CN209356765U - 投影模组及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种投影模组及移动终端。所示投影模组包括反射腔，所示反射腔包括相对设置的入射区与出射区，所述出射区开设有多个出光孔，光线从所述入射区进入所述反射腔，所述反射腔中的光线经多个所述出光孔形成多个光斑；以及挡板，设于所述反射腔内，所述挡板阻止光线直接从所述入射区到达所述出射区。通过采用上述结构，进入所述反射腔的光线在所述挡板的作用下，能够在所述反射腔中进行至少一次反射，反射后的光线能够均匀分布在所述反射腔内，从而，经多个所述出光孔出射所形成的光斑具备均匀的亮度。

Description

投影模组及移动终端

技术领域

本实用新型涉及光学投影领域，特别是涉及投影模组及移动终端。

背景技术

目前在3D成像中获取物体深度信息的方法包括使用衍射光学元件(DOE)来获得3D散斑，即光源通过DOE形成多个光斑并照射到目标物体的表面，随后通过摄像模组接收反射回来的带有特征信息的光斑，以此获得目标物体的深度信息。但是，这类获得3D光斑的方法存在光斑亮度不均匀的问题，难以很好地应用于细微结构的测量中。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何解决光斑亮度不均匀的问题，提供一种投影模组及移动终端。

一种投影模组，包括：

反射腔，包括相对设置的入射区与出射区，所述出射区开设有多个出光孔，光线从所述入射区进入所述反射腔内发生至少一次反射，所述反射腔中反射的光线经多个所述出光孔投射形成多个光斑；以及

挡板，设于所述反射腔内，所述挡板用于阻止光线直接从所述入射区到达所述出射区。

通过采用上述结构，进入所述反射腔的光线在所述挡板的作用下，能够在所述反射腔中进行至少一次反射，反射后的光线能够均匀分布在所述反射腔内，从而，经多个所述出光孔出射所形成的光斑具备均匀的亮度。

在其中一个实施例中，所述反射腔的内表面为漫反射表面；及/或

所述挡板的外表面为漫反射表面。上述具有漫反射表面的所述内表面能够使进入所述反射腔中的光线实现漫反射，从而使所述反射腔中的光线均匀分布。其中，所述挡板的漫反射表面设置能够增大光线在所述反射腔中的漫反射面积，增加反射次数，从而使光线的分布更为均匀。

在其中一个实施例中，所述反射腔的内表面构成第一轴对称结构，所述挡板构成第二轴对称结构，且所述第一轴对称结构的至少一对称轴与所述第二轴对称结构的至少一对称轴重合。所述反射腔和挡板的轴对称结构能够使所述反射腔内的光线均匀分布。

在其中一个实施例中，所述第一轴对称结构为球面结构，所述第二轴对称结构为圆锥结构，且所述圆锥结构的对称轴朝向所述入射区。上述结构能使从入射区进入所述反射腔的光线被对称地分散，从而使光线在所述反射腔中的分布更加均匀。

在其中一个实施例中，所述反射腔的内表面在靠近所述出光孔的一侧具有曲面结构。上述结构能够增大进入所述反射腔中的光线的反射面积，增加反射次数，进而使所述反射腔中的光线具有更均匀的分布。

在其中一个实施例中，多个所述出光孔的轴向方向指向所述反射腔的中心。所述反射腔中的光线能够沿所述出光孔的轴向发射出去，形成发散的光斑分布，使光斑投影面积变大，从而实现以大角度的方式对目标物体进行测量。而传统的激光源经衍射光学元件后的光斑分布较为集中，无法实现较大的光斑投影面积，难以应用于大角度的测量，而是需要额外增加光栅进行放大。

在其中一个实施例中，所述入射区开设有入光孔，所述入光孔用于供外置的光源的光线通过并进入所述反射腔内；

或者，所述投影模组还包括光源，所述光源设于所述反射腔内，并位于所述入射区。多样化的光源设置可提升所述投影模组中元件安装的灵活性。

在其中一个实施例中，所述入射区开设有入光孔；

所述投影模组还包括基板和光源，所述光源及所述反射腔均设于所述基板上，且所述光源与所述入光孔正对。所述基板可作为所述光源的载体，或作为集成电路。

在其中一个实施例中，所述基板包括用于承载所述反射腔的承载面，所述承载面开设有安装槽，所述光源设于所述安装槽的槽底；

所述反射腔靠近所述基板的基底为平面，所述入光孔贯穿所述平面，所述平面设于所述承载面上，所述安装槽的开口尺寸大于所述入光孔的开口尺寸；

所述投影模组还包括聚光筒，所述聚光筒罩设于所述光源上，并与所述安装槽的槽底连接，所述聚光筒的开口尺寸与所述入光孔的开口尺寸相匹配。所述入光孔和所述聚光筒的配合能够减少所述光源光线的损耗。

