CN208795952U - 投射模组、成像装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投射模组、成像装置及电子设备。投射模组包括镜筒、光源、盖板和衍射光学元件。镜筒的内侧壁沿径向设有支撑块。光源用于发射激光。盖板的一表面凸设有挡块，挡块将盖板的表面分成容置区和点胶区。盖板和衍射光学元件设置在支撑块上。衍射光学元件设置有微结构。微结构位于容置区，点胶区与镜筒的内侧壁共同形成胶槽。本实用新型实施方式的投射模组中，点胶区与镜筒的内侧壁共同形成胶槽以收容使衍射光学元件、盖板和镜筒的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件和盖板时，挡块可以防止胶体渗入容置区内的微结构，避免胶体流到微结构区域而遮挡光线，从而提高投射模组的生产良率。

Description

投射模组、成像装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及成像技术领域，特别涉及一种投射模组、成像装置及电子设备。

背景技术

在相关技术中，投射模组包括保护盖以保护衍射光学元件。保护盖可以保护衍射光学元件底部的微结构避免刮伤以及避免水汽进入微结构。通常地，衍射光学元件和保护盖通过胶水粘接。然而，当衍射光学元件与保护盖点胶粘接后，在压合固定时，胶水容易渗入衍射光学元件和保护盖之间的间隙中。当胶水流到微结构区域时，会遮挡光线，影响成像品质，从而降低投射模组的生产良率。

实用新型内容

本实用新型的实施方式提供了一种投射模组、成像装置及电子设备。

本实用新型实施方式的投射模组，包括镜筒、光源、盖板和衍射光学元件。所述镜筒的内侧壁沿径向设有支撑块。所述光源用于发射激光。所述盖板的一表面凸设有挡块，所述挡块将所述盖板的表面分成容置区和点胶区。所述盖板和所述衍射光学元件设置在所述支撑块上。所述衍射光学元件设置有微结构。所述微结构位于所述容置区，所述点胶区与所述镜筒的内侧壁共同形成胶槽。

本实用新型实施方式的投射模组中，点胶区与镜筒的内侧壁共同形成胶槽以收容使衍射光学元件、盖板和镜筒的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件和盖板时，挡块可以防止胶体渗入容置区内的微结构，避免胶体流到微结构区域而遮挡光线，从而提高投射模组的生产良率。

在某些实施方式中，所述投射模组包括位于所述镜筒内的准直元件，所述准直元件位于所述光源与所述衍射光学元件之间。如此，准直元件可以准直光源所发射的激光。

在某些实施方式中，所述衍射光学元件包括相背的入射面和出射面，所述微结构包括衍射微结构，所述衍射微结构设置在所述入射面或所述出射面。如此，衍射光学元件可以有多种不同的设计，衍射微结构将准直元件准直后的激光扩束以形成激光图案。

在某些实施方式中，所述盖板设置在所述衍射光学元件和所述支撑块之间，所述挡块设置在所述盖板的上表面，所述衍射微结构设置在所述入射面。如此，挡块与衍射光学元件的入射面形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过衍射微结构。

在某些实施方式中，所述衍射光学元件设置在所述盖板和所述支撑块之间，所述挡块设置在所述盖板的下表面，所述衍射微结构设置在所述出射面。如此，挡块与衍射光学元件的出射面形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过衍射微结构。

在某些实施方式中，所述衍射光学元件包括相背的入射面和出射面，所述入射面和所述出射面均设置有所述盖板，所述微结构包括设置在所述入射面的菲涅尔微结构，及设置在所述出射面的衍射微结构。如此，菲涅尔微结构能够准直光源所发出的激光，衍射微结构能够将准直后的激光扩束以形成激光图案。这样，无需在光源的光路上设置额外的准直元件就能实现准直激光，不仅降低了投射模组的制造成本，而且减少了投射模组在出光方向上的光学路程，缩短了投射模组在出光方向上的高度，有利于投射模组的小型化。

