CN209928015U - 电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电子装置，激光发射模组可发出线激光，并在驱动件的带动下绕转轴自转，从而使得线激光依次覆盖待扫描物体的整个表面。通过调整转动的预设角度范围，可使线激光的覆盖面与待扫描物体的尺寸相匹配，避免激光能量的浪费。而且，对于待扫描物体表面特征点较多的区域，控制器可控制驱动件减缓转动速度，从而使得线激光的能量集中于该区域，以投射出更多特征点；而对于特征点较少的区域，由于所需投射出的特征点较少，故控制器则可控制驱动件快速转动，以避免不必要的能量浪费。因此，在保证扫描效果的前提下，上述电子装置所需功率更小，从而有效地提升扫描效率。

Description

电子装置

技术领域

本实用新型涉及用于3D成像的扫描识别技术领域，特别涉及一种电子装置。

背景技术

扫描识别技术已经广泛应用于手机、车载、机器人、3D打印等领域，通过扫描，可对被扫描的物体进行信息采集、模型重构。在三维扫描技术中，为了获得深度数据，一般采用面激光作为扫描光源。

面光源虽然可以产生深度数据，但面光源的FOV(视场角)是固定的。因此，在不同的应用距离处，FOV覆盖的面积存在区别。例如，近距离应用时，覆盖面积小，故被测物体(如人脸)所需的FOV较大，出光功率也就越大、功耗也就越严重。而长距离应用时，覆盖面积大，被测物体占FOV视野范围比例过小，从而造成光源的浪费。

因此，现有的电子装置在进行三维扫描时，无论是远距离应用还是近距离都会造成出光功率的较大浪费，从而使得扫描效率不高。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有电子装置扫描效率不高的问题，提供一种可提升扫描效率的电子装置。

一种电子装置，所述电子装置用于3D扫描成像，包括：

可转动的激光发射模组，用于向待扫描物体的表面投射线激光；

驱动件，通过转轴与所述激光发射模组转动连接，以驱动所述激光发射模组在预设角度范围内绕所述转轴自转，且所述转轴平行于所述线激光所形成的平面，且垂直于线激光的出光方向；及

控制器，与所述驱动件电连接，所述控制器根据预设指令控制所述驱动件驱动所述激光发射模组做变速转动。

激光发射模组可发出线激光，并在驱动件的带动下绕转轴自转，从而使得线激光依次覆盖待扫描物体的整个表面。通过调整转动的预设角度范围，可使线激光的覆盖面与待扫描物体的尺寸相匹配，避免激光能量的浪费。而且，对于待扫描物体表面特征点较多的区域，控制器可控制驱动件减缓转动速度，从而使得线激光的能量集中于该区域，以投射出更多特征点；而对于特征点较少的区域，由于所需投射出的特征点较少，故控制器则可控制驱动件快速转动，以避免不必要的能量浪费。

在其中一个实施例中，所述激光发射模组包括具有出光口的基座、安装于所述基座的陶瓷基板、整形器及承载于所述陶瓷基板的垂直腔面发射激光器，所述整形器覆盖所述出光口，所述陶瓷基板与所述整形器相对设置，并使所述垂直腔面发射激光器位于所述陶瓷基板与所述整形器之间，所述垂直腔面发射激光器的出光经所述整形器整形后得到所述线激光。

在其中一个实施例中，所述激光发射模组包括具有出光口的基座、收容于所述基座内的陶瓷基板、边缘发射激光器及整形器，所述陶瓷基板固定于所述壳体的侧壁，所述整形器覆盖所述出光口，所述边缘发射激光器承载于所述陶瓷基板并与所述整形器对齐，所述边缘发射激光器的出光经所述整形器整形后得到所述线激光。

