CN209446900U - 3d深度相机发射模组、3d深度相机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种3D深度相机发射模组，包括基板和依次设置的激光器、准直器和衍射器，激光器与基板固定连接，准直器和衍射器集成为一体结构，激光器发射的光束经准直器准直后进入衍射器，以得到散斑图案。通过将准直器和衍射器集成为一体，使得准直器和衍射器形成一个整体，安装时准直器和衍射器为整体安装，安装效率高，只需控制准直器和衍射器整体的精度，而不需单独控制准直器或衍射器的精度，精度容易控制。本实用新型还提供了一种3D深度相机和电子设备。

Description

3D深度相机发射模组、3D深度相机和电子设备

技术领域

本实用新型属于三维成像技术领域，尤其涉及一种3D深度相机发射模组、3D深度相机和电子设备。

背景技术

结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构。用投影仪投射特定的光信息到物体表面及背景后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

结构光模组包括激光器、准直器和衍射器，激光器发射激光经准直器准直和衍射器衍射后，得到散斑图案。散斑图案照射在物体上，摄像头采集物体反射的光信息后，经算法计算，可以得到三维空间的图像。

目前的结构光模组的激光器、准直器和衍射器为单独的器件，在模组安装时，通常是将准直器和衍射器安装在镜筒上，需要单独安装每个器件，控制每个器件的精度，使得安装效率低，精度不易控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种3D深度相机发射模组、3D深度相机和电子设备，提高安装效率，精度高。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供一种3D深度相机发射模组，包括基板和依次设置的激光器、准直器和衍射器，所述激光器与所述基板固定连接，所述准直器和所述衍射器集成为一体结构，所述激光器发射的光束经所述准直器准直后进入所述衍射器，以得到散斑图案。

通过将准直器和衍射器集成为一体，使得准直器和衍射器形成一个整体，安装时准直器和衍射器为整体安装，安装效率高，只需控制准直器和衍射器整体的精度，而不需单独控制准直器或衍射器的精度，精度容易控制。

其中，所述准直器和所述衍射器一体成型；或所述准直器与所述衍射器固定连接；或所述准直器和所述衍射器通过支架固定连接。

通过准直器与衍射器一体成型、固定连接或固定在支架上形成整体，实现准直器与衍射器的集成。

其中，所述准直器包括朝向所述激光器的第一功能面，所述第一功能面上设有第一微结构，所述第一功能面用于接收所述激光器发射的光束，经所述第一微结构折射而使得所述光束入射所述衍射器。

通过设置第一微结构，实现光束折射而准直的目的。

其中，所述衍射器包括背向所述准直器的第二功能面，所述第二功能面上设有第二微结构，所述准直器出射的所述光束射入所述衍射器，经所述第二微结构衍射而出射。

通过设置第二功能面的第二微结构，实现了光束的衍射，以形成散斑图案。

其中，所述准直器与所述衍射器相对的表面粘接；或者所述准直器上设有第一凸台和/或所述衍射器上设有第二凸台，所述第一凸台与所述衍射器粘接或所述第二凸台与所述准直器粘接或所述第一凸台和所述第二凸台粘接；或者所述衍射器和所述准直器相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。

通过各种连接方式将准直器和衍射器形成整体，实现准直器和衍射器两个器件的集成。

其中，所述准直器与所述激光器固定连接；或所述支架与所述激光器固定连接。

将准直器和激光器固定连接，或者支架与激光器固定连接，将准直器、衍射器和激光器集成为一个器件，进一步的提高了集成度，便于提高3D深度相机发射模组的组装效率和安装精度。

其中，所述激光器上设有第三凸台和/或所述准直器上设有第四凸台，所述第三凸台与所述准直器粘接或所述第四凸台与所述激光器粘接或所述第三凸台和所述第四凸台粘接；或者所述准直器和所述激光器相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。