在某些实施方式中，所述投射模组包括基板，所述镜筒和所述光源设在所述基板的上表面。如此，基板和镜筒共同形成容纳腔，光源位于容纳腔内。

在某些实施方式中，所述投射模组包括柔性电路板，所述柔性电路板设在所述基板的下表面，所述光源电连接所述柔性电路板。如此，利用柔性电路板的柔软特性，可以将柔性电路板弯曲以设置在一个较小的空间内或将柔性电路板调整到适合与外部元件连接的位置。

本实用新型实施方式的成像装置，包括上述任一实施方式所述的投射模组和接收模组。所述投射模组用于朝目标物体发射激光图案，所述接收模组用于接收经所述目标物体调制后的激光图案。

本实用新型实施方式的成像装置中，投射模组的点胶区与镜筒的内侧壁共同形成胶槽以收容使衍射光学元件、盖板和镜筒的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件和盖板时，挡块可以防止胶体渗入容置区内的微结构，避免胶体流到微结构区域而遮挡光线，从而提高投射模组的生产良率。

本实用新型实施方式的电子设备，包括壳体和上述实施方式所述的成像装置。所述成像装置安装在所述壳体。

本实用新型实施方式的电子设备中，投射模组的点胶区与镜筒的内侧壁共同形成胶槽以收容使衍射光学元件、盖板和镜筒的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件和盖板时，挡块可以防止胶体渗入容置区内的微结构，避免胶体流到微结构区域而遮挡光线，从而提高投射模组的生产良率。

本实用新型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投射模组的结构示意图；

图2是本实用新型实施方式的投射模组的另一结构示意图；

图3是本实用新型实施方式的投射模组的又一结构示意图；

图4是本实用新型实施方式的成像装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施方式的电子设备的结构示意图。

主要元件符号说明：

投射模组10、镜筒12、支撑块122、光源14、盖板16、挡块162、容置区164、点胶区166、上表面168、下表面161、衍射光学元件18、微结构182、衍射微结构1822、菲涅尔微结构1824、入射面184、出射面186、胶槽11、准直元件13、光学透镜132、基板15、柔性电路板17、连接器172；

成像装置100、接收模组20、处理器30、投射窗口40、采集窗口50；

电子设备1000、壳体200。

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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。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。

请参阅图1至图3，本实用新型实施方式的投射模组10包括镜筒12、光源14、盖板16和衍射光学元件18(Diffractive Optical Elements，DOE)。镜筒12的内侧壁沿径向设有支撑块122。光源14用于发射激光。盖板16的一表面凸设有挡块162，挡块162将盖板16的表面分成容置区164和点胶区166。盖板16和衍射光学元件18设置在支撑块122上。衍射光学元件18设置有微结构182。微结构182位于容置区164，点胶区166与镜筒12的内侧壁共同形成胶槽11。

本实用新型实施方式的投射模组10中，点胶区166与镜筒12的内侧壁共同形成胶槽11以收容使衍射光学元件18、盖板16和镜筒12的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件18和盖板16时，挡块162可以防止胶体渗入容置区164内的微结构182，避免胶体流到微结构182区域而遮挡光线，从而提高投射模组10的生产良率。

可以理解，光源14用于朝衍射光学元件18发射激光，衍射光学元件18用于将光源14发射的激光扩束以形成激光图案。衍射光学元件18设置有微结构182。衍射光学元件18包括相背的入射面184和出射面186，入射面184与光源14相对。微结构182可以设置在入射面184和/或出射面186。为了保护微结构182，可以在衍射光学元件18设置有微结构182的那一面设置盖板16以避免微结构182被刮伤以及避免水汽进入微结构182。衍射光学元件18和盖板16通过胶体粘接，然后压合固定。在本实用新型中，在盖板16的一表面凸设有将盖板16的表面分成容置区164和点胶区166的挡块162，挡块162与衍射光学元件18的入射面184和/或出射面186形成封闭空间。在点胶区166与镜筒12的内侧壁共同形成的胶槽11中点胶后，压合盖板16和衍射光学元件18时，挡块162可以避免胶体渗入到衍射光学元件18的微结构182区域而影响光线通过微结构182。如此，可以提高投射模组10的生产良率。点胶的液体胶水固化后形成胶体，胶体收容在胶槽11中。