在其中一个实施例中，所述整形器为具有表面微结构的玻璃板，所述玻璃板的表面具有微光学结构，以使穿过所述微光学结构的光线发生折射。

在其中一个实施例中，所述驱动件为伺服电机。

由于伺服电机的转速精准可控，故可对激光发射模组的转动速度及转动角度实现精确地控制。

在其中一个实施例中，在所述预设角度范围内包括多个连续的转动区间，且每个所述转动区间具有对应的转动速度，所述控制器根据所述转动区间与所述转动速度的对应关系控制所述驱动件。

在其中一个实施例中，所述激光发射模组的出光角大小可调。

线激光为扇形出光，其出光角的大小决定了在待扫描物体形成光斑的长度。因此，通过对出光角大小进行调节，可使得线激光的覆盖范围能更好的与待扫描物体的横向边界相匹配。

在其中一个实施例中，还包括信号接收模组，用于接收所述线激光经所述待扫描物体反射形成的回光信号。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例中电子装置的结构示意图；

图2为本实用新型中进行三维扫描的场景示意图；

图3为本实用新型一个实施例中激光发射模组的结构示意图；

图4为本实用新型另一个实施例中激光发射模组的结构示意图。

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较佳的实施例。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对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，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”另一个元件，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。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。本文中在本实用新型的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。

本实用新型提供了一种电子装置，该电子装置均用于对待扫描物体进行三维扫描，以实现3D成像，从而应用于人脸识别、3D打印等领域。

请参阅图1，本实用新型较佳实施例中的电子装置200包括激光发射模组210、驱动件220及控制器(图未示)。

激光发射模组210用于向待扫描物体的表面投射线激光。线激光的光束投射到平面时，其在该平面形成的光斑呈一字线形。而且，光斑的延伸方向称之为该线激光的长度方向。激光发射模组210可转动地设置。具体的，电子装置200一般具有壳体(图未示)，激光发射模组210、驱动件220及控制器集成于壳体内。其中，激光发射模组210可同轴销轴、铰接件可转动地安装于壳体内。

如图3所示，在一个实施例中，激光发射模组210包括基座211、陶瓷基板213、整形器215及垂直腔面发射激光器217。

基座211具有出光口(图未标)，陶瓷基板213、整形器215安装于基座211。整形器215覆盖出光口，且整形器215的透过率一般≥95％。具体的，整形器215为玻璃板，玻璃板的表面具有微光学结构，以使穿过玻璃板的光线发生折射，也即通过玻璃板表面的微光学结构实现光线整形。垂直腔面发射激光器217承载于陶瓷基板213，陶瓷基板213与整形器215相对设置，并使垂直腔面发射激光器217位于陶瓷基板213与整形器215之间。此时，激光发射模组210为立式。

垂直腔面发射激光器217的多个量子阱FOV 21°±3°投在整形器215上，整形器215上的微结构通过折射、汇聚作用，将不可见光源整形为线激光。其中，得到的线激光线宽方向准直性好，发散角很小(一般为0.5度)。

如图4所示，在另一个实施例中，激光发射模组210包括基座211、陶瓷基板213、整形器215及边缘发射激光器217。

基座211具有出光口(图未标)，陶瓷基板213、整形器215收容于基座211。整形器215覆盖出光口，且整形器215的透过率一般≥95％。具体的，整形器215为玻璃板，玻璃板的表面具有微光学结构，以使穿过玻璃板的光线发生折射。陶瓷基板213固定于基座211的侧壁，边缘发射激光器217承载于陶瓷基板213并与整形器215对齐。此时，激光发射模组210为卧式。

通过边缘发射激光器217的一个量子阱(椭圆形出光，快轴发散角30～60°，慢轴发散角10°，EEL转换效率高≥65％)投在整形器215上，整形器215上的微结构通过折射、汇聚作用，将不可见光源整形为线激光发射。其中，得到的线激光线宽方向准直性好，发散角很小(一般为0.5度)。