通过各种连接方式将准直器、衍射器和激光器形成整体，实现准直器、衍射器和激光器三个器件的集成。

第二方面，本实用新型实施例提供一种3D深度相机，所述3D深度相机包括接收模组和第一方面各种实施例中任一项所述的3D深度相机发射模组，所述发射模组用于发射光线并得到散斑图案，所述散斑图案照射在对象上，所述接收模组用于接收所述对象反射的所述散斑图案的光线。

第三方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括第一方面各种实施例中任一项所述的3D深度相机发射模组。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种实施例的3D深度相机发射模组的结构示意图；

图2是另一种实施例的3D深度相机发射模组的结构示意图；

图3是一种实施例的3D深度相机发射模组的部分结构示意图；

图4是一种实施例的准直器和衍射器的结构示意图；

图5a是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图5b是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图5c是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图5d是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图6a是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图6b是一种实施例的3D深度相机发射模组的安装结构示意图；

图7a是一种实施例的第一微结构的结构示意图；

图7b是另一种实施例的第一微结构的结构示意图；

图8是图7a的第一微结构的折射光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型提供一种3D深度相机发射模组，包括基板10和依次设置的激光器20、准直器30和衍射器40。所述激光器20与所述基板10固定连接。所述准直器30和所述衍射器40集为一体结构，所述激光器20发射的光束经所述准直器30准直后进入所述衍射器40，以得到散斑图案。

本实施例的3D深度相机发射模组可以为结构光模组的光线发射端，可以理解的，集成为一体的设计思路也可以适用于其他可能的实施例中，在此不做过多限定。本实施例通过将准直器30和衍射器40集成为一体结构，使得准直器30和衍射器40形成一个整体，安装时准直器30和衍射器40为整体安装，安装效率高，只需控制准直器30和衍射器40整体的精度，而不需单独控制准直器30或衍射器40的精度，精度容易控制。

本实施例中，将激光器20与基板10固定连接，进一步的提高了3D深度相机发射模组的集成度，进一步提高了模组的安装效率，精度更高。

本实施例中，准直器30和衍射器40形成的整体作为一个器件，可预先按照特定要求进行标定，使得准直器30和衍射器40相互之间的位置和精度满足模组的安装和精度要求。准直器30和衍射器40形成的整体可对外售卖，采购准直器30和衍射器40形成的整体即可，而不需再单独采购准直器30和衍射器40。

本实施例中，激光器20为VCSEL(垂直腔面激光发射器，Vertical Cavity SurfaceEmitting Lasers)阵列光源，它被排布设计成发光点源阵列，用于提供预设的散斑图案形式的激光光束。其中，VCSEL阵列光源中的发光点可采用二维规则排布或随机排布，发光点数量为几百甚至上千个，构成预设的散斑图案。在选型应用上，光源处的光波长推荐选择800-900nm或其他传输效率高的波长窗口。

准直器30为准直透镜(Collimating Lens)，功能是将激光器20发出的激光光束调制为准直光束，可采用单透镜、组合透镜、微透镜阵列或菲涅尔透镜或其任意的组合，在兼顾模组整体尺寸的要求下进行优化设计，以提高准直调制效果。激光器20发射的光束经准直器30准直后沿第一方向Y传播，第一方向Y也为激光器20、准直器30和衍射器40的布置方向。

衍射器40为DOE(衍射光学元件，Diffractive Optical Element)，DOE为具有一定周期的衍射光栅，其功能是复制扩展散斑阵列从而形成覆盖场景物体的散斑图案照明。通过刻蚀工艺在DOE表面形成微结构，从而满足光的散射要求。

进一步的，一种实施例中，请参考图1，所述准直器30和所述衍射器40可一体成型而形成整体，图1中使用虚线划分出准直器30和衍射器40的功能结构，实际为一体式。另一种实施例中，请参考图1，所述准直器30与所述衍射器40固定连接而形成整体，图1中使用虚线指示准直器30和衍射器40的固定连接位置。另一种实施例中，请参考图2，所述准直器30和所述衍射器40固定在支架11上而形成整体。