一种移动终端，包括上述任一实施例所述的投影模组。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的投影模组的示意图；

图2为本申请一实施例提供的投影模组的内部示意图；

图3为本申请一实施例提供的投影模组的原理图；

图4为本申请一实施例提供的投影模组的透视图；

图5为本申请另一实施例提供的投影模组的内部示意图；

图6为本申请一实施例提供的移动终端的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个原件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个原件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一原件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1和图2所示，本申请一实施例中的投影模组10包括反射腔110、基底150和基板140。其中，反射腔110的一侧设置有出射区111，出射区111包括多个出光孔1110；基底150连接反射腔110及基板140，以起到固定连接的作用；基板140可作为光源及/或集成电路的载体。光源向反射腔110内发射光线，光源的光线在反射腔110中多次反射后，再从出射区111出射。具体地，反射腔110内的光线经多个出光孔1110出射，形成多个用于深度信息识别的光斑。

但需要注意的是，如图2所示的一些实施例中，投影模组10也可不设置基板140以及基底150。

参考图2所示，在一些实施例中，反射腔110包括与出射区111相对设置的入射区112以及设置于反射腔110内的挡板120，挡板120通过支架121与反射腔110的内表面连接。其中，入射区112设置有入光孔1120以及光源130，光源130发出光线可经入光孔1120进入反射腔110中，反射腔110为光线提供反射空间。另外，挡板120设置于出射区111与入射区112之间，挡板120用于防止入射区112的光线未经反射腔110的反射就直接到达出光孔1110，同时，挡板120也能够反射光线。

在一些实施例中，挡板120通过两根支架121与反射腔110的内表面连接。在另一些实施例中，挡板120也可仅通过一根、三根、四根或更多支架121连接反射腔110的内表面。支架121的数量应尽可能少且尽可能细，以防止对光线的反射造成干扰。具体地，在一些实施例中，多个支架121处于同一平面内，且多个支架121在该平面内形成对称结构。在另一些实施例中，支架121也可一端连接挡板120，另一端连接反射腔120的出射区111或入射区112。

详细地，光源130发出的光线通过入光孔1120进入反射腔110中，进入反射腔110中的光线被挡板120阻挡并反射，随后到达反射腔110的内表面后再次被反射。光线在反射腔110与挡板120之间进行多次反射，多次反射后的光线将均匀分布于反射腔110的内部，随后，均匀分布的光线经多个出光孔1110出射，并形成多个亮度均匀的光斑。出射的均匀的光斑能够用于对目标物体的深度信息进行测量，且利于对具有细微结构的目标物体进行测量，减少由于光斑亮度不均匀而导致的测量误差。

对于均匀光斑而言，一般的激光光源所发出的光束的光强分布具有高斯特性，在采用激光光源形成光斑图案前需要额外增加平顶光束整形器等元件进行调节，以使光束的光强尽可能地在传播截面上平均分布，从而使最终形成的光斑具有较为相近的亮度。而本申请中反射腔110与挡板120所形成的多次反射结构同样能够使投影模组10出射的光斑具备均匀的亮度，且避免了由于模组设置有多个光学元件而导致的元件间难以对准设置的问题。

需要注意的是，图2仅为本申请一实施例中的投影模组10的内部示意图(反射腔110被剖去一半)，并未体现投影模组10的整体结构。

继续参考图2，在一些实施例中，反射腔110的内表面在靠近出光孔1110的一侧具有曲面结构。具体地，在其中一些实施例中，反射腔110的内表面在靠近出光孔1110的一侧具有球面结构或椭球面结构；反射腔110相对出光孔1110的另一侧的内表面具有球面或椭球面结构。上述曲面结构能够增大反射腔110中的反射面积，增加反射次数，进而使反射腔110中的光线具有更均匀的分布。

