CN209690699U - 一种功能化模组、感测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学和电子技术领域，提供了一种功能化模组，其包括芯片、光学元件、电路板、基座及支架。所述芯片和电路板分别设置在基座上。所述芯片与电路板连接以通过电路板与外界传输信号。所述支架包括分别独立成型的第一支架及第二支架。所述第一支架安装在所述基座上。所述第二支架设置在第一支架远离基座的一端。所述第一支架和/或第二支架上设置有组装结构。所述光学元件通过组装结构设置在所述第一支架和/或第二支架上。本实用新型还提供一种感测装置及设备。

Description

一种功能化模组、感测装置及设备

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种功能化模组、感测装置及设备。

背景技术

现有感测装置的功能化模组往往采用一体化的支架连接在底座上。所述支架上设置了各种不同功能的元器件，但因为支架为固定的一体成型结构，各种不同的功能性元件必须一起组装，非常不便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种功能化模组、感测装置及设备

本实用新型实施方式提供一种功能化模组，其包括芯片、光学元件、电路板、基座及支架。所述芯片和电路板分别设置在基座上。所述芯片与电路板连接以通过电路板与外界传输信号。所述支架包括分别独立成型的第一支架及第二支架。所述第一支架安装在所述基座上。所述第二支架设置在第一支架远离基座的一端。所述第一支架和/或第二支架上设置有组装结构。所述光学元件通过组装结构设置在所述第一支架和/或第二支架上。

在其他实施方式中，所述支架呈中空筒状，所述组装结构形成在支架的内侧壁上，所述组装结构包括卡槽及台阶，所述卡槽为在支架的内侧壁上围绕支架的旋转对称轴开设的一圈凹槽，所述台阶为支架内侧壁上厚度不同的部分在交接处形成的阶梯状结构。

在其他实施方式中，所述第二支架靠近基座一端的端面通过粘胶直接固定在所述第一支架远离基座一端的端面上。

在其他实施方式中，所述芯片为发光芯片，所述光学元件包括衍射光学元件及盖板。

在其他实施方式中，所述芯片为发光芯片，所述光学元件包括集成有光束调整结构的集成式衍射光学元件及盖板，所述集成式衍射光学元件包括入光表面、出光表面、形成在入光表面上的光束调整结构以及形成在出光表面上的图案化光学纹路，所述光束调整结构为形成在所述入光表面上的光学曲面，用于对所述发光芯片所发出的光线进行调整以使其满足预设的准直度及光束孔径等要求，所述图案化光学纹路用于对经过调整后的光束进行重新排布以形成能够在目标物上投射出预设图案的图案化光束。

在其他实施方式中，所述光学元件包括衍射光学元件及盖板，所述衍射光学元件固定在形成于第一支架内侧壁上的卡槽内，所述盖板设置在形成于第二支架的台阶上。

在其他实施方式中，所述衍射光学元件或集成式衍射光学元件设置在第二支架的台阶上，所述盖板设置在第二支架远离基座一端的端面上，所述第一支架上没有设置光学元件。

在其他实施方式中，所述第二支架与第一支架相连接的一端的内侧壁朝向第二支架的中心延伸出一圈挡光结构，所述挡光结构为横截面为正立的三角形凸块以使得所述第二支架的中心通孔在靠近第一支架的末端部分形成逐渐收窄的漏斗形状。

在其他实施方式中，所述光学元件包括对焦透镜、滤光片及盖板，所述对焦透镜设置在第二支架的卡槽内，所述滤光片设置在第一支架的台阶上，所述盖板设置在第二支架远离基座一侧的端面上。

本实用新型实施方式提供一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括如上述实施方式所述的功能化模组及光学感测模组。所述功能化模组用于在目标物上投射出预设的光斑图案。所述光学感测模组感测在被测目标物上投射的特定光图像并通过分析所述特定光图像获取被测标的物的相关三维信息。

本实用新型实施方式提供一种设备，包括上述实施方式所述的感测装置。所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。

本实用新型实施方式所提供的功能化模组、感测装置及设备可以使得不同的功能性元件分开组装，最后再组合到一起，具有灵活便利的有益效果。

本实用新型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，或通过本实用新型实施方式的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图2是本实用新型第二实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图3是本实用新型第三实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图4是本实用新型第四实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图5是本实用新型第五实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图6是本实用新型第六实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图7是本实用新型第七实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图8是本实用新型第八实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图9是本实用新型第九实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图10是本实用新型第十实施方式提供的功能化模组的结构示意图。