在本实用新型中，光源14可以为边发射型激光器(如分布式反馈激光器，Distributed Feedback Laser，DFB)或垂直腔面发射器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)。采用边发射型激光器作为光源14，为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，且成本较低。另外，相对垂直腔面发射器而言，边发射型激光器的温飘较小。采用垂直腔面发射器作为光源14，则激光图案的不相关性会更高，有利于获取高精度的深度图像。盖板16可以为玻璃盖板。

需要说明的是，径向指的是沿镜筒的直径或半径的直线方向，或垂直于镜筒的轴向的方向。支撑块122之间具有容许光源14发射的激光通过的光路通道。

在某些实施方式中，投射模组10包括位于镜筒12内的准直元件13，准直元件13位于光源14与衍射光学元件18之间。

如此，准直元件13可以准直光源14所发射的激光。准直元件13可通过卡合、胶合等方式固定在镜筒12内。在本实用新型中，准直元件13为准直镜头。准直镜头可以采用传统的光学镜头，也可以采用WLO(晶圆级镜头)。较佳地，准直镜头采用晶圆级镜头。晶圆级镜头的成本更低、生产效率更高、镜头一致性更好，更适合用于制造准直镜头。

在某些实施方式中，准直元件13包括多个光学透镜132。

如此，由多个光学透镜132构成的准直元件13，准直激光的效果好。多个透镜可均为凸透镜或凹透镜，或部分为凸透镜，部分为凹透镜。当然，在其它实施方式中，准直元件13可以为单独的透镜，该透镜为凸透镜或凹透镜。

在某些实施方式中，衍射光学元件18包括相背的入射面184和出射面186。微结构182包括衍射微结构1822。衍射微结构1822设置在入射面184或出射面186。

如此，衍射光学元件18可以有多种不同的设计，衍射微结构1822将准直元件13准直后的激光扩束以形成激光图案。

衍射微结构1822用于将光源14发射的激光扩束以形成激光图案。由于衍射微结构1822是基于光的衍射原理，利用计算机辅助设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上或传统光学器件表面刻蚀产生的台阶型或连续浮雕结构(一般为光栅结构)。因此，衍射光学元件18是具有同轴再现和极高衍射效率的一类光学元件。在本实施例中，激光在通过衍射微结构1822时产生不同的光程差，满足布拉格衍射条件。此外，设计不同的衍射微结构1822，还能控制激光的发散角和形成光斑的形貌，以实现激光形成特定图案的功能。在其它实施方式中，衍射光学元件18可以替换为光扩束器(Diffuser)。

请参阅图1，在某些实施方式中，盖板16设置在衍射光学元件18和支撑块122之间。挡块162设置在盖板16的上表面168。衍射微结构1822设置在入射面184。

如此，挡块162与衍射光学元件18的入射面184形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过衍射微结构1822。

请参阅图2，在某些实施方式中，衍射光学元件18设置在盖板16和支撑块122之间。挡块162设置在盖板16的下表面161。衍射微结构1822设置在出射面186。

如此，挡块162与衍射光学元件18的出射面186形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过衍射微结构1822。

请参阅图3，在某些实施方式中，衍射光学元件18包括相背的入射面184和出射面186。入射面184和出射面186均设置有盖板16。微结构182包括设置在入射面184的菲涅尔微结构1824，及设置在出射面186的衍射微结构1822。