其中，在一些实施例中，出光孔1110的轴向方向指向反射腔110的中心；或出光孔1110的轴向方向垂直于反射腔110的内表面。此时，反射腔110中的光线沿多个出光孔1110的轴向发射出去，形成投影方向发散的多个光斑，即，使光斑投影面积变大，从而实现对大角度范围的测量。传统采用衍射光学元件形成光斑的方法无法形成较大的光斑投影面积，而是需要额外增加光栅等元件以复制原有的小面积分布的光斑，从而增大投影面积。

另外，在一些实施例中，出光孔1110的横截面可以为正多边形、矩形、圆形或椭圆形，出光孔1110的形状及大小将决定出射后的初始光斑的大小及形状。

在一些实施例中，反射腔110中的多个出光孔1110可以呈圆形、椭圆形、正多边形或不规则图形分布。多个出光孔1110形成的分布图案可与出射区111呈对称关系，也可呈不对称关系，具体的分布方式根据使用需求而定，这里并不作限定。

在一些实施例中，反射腔110的内表面构成第一轴对称结构，挡板120构成第二轴对称结构，且第一轴对称结构与第二轴对称结构至少存在一条重合的对称轴。反射腔110与挡板120间的轴对称关系将使反射腔110内的光线更均匀地分布。

具体地，图2所示的一些实施例中，反射腔110的内表面构成一球面，挡板120具有圆锥结构(一些实施例中的挡板120也可以是棱锥等对称结构)，此时，挡板120的对称轴与反射腔110内表面的球面的一对称轴重合。举例而言，在另一些实施例中，当挡板120具有球面结构，且挡板120的球心与反射腔110内表面构成的球心重合时，第一对称结构与第二对称结构将具有无数条重合的对称轴。

在一些实施例中，挡板120的对称轴朝向入射区112。优选地，入射区112的中心以及出射区111的中心均处于该挡板120的对称轴的延伸线上，以此使反射腔110、挡板120及入射区112之间具有对称关系，增加反射腔110中光线分布的对称性。

参考图2所示，在一些实施例中，挡板120具有圆锥结构。在另一些实施例中，挡板120也可以为棱锥结构、平板结构或球体结构，其中的平板结构包括如圆板状结构及正多边形的板状结构。具有上述结构的挡板120能够增大光线在反射腔110中的反射面积，增加反射次数，以使光线在反射腔110中均匀分布，反射腔110中均匀分布的光线能够使经出光孔1110出射形成的光斑具备均匀的亮度。

在一些实施例中，挡板120具有空心圆锥结构，即其中一面为凸面(锥面)，另一面为凹面。在另一些实施例中，挡板120具有实心圆锥结构，即其中一面为凸面(锥面)，另一面为平面。在其中的一些实施例中，挡板120的圆锥面朝向入射区112，挡板120的平面或凹面朝向出射区111。具体地，在一些实施例中，挡板120的圆锥面靠近入射区112，并将圆锥结构的对称轴对准入射区112中心，这样能够使入射的光线通过圆锥面反射到反射腔110中，而不会直接反射回入射区112，从而降低光线的损耗。

其中，对于在挡板120靠近出光孔1110一侧的平面而言，该平面上多个区域的反射光线能够到达任一出光孔1110中，即，由于进入出光孔1110的光线数量增加，从而出射的光斑将具有更高的亮度。同时，上述多个平面区域的反射光线能够以相对于出光孔1110的轴向以大角度入射到出光孔1110，大角度的入射光线也在一定程度上增大了出射光斑的面积。

参考图3所示，优选地，在一些实施例中，反射腔110的内表面为漫反射表面。在一些实施例中，反射腔110的内表面具有粗糙结构，具有粗糙结构的内表面将使照射到其上的光线发生漫反射。当光源130所发出光线经反射腔110的内表面多次漫反射后，光线将更加均匀地分布于反射腔110内，即内表面各处的亮度趋于一致。在另一些实施例中，反射腔110的内表面也可设置漫反射涂层，通过在涂层内部设置散射颗粒以使涂层具有漫反射效果。其中，漫反射涂层可以为F4(聚四氟乙烯悬浮树脂)或其他具有良好漫反射功能且吸收率低的材料。