驱动件220通过转轴(图未示)与激光发射模组210转动连接，以驱动激光发射模组210在预设角度范围内绕转轴自转，且转轴平行于线激光所形成的平面，且垂直于线激光的出光方向。即，转轴沿线激光的长度方向延伸。此时，激光发射模组210绕转轴自转，可带动线激光在垂直于线激光所形成的平面的方向上移，进而使线激光的移动轨迹呈平面。因此，线激光可依次覆盖待扫描物体的整个表面，从而相当于面激光的扫描效果。

通过对预设角度范围进行控制，可使线激光的覆盖面积刚好与待扫描物体的表面尺寸相匹配。因此，可避免激光发射模组210发出的线激光照射到待扫描物体的范围之外，克服了现有面激光扫描装置中视场角固定的缺陷，有效地避免了激光能量的浪费。而且，无论应用范围远近，避免激光发射模组210的功率都无需调整，只需调整转动的预设角度范围即可。

具体在在本实施例中，激光发射模组210的出光角大小可调。线激光为扇形出光，其出光角的大小决定了在待扫描物体形成光斑的长度。因此，通过对出光角大小进行调节，如30度、75度、90度或110度等，可使得线激光的覆盖范围能更好的与待扫描物体的横向边界相匹配。

在本实施例中，驱动件220为伺服电机。伺服电机的输出轴与激光发射模组210联动。由于伺服电机的转速精准可控，故可对激光发射模组210的转动速度及转动角度实现精确地控制。

控制器与驱动件220电连接，控制器根据预设指令控制驱动件220驱动激光发射模组210做变速转动。也就是说，线激光并非只能匀速移动，而是可在待扫描物体的不同区域对应不同的移动速度。

具体的，待扫描物体的表面具有特征密集区域及特征稀疏区域。特征密集区域，指的是表面结构复杂、特征点分布较多的区域。特征稀疏区域，指的是表面较平衍、结构简单、特征点分布较少的区域。以人脸为例，三角区由于凹凸不平，结构相对立体且复杂，故三角区则认为是人脸的特征密集区域；而额头近似于平面，结构相对简单，故额头可认为是人脸的特征稀疏区域。

在待扫描物体的表面，特征密集区域及特征稀疏区域均可以不止一个。而且，特征密集区域及特征稀疏区域是相对概念。譬如，在某个待扫描物体表面存在A、B、C三个区域，且三个区域内特征点数量的分布关系为A>B>C。那么，区域A相对于区域B及区域C为特征密集区域；区域B相对于区域A为特征稀疏区域，而相对于区域C则为特征密集区域。

根据预设指令，对于待扫描物体表面特征点分布较多的特征密集区域，控制器可控制驱动件220减缓转动速度，从而使得线激光的能量集中于该区域，以投射出更多特征点；而对于特征点分布较少的特征稀疏区域，由于所需投射出的特征点较少，故控制器则可控制驱动件220快速转动，以避免不必要的能量浪费。可见，在保证扫描效果的前提下所需功率更小，从而有效地提升扫描效率。

而且，由于线激光采取变速移动的方式，在特征密集区域停留时间长，故可投射出更多的特征点，从而使得电子装置200扫描精确度更高。

如图2所示，线激光在上部特征点分布较少的区域快速通过，移动至中部特征点分布较多的区域时降低移动速度，移动至下部特征点分布较少的区域时，再次加快速度快速通过。

在本实施例中，在预设角度范围内包括多个连续的转动区间，且每个转动区间具有对应的转动速度，控制器根据转动区间与转动速度的对应关系控制驱动件220。

具体的，预先将激光发射模组210的转动过程分为多个阶段，对应多个转动区间。每个阶段设定不同的转动角速度，从而使得线激光的移动速度也可对应变化。在转动至与待扫描物体表面特征密集区域对应的阶段，角速度设定较小，而在与待扫描物体表面特征稀疏区域对应的阶段，角速度设定较大。例如，激光发射模组210转动的预设角度范围设定为60度，可每20度为一个转动区间共划分为三个转动区间。当激光发射模组210转动至其中一个转动区间时，控制器则控制器以对应的角度进行转动。