本实施例中，通过准直器30与衍射器40一体成型、固定连接或固定在支架11上形成整体，实现准直器30与衍射器40的集成。

进一步的，一种实施例中，请参考图5a，所述准直器30与所述衍射器40相对的表面粘接。另一种实施例中，请参考图6a，所述准直器30上设有第一凸台和/或所述衍射器上设有第二凸台41，所述第一凸台与所述衍射器40粘接或所述第二凸台41与所述准直器30粘接，或所述第一凸台和所述第二凸台41粘接。本实施例中，通过设置第一凸台和/或第二凸台4，使得准直器30和衍射器40可以具有较大的间隔距离，便于模组的灵活布置。另一种实施例中，请参考图6b，所述衍射器40和所述准直器30相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。图6a中示出了在准直器30上设凹槽33，衍射器40上设有突出的第一凸台41，第一凸台41可以插入凹槽33内而将准直器30和衍射器40固定形成整体。当然不仅限与此，例如，还可以在准直器30上设突起，在衍射器40上设凹槽，通过突起和凹槽配合实现固定，结构简单。

可通过各种连接方式将准直器30和衍射器40形成整体，实现准直器30和衍射器40两个器件的集成。

进一步的，请参考图1和图4，以及图7a和图7b，所述准直器30包括朝向所述激光器20的第一功能面301，所述第一功能面301上设有第一微结构，所述第一功能面301用于接收所述激光器20发射的光束，经所述第一微结构折射而使得所述光束沿所述第一方向Y出射。

本实施例中，第一微结构可以为各种能实现光束折射而准直的结构，包括但不限于图7a中示出的锯齿形结构和图7b中的凸面结构。第一微结构可以采用刻蚀工艺，也可以采用机械加工方式制作。请参考图8，示出了图7a中的准直器30的第一功能面301上的第一微结构为锯齿形的光路图，图中使用带箭头的虚线标识光束的线路，可以看到，锯齿形的第一微结构将多条斜射到第一功能面301上的光束折射而形成多条互相平行的光束出射，达到了准直的目的。因此，通过设置第一微结构，实现光束折射而准直的目的。

进一步的，请参考图4，所述衍射器40包括背向所述准直器30的第二功能面401，所述第二功能面401上设有第二微结构，所述准直器30出射的所述光束射入所述衍射器40，经所述第二微结构衍射而出射。

本实施例中，第二微结构为通过刻蚀工艺形成的衍射光栅，其具体结构不限，只需使得光束在第二功能面上形成衍射而出射，即可形成散斑图案。因此，通过设置第二功能面401的第二微结构，实现了光束的衍射，以形成散斑图案。

一种实施例中，请参考图3，所述准直器30与所述激光器40固定连接。另一种实施例中，请参考图2，所述支架11与所述激光器20固定连接。

将准直器30和衍射器40形成整体后，还可以进一步将激光器20一并形成整体，因此，将准直器30和激光器20固定连接，或者支架11与激光器20固定连接，将准直器30、衍射器40和激光器20集成为一个器件，进一步的提高了集成度，便于提高3D深度相机发射模组的组装效率和安装精度。

进一步的，一种实施例中，请参考图5a和图5d以及图6a，所述激光器20上设有第三凸台22和/或所述准直器30上设有第四凸台31，所述第三凸台22与所述准直器40粘接或所述第四凸台31与所述激光器20粘接或所述第三凸台22和所述第四凸台31粘接。另一种实施例中，请参考图5b、图5c和图6b，所述准直器30和所述激光器20相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。图5b中示出了在激光器20上设凹槽21，准直器30上设有突出的第四凸台31，通过第四凸台31插入凹槽21内，实现准直器30和激光器20的卡接固定；图5c中示出了在准直器30上设凹槽32，在激光器20上突出的第三凸台22插入凹槽32内，实现准直器30和激光器20的卡接固定。