而在另一些实施例中，反射腔110的内表面无需处处均具有漫反射效果。具体地，由于内表面靠近出光孔1110的一侧在加工时，如果即进行出光孔又进行设置漫反射结构的话，会导致加工工艺复杂化，可能导致不良率的增加。因此，反射腔110的内表面在靠近出光孔1110的一侧也可以不设置漫反射结构。

优选地，本申请中，反射腔110的内表面的结构及材料对光线的吸收率较低而反射率较高，此时，光线在反射腔110中传播的损耗较小；而一般通过衍射光学元件形成光斑的结构会直接反射或吸收相当一部分的入射光线，只让某些区域的光线通过。因此相较而言，本申请的投影模组10能够有效利用光源130所发出的光线，即，在相同强度的光源130下，投影模组10所产生的光斑的总强度高于一般的衍射光学元件所产生的光斑的总强度。强度较高光斑有利于识别时的接收，降低对接收设备灵敏度的要求，且能够用于湿度较高或轻度雾霾等对光线有高耗散效果的环境中。

参考图3所示，在一些实施例中，挡板120的表面为漫反射表面。具体地，一些实施例中的挡板120的表面具有粗糙结构。粗糙结构的挡板120能够增大反射腔110中光线的漫反射面积，使光线在反射腔110中的分布更均匀。在另一些实施例中，挡板120表面也可设置漫反射涂层，如在漫反射涂层中设置散射颗粒以实现漫反射的效果。其中，漫反射涂层可以为F4(聚四氟乙烯悬浮树脂)或其他具有良好漫反射功能且吸收率低的材料。

在一些实施例中，在制程上可分别加工反射腔110的上半部(靠近出光孔1110的一侧)和下半部(远离出光孔1110的一侧)，例如将反射腔110的内表面设置为漫反射表面、设置出光孔1110、设置挡板120及设置入光孔1120，随后再通过光学胶粘接或激光焊接等方式合并反射腔110的上半部和下半部，以形成整体的反射腔110。

在一些实施例中，反射腔110的上半部的外表面呈球面结构。但在另一些实施例中，反射腔110的上半部的外表面也可能平面或多面结构。在制程上可对这些表面进行镂空处理以形成多个出光孔1110。

在上述多个实施例中，光源130与出光孔1110间始终间隔着挡板120，即光源130所发出的光线始终受挡板120的阻挡而无法直接到达出光孔1110，以此使光线能够充足地在反射腔110中进行多次反射，使出射光斑的亮度更为平均。

在一些实施例中，光源130设置于入光孔1120中。在一些实施例中，光源130设置于反射腔110外，且对应入光孔1120设置。在另一些实施例中，反射腔110也可不设置入光孔1120，此时，光源130可设置于反射腔110的内表面，并位于反射腔110的入射区112中。或者，在另一些实施例中，投影模组10也可不设置光源130，此时的光源130作为外部元件，而反射腔110设置入光孔1120以供光源130的光线进入即可。具体地，光源130可以为垂直外腔面发射激光器(VECSEL)。另外，光源130可以为红外光激光器或可见光激光器。且优选地，在一些实施例中，光源130与反射腔110之间形成无缝连接，即，光源130与反射腔110之间不存在空隙，从而能够增加反射面积，且避免光的损耗。

参考图3所示的实施例，投影模组10包括光源130、基板140及基底150，光源130设置于基板140上，反射腔110通过基底150与基板140连接。基底150能够稳固反射腔110与基板140的连接。另外，光源130与反射腔110的入光孔1120正对，光源130所发出的光线通过入光孔1120进入反射腔110中。在一些实施例中，基板140可作为光源130及/或集成电路的载体。且具体地，基板140可以为陶瓷基板。基底150的形状可以为圆柱形、棱柱形、矩形等任意结构。

参考图4和图5所示，在一些实施例中，基板140包括用于承载反射腔110的承载面141，承载面141开设有安装槽142，光源130设置于安装槽142的槽底，同时，光源130与入光孔1120正对。反射腔110靠近基板140的一侧为平面，反射腔110的该平面设于承载面141上。另外，安装槽142的开口尺寸大于入光孔1120的开口尺寸。在一些实施例中，安装槽142中可设置集成电路及/或作为散热空间，集成电路可为电源130提供电源。在一些实施例中，安装槽142在不阻碍反射腔110与基板140连接的情况下可以为任意形状。