如此，菲涅尔微结构1824能够准直光源14所发出的激光，衍射微结构1822能够将准直后的激光扩束以形成激光图案。这样，无需在光源14的光路上设置额外的准直元件13就能实现准直激光，不仅降低了投射模组10的制造成本，而且减少了投射模组10在出光方向上的光学路程，缩短了投射模组10在出光方向上的高度，有利于投射模组10的小型化。

在图3的示例中，菲涅尔微结构1824设置在衍射光学元件18的入射面184，衍射微结构1822设置在衍射光学元件18的出射面186。衍射光学元件18的入射面184和出射面186均设置有盖板16。凸设在其中一个盖板16的上表面168的挡块162与衍射光学元件18的入射面184形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过菲涅尔微结构1824；凸设在另一个盖板16的下表面161的挡块162也与衍射光学元件18的出射面186形成封闭空间，避免胶体渗入而影响光线通过衍射微结构1822。

菲涅尔微结构1824为多个由小到大的锯齿状同心圆，需要说明的是，同心圆纹理是根据光的干涉、衍射、相对灵敏度以及接收角要求设计的。

在一个例子中，衍射微结构1822为纳米级衍射微结构，菲涅尔微结构1824为纳米级菲涅尔微结构。相比于一般衍射光学结构的微米级别的衍射微结构而言，纳米级衍射微结构可以更加精确的控制激光的发散角和形成光斑的形貌，以将激光扩束以形成特定的激光图案。而且，纳米级别的衍射微结构的光栅结构的密度更大，相较于一般的微米级别的衍射结构，可以将一束激光扩束为更多束激光以形成更为精细的激光图案。纳米级的菲涅尔微结构比普通的菲涅尔结构的结构更为精细，精度更高，光学性能(例如聚光性)更好。

在某些实施方式中，投射模组10包括基板15。镜筒12和光源14设在基板15的上表面。

如此，基板15和镜筒12共同形成容纳腔，光源14位于容纳腔内。镜筒12与基板15的连接方式包括螺合、胶合、卡合等。光源14打件在基板15上。进一步地，光源14、准直元件13、盖板16和衍射光学元件18均收容在容纳腔内。在图1的示例中，光源14、准直元件13、盖板16、衍射光学元件18沿着出光光路依次设置。在图2的示例中，光源14、盖板16、衍射光学元件18、盖板16沿着出光光路依次设置。

在某些实施方式中，投射模组10包括柔性电路板17。柔性电路板17设在基板15的下表面。光源14电连接柔性电路板17。

如此，利用柔性电路板17的柔软特性，可以将柔性电路板17弯曲以设置在一个较小的空间内或将柔性电路板17调整到适合与外部元件连接的位置。可以理解，将部分电路结构(如连接器172)设置在柔性电路板17上，柔性电路板17可以通过连接器172与外部元件进行连接。连接器172包括焊点、导线、插头、插座等起连接作用的部件，在此不做具体限定。

请参阅图4，本实用新型实施方式的成像装置100，包括上述任一实施方式的投射模组10、接收模组20和处理器30。投射模组10用于朝目标物体发射激光图案，接收模组20用于接收经目标物体调制后的激光图案。处理器30用于根据接收模组20接收的激光图案以成像(深度图像)。

本实用新型实施方式的成像装置100中，投射模组10的点胶区166与镜筒12的内侧壁共同形成胶槽11以收容使衍射光学元件18、盖板16和镜筒12的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件18和盖板16时，挡块162可以防止胶体渗入容置区164内的微结构182，避免胶体流到微结构182区域而遮挡光线，从而提高投射模组10的生产良率。

具体地，在本实用新型的成像装置100中，处理器30与投射模组10及接收模组20连接。处理器30用于处理经目标物体调制后的激光图案以获得深度图像(目标物体的深度信息)。成像装置100上还可以形成有与投射模组10对应的投射窗口40和与接收模组20对应的采集窗口50。投射模组10可以通过投射窗口40向目标物体投射激光图案，接收模组20可以通过采集窗口50接收经过目标物体调制后的激光图案。