因此，可通过各种连接方式将准直器30、衍射器40和激光器20形成整体，实现准直器30、衍射器40和激光器20三个器件的集成。

进一步的，请参考图1和图3，所述激光器20与所述基板10固定连接的同时还可以具有电连接作用。具体而言，激光器20可以贴装在基板20上，例如通过SMD(Surface MountDevice，表面贴装)工艺焊接在基板20上，表面贴装的焊脚11在第一方向Y上的高度小，可减小模组整体厚度，且SMD工艺成型质量好。当然，还可以采用其他方式将激光器20与基板10固定。基板10为电路板，用于为激光器20供电和提供控制信号，激光器20与基板10固定连接，还可以直接在连接处设置电连接的线路，可不再需要设置单独的电路，节约布线空间。因此，本实施例中将激光器20与基板10固定连接，进一步的提高了3D深度相机发射模组的集成度，进一步提高了模组的安装效率，精度更高。

本实用新型实施例还提供了一种3D深度相机，所述3D深度相机包括接收模组和前述实施例中的3D深度相机发射模组，所述发射模组用于发射光线并得到散斑图案，所述散斑图案照射在对象上，所述接收模组用于接收所述对象反射的所述散斑图案的光线。后续可以通过处理器等经算法处理接收模组接收的光线的信息，可还原三维空间的图像。本实施例的3D深度相机可以得到空间的三维图像，3D深度相机发射模组的集成度高，便于安装，容易控制精度。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括前述实施例中的3D深度相机发射模组。该电子设备可以为智能手机、人脸识别设备、可穿戴设备等。本实施例的电子设备的3D深度相机发射模组的集成度高，便于安装，容易控制精度。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种3D深度相机发射模组，其特征在于，包括基板和依次设置的激光器、准直器和衍射器，所述激光器与所述基板固定连接，所述准直器和所述衍射器集成为一体结构，所述激光器发射的光束经所述准直器准直后进入所述衍射器，以得到散斑图案。

2.如权利要求1所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述准直器和所述衍射器一体成型；或所述准直器与所述衍射器固定连接；或所述准直器和所述衍射器通过支架固定连接。

3.如权利要求2所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述准直器包括朝向所述激光器的第一功能面，所述第一功能面上设有第一微结构，所述第一功能面用于接收所述激光器发射的光束，经所述第一微结构折射而使得所述光束入射所述衍射器。

4.如权利要求3所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述衍射器包括背向所述准直器的第二功能面，所述第二功能面上设有第二微结构，所述准直器出射的所述光束射入所述衍射器，经所述第二微结构衍射而出射。

5.如权利要求2所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述准直器与所述衍射器相对的表面粘接；或者所述准直器上设有第一凸台和/或所述衍射器上设有第二凸台，所述第一凸台与所述衍射器粘接或所述第二凸台与所述准直器粘接或所述第一凸台和所述第二凸台粘接；或者所述衍射器和所述准直器相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。

6.如权利要求2所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述准直器与所述激光器固定连接；或所述支架与所述激光器固定连接。

7.如权利要求6所述的3D深度相机发射模组，其特征在于，所述激光器上设有第三凸台和/或所述准直器上设有第四凸台，所述第三凸台与所述准直器粘接或所述第四凸台与所述激光器粘接或所述第三凸台和所述第四凸台粘接；或者所述准直器和所述激光器相对的表面上设有突起和凹槽，所述突起和所述凹槽配合而卡接固定。

8.一种3D深度相机，其特征在于，所述3D深度相机包括接收模组和如权利要求1至7任一项所述的3D深度相机发射模组，所述发射模组用于发射光线并得到散斑图案，所述散斑图案照射在对象上，所述接收模组用于接收所述对象反射的所述散斑图案的光线。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的3D深度相机发射模组。