在另一些实施例中，当光源130设置于反射腔110内时，反射腔110可不设置入光孔1120，基板140也可不设置安装槽142，此时，设置有光源130的反射腔110区域可设置镂空结构，承载面141上设置凹槽，该镂空结构与凹槽中设置电路以连接光源130与外部的电子线路，从而为光源130提供电源。

参考图4和图5所示，在一些实施例中，入光孔1120与安装槽142之间还设置有聚光筒160，聚光筒160罩设于光源130上，且与入光孔1120以及安装槽142的槽底连接。聚光筒160的开口尺寸与入光孔1120的开口尺寸相匹配。聚光筒160具有高反射及低吸收的表面，能够将光源130光线中的发散部分反射进反射腔110中，从而减少光线的损耗。在一些实施例中，光源130发光区域的形状、聚光筒160的开口形状以及入光孔1120的开口形状相同，从而消除光源130与聚光筒160间的空隙，防止光线从空隙中漏出，从而减少光线的损耗。具体地，在一些实施例中，聚光筒160的形状可以为圆柱形、矩形、圆锥形或棱锥形。

在一些实施例中，反射腔110、基板140以及聚光筒160间可通过光学胶粘接。

如图6所示，在一些实施例中，投影模组10可应用于移动终端30中。此时，移动终端30还包括接收模组20，接收模组20具有摄像功能，当投影单元10所发出的光斑照射到目标物体时，处于不同目标物体区域的光斑将会随该区域的深度信息发生变形，并从目标物体反射至接收模组20中。接收模组20在接收到变形的光斑后，能够将信息传递至移动终端30的系统端进行分析，进而得到目标物体各区域的深度信息。通过设置投影模组10，移动终端30具有良好的深度信息识别功能。在一些实施例中，投影模组10可通过设置分光镜以与接收模组20共用一条光路，从而缩小占用空间。

具体地，移动终端30可以为智能手机、智能手表、平板电脑或个人数字助理等电子产品。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种投影模组，其特征在于，包括：

反射腔，包括相对设置的入射区与出射区，所述出射区开设有多个出光孔，光线从所述入射区进入所述反射腔内发生至少一次反射，所述反射腔中反射的光线经多个所述出光孔投射形成多个光斑；以及

挡板，设于所述反射腔内，所述挡板用于阻止光线直接从所述入射区到达所述出射区。

2.根据权利要求1所述的投影模组，其特征在于，所述反射腔的内表面为漫反射表面；及/或

所述挡板的外表面为漫反射表面。

3.根据权利要求1所述的投影模组，其特征在于，所述反射腔的内表面构成第一轴对称结构，所述挡板构成第二轴对称结构，且所述第一轴对称结构的至少一对称轴与所述第二轴对称结构的至少一对称轴重合。

4.根据权利要求3所述的投影模组，其特征在于，所述第一轴对称结构为球面结构，所述第二轴对称结构为圆锥结构，且所述圆锥结构的对称轴朝向所述入射区。

5.根据权利要求1所述的投影模组，其特征在于，所述反射腔的内表面在靠近所述出光孔的一侧具有曲面结构。

6.根据权利要求5所述的投影模组，其特征在于，多个所述出光孔的轴向方向指向所述反射腔的中心。

7.根据权利要求1所述的投影模组，其特征在于，所述入射区开设有入光孔，所述入光孔用于供外置的光源的光线通过并进入所述反射腔内；

或者，所述投影模组还包括光源，所述光源设于所述反射腔内，并位于所述入射区。

8.根据权利要求1所述的投影模组，其特征在于，所述入射区开设有入光孔；

所述投影模组还包括基板和光源，所述光源及所述反射腔均设于所述基板上，且所述光源与所述入光孔正对。

9.根据权利要求8所述的投影模组，其特征在于，所述基板包括用于承载所述反射腔的承载面，所述承载面开设有安装槽，所述光源设于所述安装槽的槽底；

所述反射腔靠近所述基板的基底为平面，所述入光孔贯穿所述平面，所述平面设于所述承载面上，所述安装槽的开口尺寸大于所述入光孔的开口尺寸；

所述投影模组还包括聚光筒，所述聚光筒罩设于所述光源上，并与所述安装槽的槽底连接，所述聚光筒的开口尺寸与所述入光孔的开口尺寸相匹配。

10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的投影模组。