻值超出正常区间时,激光投射模组10的危险性提高,处理器19通过控制关闭光源21或降低光源21的功率来进行安全防护。
在某些实施方式中,激光投射模组10包括电路板13和设置在电路板13上的基板15,基板15形成有与电路板13连接的基板焊盘152,导线184与基板焊盘152焊接,镜座壳体11位于基板15上。如此,实现导线184与处理器19的电连接。
具体地,基板15包括氮化铝基板,光源12、处理器19也可以设置在基板15上。处理器19与光源12以及导线184通过电路板13上的线路进行通信。如此,实现处理器19对光源12的控制以及处理器19通过导线184对导电层182的监测。
在某些实施方式中,导线184包括位于镜座壳体11的下部且凸出于壳体11的凸出部1842,凸出部1842与基板焊盘152焊接。如此,降低或避免了焊接时对镜座壳体11造成的诸如电性不良和外观不良等问题的不利影响。
可以理解,凸出部1842可以增加焊接面积和焊接立体空间,有利于提高焊接的强度和效率,有利于解决电性不良的问题。同时,凸出部1842在焊接时拉远了焊接点与镜座壳体11之间的距离,可以降低或避免镜座壳体11由于受焊接的影响而导致的外观不良。
具体地,凸出部1842从镜座壳体11向镜座壳体11的外侧凸出。值得注意的是,此处的“外侧”不仅仅指与镜座壳体11垂直的方向上的外侧,也可指镜座壳体11除镜座壳体11限定的收容空间112以外的任何方向上的外侧。也即是说,凸出部1842可以在与镜座壳体11表面垂直的方向上从镜座壳体11向镜座壳体11的外侧凸出,也可以在与镜座壳体11表面平行的方向上从镜座壳体11向镜座壳体11的外侧凸出,当然,凸出部1842从镜座壳体11向镜座壳体11的外侧凸出的方向可以与镜座壳体11成其它角度。总之,只要凸出部1842从镜座壳体11向镜座壳体11的外侧凸出并与基板焊盘152焊接,在此不限定凸出部1842凸出的具体方向,也不限定凸出部1842的具体形状。
另外,向镜座14的外侧凸出的凸出部1842在与基板焊盘152焊接时,可根据基板焊盘152的位置先将凸出部1842预定位,方便实现凸出部1842和基板焊盘152的连接。同时,焊接点可远离镜座壳体11,降低或避免镜座壳体11产生的外观不良的问题。
在某些实施方式中,导线184包括至少部分地埋入镜座壳体11内的导通部1844,导线184包括位于镜座壳体11上部且自导通部1844向镜座壳体11的内侧延伸的弯折部1846,弯折部1846与导电层182电连接。如此,在实现导线184与导电层182的连接的同时,有利于节约激光投射模组10的内部空间。
值得注意的是,此处的“内侧”不仅仅指与镜座壳体11垂直的方向上的内侧,也可指从镜座壳体11的侧壁到镜座壳体11限定的收容空间112的任何方向上的内侧。也即是说,弯折部1846从镜座壳体11的侧壁向镜座壳体11的内侧弯折的方向可以与镜座壳体11垂直,也可以与镜座壳体11成其它角度。只要弯折部1846从镜座壳体11的侧壁向镜座壳体11的内侧弯折并与导电层182连接,在此不限定弯折部1846弯折的具体方向,也不限定弯折部1846的具体形状。
可以理解,由于导通部1844至少部分地埋入镜座壳体11内,导通部1844受到镜座壳体11的保护,从而减少磨损,有利于延长导线184的寿命。另外,如此无需在收容空间112的内部为导线预留容纳的空间,可以节约激光投射模组10的空间,有利于激光投射模组10的小型化。
在生产过程中,导线184可以通过嵌件模塑(Insert Moulding)的方式至少部分地设置在镜座壳体11内,然后再与基板焊盘152焊接,如此,在简化制造工艺的同时,可以减少零件数量和提高生产效率。另外,嵌件模塑的工艺将导线184至少部分地设置在镜座壳体11内在解决或缓解焊接剥离、烧焊等焊接缺陷并提高焊接强度和焊接效率的同时,可以使激光投射模组10的导电性能更加稳定和阻抗值降低,从而提高激光投射模组10的可靠性。
在图1的实施方式中,导线184包括第一导线1841和第二导线1843。第一导线1841和第二导线1843相互间隔,基板焊盘152有两个,第一导线1841对应其中一个基板焊盘152,第二导线1843对应另一个基板焊盘152。如此实现导电层182的通电。请注意,此处的“间隔”不是指或者不仅仅是指空间上的间隔,而是指第一导线1841和第二导线1843绝缘。当然,在第一导线1841和第二导线1843绝缘的情况下,第一导线1841和第二导线1843可以在空间上相互间隔。另外,第一导线1841和第二导线1843可以对称布置,也可以不对称布置,在此不做限制。
具体的,在某些实施方式中,第一导线1841连接第一导电层1822,第二导线1843连接第二导电层1824,第一导线1841是包括正极导线和负极导线的一束导线,第二导线1843是包括正极导线和负极导线的一束导线。在这种情况下,处理器19通过第一导线1841检测第一导电层1822的状态,通过第二导线1843检测第二导电层1824的状态。也即是说,处理器19对于第一导电层1822和第二导电层1824的检测是相互独立的。如此,可以确定老化、变形或者损坏的元件到底是准直元件14还是衍射光学元件16,从而针对性地进行替换或其他处理。在某些实施方式中,第一导线1841可正极导线,第二导线1843可为负极导线,处理器19通过第一导线1841和第二导线1843分别连接第一导电层1822和第二导电层1824,1822和1824可在镜座壳体内电连接(例如串联或并联连接)。在这种情况下,处理器19将准直元件14和衍射光学元件16作为整体进行检测。