图11是本实用新型第十一实施方式提供的感测装置的结构示意图。

图12是本实用新型第十二实施方式提供的设备的结构示意图。

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“第一”、“第二”仅用于描述，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或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。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或限定，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，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；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之间的相互作用关系。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示例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，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。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使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本实用新型，其本身不指示所讨论的各种实施方式和/或设定之间的特定关系。此外，本实用新型在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本实用新型技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本实用新型的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本实用新型的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型之重点。

如图1所示，本实用新型第一实施方式提供了一种功能化模组1，用于装配具有不同特定功能的功能性元件10以组成可执行对应特定功能的模组。所述功能性元件10包括但不限于芯片12及光学元件14。所述功能化模组1包括功能性元件10、电路板15、基座16及支架18。所述芯片12和电路板15分别设置在基座16上。所述芯片12与电路板12连接以通过电路板15与外界传输信号。所述光学元件14设置在支架18上，设置有所述光学元件14的支架18固定在所述基座16上以形成可执行对应功能的功能化模组1。所述支架18对芯片10和光学元件14等起到保护和支撑的作用。

在本实施方式中，所述芯片12为发光芯片。所述功能化模组1为一光学投影模组1，用于在目标物上投射出预设的光斑图案以感测目标物的三维信息。

所述发光芯片12发出具有特定波长的原始光束。所述原始光束经过光学元件18的调制后形成能够在目标物上投射出预设图案的图案光束。所述图案光束用于感测被测目标物的三维信息，所述原始光束的可以为红外或近红外光束，波长范围为750纳米(Nanometer,nm)至1650nm。

所述发光芯片12包括多个发光体120。所述发光体100可以为半导体激光器。优选地，所述发光体120为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，在半导体基底上通过光刻和蚀刻等工艺制成。所述发光体120可以是不规则排布、规则排布或周期性重复排布，在此不作限制。

在其他实施方式中，所述发光芯片12还可以为一个单孔宽面型VCSEL。所述单孔宽面型VCSEL只有一个发光孔，但发光孔径较大，数十倍于第一实施方式中作为发光体120的其中一个VCSEL。所述单孔宽面型VCSEL的发光效果等同于发光强度均匀的面光源。

所述支架18包括第一支架180和第二支架182。所述第一支架180与第二支架182分别独立成型，在组装时所述第一支架180安装在所述基座16上，所述第二支架182通过粘胶或螺纹等方式与第一支架180远离基座16的一端相互连接。

所述光学元件14分别设置在所述第一支架180和第二支架182上。在本实施方式中，所述光学元件14包括衍射光学元件140(Diffractive Optical Element, DOE)和盖板142。所述DOE140用于重新排布所述发光芯片12所发出的光场，以形成能够在目标物上投射不规则分布光斑图案的图案光束。在所述DOE140 设置在所述第一支架180上。所述盖板142起到保护作用，设置在所述第二支架182上。

所述支架18呈中空筒状。所述支架18的内侧壁上形成有用于固定所述光学元件14的组装结构17。所述组装结构17包括但不限于卡槽170和/或台阶 172。所述卡槽170为在支架18的内侧壁上围绕支架18的旋转对称轴开设的一圈凹槽。所述台阶172为支架18内侧壁上厚度不同的部分在交接处形成的阶梯状结构。所述台阶172包括承载面1720及台阶面1722。所述承载面1720为连接支架18内周缘较大部分与内周缘较小部分之间的平面，用于承载设置在台阶 172上的光学元件14。所述台阶面1720为支架18内周缘较小部分的内侧壁表面。所述承载面1720与台阶面1722相交的周缘为台阶172远离芯片12的第一周缘1723。所述台阶面1722与支架1底部端面相交的周缘为台阶172靠近芯片12的第二周缘1724。

在本实施方式中，若所述芯片12为发光芯片12时，所述第二支架182与第一支架180相连接的一端的内侧壁朝向第二支架182的中心延伸出一圈挡光结构1820。所述挡光结构1820为横截面为正立的三角形凸块，以使得所述第二支架182的中心通孔在靠近第一支架180的末端部分形成逐渐收窄的漏斗形状。所述挡光结构1820可减少发光芯片12所发出的光线经台阶172所承载的光学元件14下方表面反射后返回发光芯片12而扰乱光源的光场。可以理解的是，所述挡光结构1820也可以应用在配置有发光芯片12的其他实施方式中。

在本实施方式中，所述第一支架180上所形成的组装结构17为卡槽170。所述DOE嵌入卡槽内进行固定。所述第二支架182上形成的组装结构17为台阶172。所述盖板142设置在台阶172上。所述第一支架与第二支架相连接的端面的面积等于或大于所述第二支架与之对应连接的端面的面积。