在一个例子中，投射模组10朝目标物体发射激光图案，该激光图案为散斑图案。接收模组20通过采集窗口50采集经目标物体调制反射回来的散斑图案。然后，处理器30将散斑图案与参考图案进行比对，根据该散斑图案和参考图案的差异以生成深度图像。其中，参考图案为预先采集的在不同距离下对采集模型投射的多幅散斑图像。

在另一个例子中，该激光图案为具有特定的图案即具有特定编码的编码结构光图像，处理器30提取激光图案中的编码结构光图像，然后将编码结构光图像与参考图案进行对比从而获取深度图像。其中，参考图案是由有限个具有唯一性的子图案的集合组成的编码图案，即每个子图案在参考图像中的位置都是预先确定的。

本实用新型的成像装置100可应用于人脸识别、3D建模等领域。

请参阅图5，本实用新型实施方式的电子设备1000，包括壳体200和上述实施方式的成像装置100。成像装置100安装在壳体200。

本实用新型实施方式的电子设备1000中，投射模组10的点胶区166与镜筒12的内侧壁共同形成胶槽11以收容使衍射光学元件18、盖板16和镜筒12的内侧壁粘接的胶体。当压合衍射光学元件18和盖板16时，挡块162可以防止胶体渗入容置区164内的微结构182，避免胶体流到微结构182区域而遮挡光线，从而提高投射模组10的生产良率。

可以理解，成像装置100设置在壳体200上以获取深度信息。具体地，成像装置100可以设置在壳体200内并从壳体200暴露，壳体200可以给成像装置100提供防尘、防水、防摔等保护。电子设备1000可以是监控相机、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。在图5的示例中，电子设备1000为手机。

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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上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，上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。

在本说明书的描述中，参考术语“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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、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 (10)

1.一种投射模组，其特征在于，包括：

镜筒，所述镜筒的内侧壁沿径向设有支撑块；

光源，所述光源用于发射激光；

盖板，所述盖板的一表面凸设有挡块，所述挡块将所述盖板的表面分成容置区和点胶区；

衍射光学元件，所述盖板和所述衍射光学元件设置在所述支撑块上，所述衍射光学元件设置有微结构，所述微结构位于所述容置区，所述点胶区与所述镜筒的内侧壁共同形成胶槽。

2.如权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述投射模组包括位于所述镜筒内的准直元件，所述准直元件位于所述光源与所述衍射光学元件之间。

3.如权利要求2所述的投射模组，其特征在于，所述衍射光学元件包括相背的入射面和出射面，所述微结构包括衍射微结构，所述衍射微结构设置在所述入射面或所述出射面。

4.如权利要求3所述的投射模组，其特征在于，所述盖板设置在所述衍射光学元件和所述支撑块之间，所述挡块设置在所述盖板的上表面，所述衍射微结构设置在所述入射面。

5.如权利要求3所述的投射模组，其特征在于，所述衍射光学元件设置在所述盖板和所述支撑块之间，所述挡块设置在所述盖板的下表面，所述衍射微结构设置在所述出射面。

6.如权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述衍射光学元件包括相背的入射面和出射面，所述入射面和所述出射面均设置有所述盖板，所述微结构包括设置在所述入射面的菲涅尔微结构，及设置在所述出射面的衍射微结构。

7.如权利要求1所述的投射模组，其特征在于，所述投射模组包括基板，所述镜筒和所述光源设在所述基板的上表面。

8.如权利要求7所述的投射模组，其特征在于，所述投射模组包括柔性电路板，所述柔性电路板设在所述基板的下表面，所述光源电连接所述柔性电路板。

9.一种成像装置，其特征在于，包括：

权利要求1至8任意一项所述的投射模组，所述投射模组用于朝目标物体发射激光图案；和

接收模组，所述接收模组用于接收经所述目标物体调制后的激光图案。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

壳体；和

权利要求9所述的成像装置，所述成像装置设置在所述壳体。