在某些实施方式中,激光投射模组10包括开关元件17,处理器19连接开关元件17并用于通过开关元件17实现对光源12的控制。如此,可以在出现异常时及时关闭光源12从而进行防护。具体地,开关元件17包括金属氧化物半导体场效应管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor,MOSEFT)。
在某些实施方式中,激光投射模组10包括感温元件171,处理器19连接感温元件171并用于接收感温元件171的输出信号以及根据输出信号控制激光投射模组10。如此,可以实现对激光投射模组10温度的监测从而进行防护。
具体地,感温元件171包括热敏电阻。热敏电阻的灵敏度高,工作温度范围宽,使用方便,成本低廉。采用热敏电阻做感温元件171,在成本较低的同时可以取得良好的测温效果。
可以理解,当感温元件171测量的温度过高时,处理器19控制开关元件17关闭光源12或者减小光源12的功率,以避免激光投射模组10破裂后,激光投射模组10投射出的激光的能量过高,对用户的眼睛产生危害的问题,提升用户使用的安全性。
在某些实施方式中,激光投射模组10包括电路板13和设置在电路板13下表面的补强板131。镜座壳体11、光源12、准直元件14、衍射光学元件16和防护结构18设置在电路板13的上表面。如此,有利于提高激光投射模组10的可靠性。
具体地,补强板131包括钢片,可以理解,补强板131可以增加激光投射模组10的强度,在激光投射模组10受到冲击或挤压时保护激光投射模组10,从而提高激光投射模组10的可靠性。
电路板13包括柔性电路板。柔性电路板配线密度高、重量轻、厚度薄,可以自由地卷绕和折叠,有助于减少组装工序和增强可靠性。此外,柔性电路板可以提供优良的电性能,能满足激光投射模组10小型化的设计需要。
请参阅图3,本实用新型实施方式的深度相机100包括上述任一实施方式的激光投射模组10和激光接收模组20。激光接收模组20用于采集由激光投射模组10向目标空间中投射的激光图案,处理器19用于处理所述激光接收模组20所采集的激光图案以获得深度图像。
本实用新型实施方式的深度相机100通过设置在衍射光学元件16和/或准直元件14的导电层182和埋入镜座壳体11并连接导电层182的导线184,实时检测导电层182的信号,从而间接地检测衍射光学元件16的状态进而进行安全防护。另外,由于导线184至少部分地埋入镜座壳体11内,在使得导线184被镜座壳体11保护的同时,有利于深度相机100的小型化。
具体地,激光投射模组10可发射红外激光,激光接收模组20可包括红外相机。红外相机包括图像传感器(图未示)。图像传感器可以感应激光并将光信号转变成电信号,从而实现对激光图案的采集。
本实用新型实施方式的电子装置1000包括装置壳体200和上述实施方式的深度相机100。装置壳体200设有透光部300。深度相机100收容在装置壳体200,激光投射模组10和所述激光接收模组20与透光部300对应设置。
本实用新型实施方式的电子装置1000的深度相机100通过设置在衍射光学元件16和/或准直元件14的导电层182和埋入镜座壳体11并连接导电层182的导线184,实时检测导电层182的信号,从而间接地检测衍射光学元件16的状态进而进行安全防护。另外,由于导线184至少部分地埋入镜座壳体11内,在使得导线184被镜座壳体11保护的同时,有利于深度相机100的小型化,从而有利于电子装置1000的小型化。
电子装置1000包括但不限于手机、平板电脑、可穿戴设备、门禁装置、车载终端等使用拍摄功能的电子装置。
具体地,透光部300可包括开设在装置壳体200上的通孔,或透光部300为装置壳体200上透光的部分。在图示的示例中,透光部300可包括第一透光部310和与第一透光部310间隔的第二透光部320,第一透光部310与激光投射模组10对应设置,光源12发射的激光从第一透光部310出射至电子装置1000外部,第二透光部320与激光接收模组20对应设置,激光接收模组20通过第二透光部320采集激光投射模组10投射的激光图案。当然,透光部300也可是单个透光部,激光投射模组10和激光接收模组20共用一个透光部。
具体地,本实用新型实施方式可以只满足上述其中一个实施方式或同时满足上述多个实施方式,也就是说,上述一个或多个实施方式组合而成的实施方式也属于本实用新型实施方式的保护范围。
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”等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。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式,可以理解的是,上述实施方式是示例性的,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方式进行变化、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。