可以理解的是，当采用卡槽170来固定光学元件14时，所述光学元件14 需要在制作所述支架18时一并放入成型模具中一起成型。

如图2所示，本实用新型第二实施方式提供了一种功能化模组2，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述DOE240为集成有光束调整结构241的集成式DOE240。所述集成式DOE240包括入光表面2400、出光表面2401、形成在入光表面2400上的光束调整结构2403以及形成在出光表面2401上的图案化光学纹路2404。所述光束调整结构2403为形成在所述入光表面2400上的光学曲面，用于对所述发光芯片12所发出的光线进行调整以使其满足预设的准直度及光束孔径等要求。所述图案化光学纹路2404用于对经过调整后的光束进行重新排布以形成能够在目标物上投射出预设图案的图案化光束。

如图3所示，本实用新型第三实施方式提供了一种功能化模组3，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述DOE340设置在第二支架382的台阶372上。所述盖板342设置在所述第二支架380的远离基座 36一端的端面上。所述第一支架380上没有设置光学元件14。

如图4所示，本实用新型第四实施方式提供了一种功能化模组4，其与第三实施方式中的功能化模组3基本相同，主要区别在于所述DOE440为上述集成有光束调整结构4403的集成式DOE440。

如图5所示，本实用新型第五实施方式提供了一种功能化模组5，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述第一支架580上形成有台阶572。所述DOE540设置在第一支架580的台阶572上。所述盖板542 设置在第二支架582的台阶572上。所述第二支架582包括与第一支架580连接的第一连接端5820及与所述第一连接端5820相对的第二连接端5822。所述第一连接端5820的内周缘小于所述第一支架580上与第二支架582相连的端部 5800的内周缘。所述第一连接端5820的内周缘边缘沿轴向延伸出一圈连接凸缘5823。所述连接凸缘5823伸入所述第一支架580与第二支架582相连的端部5800所形成的通孔5802内。所述连接凸缘5823的外侧表面与其所伸入的第一支架580的通孔5802的部分内表面之间通过粘胶固定。所述第二支架582 的第一连接端5820的端面与第一支架580上与第一连接端5820对应连接的端面之间通过粘胶固定。

可以理解的是，所述连接凸缘5823的外侧表面与其所伸入的第一支架580 的通孔5802的部分内表面之间也可以通过形成螺纹结构来进行固定。

如图6所示，本实用新型第六实施方式提供了一种功能化模组6，其与第五实施方式中的功能化模组5基本相同，主要区别在于设置在所述第一支架680 的台阶672上的是上述集成有光束调整结构6403的集成式DOE640。

如图7所示，本实用新型第七实施方式提供了一种功能化模组7，其与第五实施方式中的功能化模组5基本相同，主要区别在于设置在所述DOE740设置在第二支架782的台阶772上。所述盖板742设置在第二支架782远离基座 76一端的端面上。所述第一支架780上没有设置光学元件14。

如图8所示，本实用新型第八实施方式提供了一种功能化模组8，其与第七实施方式中的功能化模组7基本相同，主要区别在于设置在第二支架882的台阶872上的DOE840为上述集成有光束调整结构840的集成式DOE8403。

如图9所示，本实用新型第九实施方式提供了一种功能化模组9，其与第一实施方式中的功能化模组1基本相同，主要区别在于所述光学元件94包括对焦透镜944、滤光片946及盖板942。所述芯片92为图像传感器92，所述功能化模组9为一光学感测模组。所述对焦透镜944设置在第二支架982的台阶972 上。所述滤光片946设置在第一支架980的卡槽970内。所述盖板942设置在第二支架982远离基座96一侧的端面上。在本实施方式中，所述图像传感器 92为红外或近红外光图像传感器，用于感测投射在目标物上用于进行三维感测的预设图案。

在本实施方式中，若所述芯片92为图像传感器92时，所述挡光结构9820 为倒立的三角形凸块，以使得所述第二支架982的中心通孔在靠近第一支架980 的末端部分形成上窄下宽的塔形。此种挡光结构9820可减少成像光线入射时被台阶972边缘处散射而给图像传感器92所成图像带来的杂讯。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述对焦透镜944还可以通过卡槽970 设置在第二支架982上，所述滤光片946还可以通过台阶972设置第一支架980 上，对于第一支架980和第二支架982上用于设置光学元件94的组装结构97 不作具体限制。

如图10所示，本实用新型第十实施方式提供了一种功能化模组10，其与第五实施方式中的功能化模组5基本相同，主要区别在于所述光学元件104包括对焦透镜1044、滤光片1046及盖板1042。所述芯片102为图像传感器，所述功能化模组10为一光学感测模组。所述对焦透镜1044设置在第二支架1082 的台阶1072上。所述滤光片1046设置在第一支架1080的卡槽1070内。所述盖板1042设置在第二支架1082远离基座106一侧的端面上。在本实施方式中，所述图像传感器102为感测红外或近红外光图像的图像传感器，用于感测投射在目标物上用于进行三维感测的预设图案。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述对焦透镜1044还可以通过卡槽 1070设置在第二支架1082上，所述滤光片1046还可以通过台阶1072设置第一支架1082上，对于第一支架1080和第二支架1082上用于设置光学元件104 的组装结构107不作具体限制。