以图2所示扫描过程为例，激光发射模组210的转动过程可划分为三个阶段，第一阶段及第三阶段角速度较快，譬如5厘米/秒；而中间的第二阶段角速度设定较慢，譬如2厘米/秒。

在本市实施例中，电子装置200还包括信号接收模组230，用于接收线激光经待扫描物体反射形成的回光信号。

具体的，回光信号中包含了待扫描物体表面的特征点信息，信号接收模组230将回光信号接收，通过对回光信号做进一步的处理、分析、建模，便可对待扫描物体表面实现重构，进而便可用于后续的识别、打印等过程。

在其他实施例中，对回光信号进行分析可提取特征点，通过对单位时间内提取的特征点的数量进行比对，可判断线激光是进入特征密集区域还是特征稀疏区域，进而对线激光的移动速度进行控制。

具体的，单位时间内提取的特征点的数量呈增加趋势时，判断线激光由特征稀疏区域进入特征密集区域。此时，减小激光发射模组210的角速度，使得线激光移动变慢。单位时间内提取的特征点的数量呈减少趋势时，判断线激光由特征密集区域进入特征稀疏区域。此时，增大激光发射模组210的角速度，使得线激光移动变快。因此，线激光的移动速度可实现动态匹配，从而可适用于多种不同类型的待扫描物体。

上述电子装置200，激光发射模组210可发出线激光，并在驱动件220的带动下绕转轴自转，从而使得线激光依次覆盖待扫描物体的整个表面。通过调整转动的预设角度范围，可使线激光的覆盖面与待扫描物体的尺寸相匹配，避免激光能量的浪费。而且，对于待扫描物体表面特征点较多的区域，控制器可控制驱动件220减缓转动速度，从而使得线激光的能量集中于该区域，以投射出更多特征点；而对于特征点较少的区域，由于所需投射出的特征点较少，故控制器则可控制驱动件220快速转动，以避免不必要的能量浪费。因此，在保证扫描效果的前提下，上述电子装置所需功率更小，从而有效地提升扫描效率。

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 (8)

1.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置用于3D扫描成像，包括：

可转动的激光发射模组，用于向待扫描物体的表面投射线激光；

驱动件，通过转轴与所述激光发射模组转动连接，以驱动所述激光发射模组在预设角度范围内绕所述转轴自转，且所述转轴平行于所述线激光所形成的平面，且垂直于所述线激光的出光方向；及

控制器，与所述驱动件电连接，所述控制器根据预设指令控制所述驱动件驱动所述激光发射模组做变速转动。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述激光发射模组包括具有出光口的基座、安装于所述基座的陶瓷基板、整形器及承载于所述陶瓷基板的垂直腔面发射激光器，所述整形器覆盖所述出光口，所述陶瓷基板与所述整形器相对设置，并使所述垂直腔面发射激光器位于所述陶瓷基板与所述整形器之间，所述垂直腔面发射激光器的出光经所述整形器整形后得到所述线激光。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述激光发射模组包括具有出光口的基座、收容于所述基座内的陶瓷基板、边缘发射激光器及整形器，所述陶瓷基板固定于所述基座的侧壁，所述整形器覆盖所述出光口，所述边缘发射激光器承载于所述陶瓷基板并与所述整形器对齐，所述边缘发射激光器的出光经所述整形器整形后得到所述线激光。

4.根据权利要求2或3所述的电子装置，其特征在于，所述整形器为玻璃板，所述玻璃板的表面具有微光学结构，以使穿过所述微光学结构的光线发生折射。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述驱动件为伺服电机。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，在所述预设角度范围内包括多个连续的转动区间，且每个所述转动区间具有对应的转动速度，所述控制器根据所述转动区间与所述转动速度的对应关系控制所述驱动件。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述激光发射模组的出光角大小可调。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括信号接收模组，用于接收所述线激光经所述待扫描物体反射形成的回光信号。

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