如图11所示，本实用新型第十一实施方式提供了一种感测装置110，其用于感测被测目标物的三维信息。所述空间信息包括但不限于被测目标物表面的三维信息、被测目标物在空间中的位置信息、被测目标物的尺寸信息等其他与被测目标物相关的三维立体信息。所感测到的被测目标物的空间信息可被用于识别被测目标物或构建被测目标物的三维立体模型。

所述感测装置110包括如上述第一至八实施例所提供的光学投影模组1及如上述第九至十实施方式所提供的光学感测模组9。所述光学投影模组1用于投射特定光束至被测目标物上形成预设的光斑图案进行三维感测。所述光学感测模组9用于感测所述光学投影模组1在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像来感测被测标的物的相关空间信息。

在本实施方式中，所述感测装置110为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。

如图12所示，本实用新型第十二实施方式提供一种设备60，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏、门、交通工具、机器人、自动数控机床等。所述设备60包括至少一个上述第十一实施方式所提供的感测装置110。所述设备60用于根据该感测装置110的感测结果来对应执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。

在本实施方式中，所述感测装置110为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。所述设备60为装有所述3D脸部识别装置的手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏等电子终端、门、交通工具、安检、出入境等涉及身份识别的设备。

与现有技术相比，本实用新型所提供的功能化模组、感测装置及设备，采用简单轻薄化的结构满足芯片的散热要求，具有低成本、轻薄化的有益效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“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。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功能化模组，其特征在于，包括芯片、光学元件、电路板、基座及支架，所述芯片和电路板分别设置在基座上，所述芯片与电路板连接以通过电路板与外界传输信号，所述支架包括分别独立成型的第一支架及第二支架，所述第一支架安装在所述基座上，所述第二支架设置在第一支架远离基座的一端，所述第一支架和/或第二支架上设置有组装结构，所述光学元件通过组装结构设置在所述第一支架和/或第二支架上。

2.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述支架呈中空筒状，所述组装结构形成在支架的内侧壁上，所述组装结构包括卡槽及台阶，所述卡槽为在支架的内侧壁上围绕支架的旋转对称轴开设的一圈凹槽，所述台阶为支架内侧壁上厚度不同的部分在交接处形成的阶梯状结构。

3.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述第二支架靠近基座一端的端面通过粘胶直接固定在所述第一支架远离基座一端的端面上。

4.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述芯片为发光芯片，所述光学元件包括衍射光学元件及盖板。

5.如权利要求1所述的功能化模组，其特征在于，所述芯片为发光芯片，所述光学元件包括集成有光束调整结构的集成式衍射光学元件及盖板，所述集成式衍射光学元件包括入光表面、出光表面、形成在入光表面上的光束调整结构以及形成在出光表面上的图案化光学纹路，所述光束调整结构为形成在所述入光表面上的光学曲面，用于对所述发光芯片所发出的光线进行调整以使其满足预设的准直度及光束孔径等要求，所述图案化光学纹路用于对经过调整后的光束进行重新排布以形成能够在目标物上投射出预设图案的图案化光束。

6.如权利要求4或5中任意一项所述的功能化模组，其特征在于，所述光学元件包括衍射光学元件及盖板，所述衍射光学元件固定在形成于第一支架内侧壁上的卡槽内，所述盖板设置在形成于第二支架的台阶上。

7.如权利要求4或5中任意一项所述的功能化模组，其特征在于，所述衍射光学元件或集成式衍射光学元件设置在第二支架的台阶上，所述盖板设置在第二支架远离基座一端的端面上，所述第一支架上没有设置光学元件。

8.如权利要求4或5中任意一项所述的功能化模组，其特征在于，所述第二支架与第一支架相连接的一端的内侧壁朝向第二支架的中心延伸出一圈挡光结构，所述挡光结构为横截面为正立的三角形凸块以使得所述第二支架的中心通孔在靠近第一支架的末端部分形成逐渐收窄的漏斗形状。

9.一种感测装置，其特征在于，用于感测被测目标物的三维信息，其包括如权利要求1至8中任意一项所述的功能化模组及光学感测模组，所述功能化模组用于在目标物上投射出预设的光斑图案，所述光学感测模组感测在目标物上投射出的特定光图像并通过分析所述特定光图像获取被测标的物的相关三维信息。

10.一种设备，其特征在于，包括权利要求9所述的感测装置，所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。