CN210629640U - 光发射模组、深度相机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光发射模组、深度相机和电子设备，该光发射模组包括垂直腔面发射激光器和均光片，垂直腔面发射激光器用于向均光片发射第一光线，均光片用于将第一光线扩散并均匀向目标物体发射第二光线，垂直腔面发射激光器包括多个发光单元，均光片设有多个微透镜，多个发光单元和/或多个微透镜的排布方式为随机排布。通过合理设置垂直腔面发射激光器和均光片的结构，使得光发射模组发射出能够收集目标物体信息的第二光线，同时，采用多个发光单元和/或多个微透镜的随机排布方式，避免共振，以改善、消除投射光斑的条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，能够应用于TOF高精度的应用场景。

Description

光发射模组、深度相机和电子设备

技术领域

本实用新型属于光学领域，尤其涉及一种光发射模组、具有该光发射模组的深度相机和具有该深度相机的电子设备。

背景技术

随着科技发展，深度信息采集技术不断革新，深度信息采集主要有飞行时间(Timeof flight，TOF)方案、结构光方案和双目立体视觉方案。飞行时间方案相对于结构光方案和双目立体视觉方案具有的优势是多角度识别精度更高，识别速度更快以及识别区域更广。

现今，TOF方案应用于终端前置的场景越来越多，TOF方案属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。

TOF方案在应用于终端前置时，尤其是人脸识别，需要达到近场高精度。而现有的TOF方案的光源和均光片的排布方式具有缺陷，使得投射光斑存在条纹，严重影响所获取的深度信息的精度，降低图像整体均匀性，无法达到近场高精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光发射模组、深度相机和电子设备，能解决上述问题。

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，本实用新型提供了一种光发射模组，包括激光器和均光片，所述激光器用于向所述均光片发射第一光线，所述均光片用于将所述第一光线扩散并均匀向目标物体发射第二光线，所述激光器包括多个发光单元，所述均光片设有多个微透镜，所述多个发光单元和/或所述多个微透镜的排布方式为随机排布。

通过合理设置激光器和均光片的结构，使得光发射模组发射出能够收集目标物体信息的第二光线，同时，采用多个发光单元和/或多个微透镜的随机排布方式，避免共振，以改善、消除投射光斑的条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，能够应用于TOF高精度的应用场景。

一种实施方式中，所述随机排布的方式包括所述多个发光单元中相邻的两个所述发光单元的第一间距随机分布。通过采用上述相邻的两个所述发光单元的第一间距随机分布的发光单元阵列，使得多个发光单元具有不规则的排布方式，进而使得第一光线不规律地以不定角度照射均光片，有利于减少甚至避免共振发生。

一种实施方式中，所述多个微透镜设于所述均光片之朝向所述激光器的第一表面或与所述第一表面相背的第二表面。通过合理设置多个微透镜在均光片上的位置关系，使得均光片能够更好地处理激光器发出的第一光线，使得第一光线得以均匀扩散的同时出射的角度更具有随机性，减少或避免共振发生。

一种实施方式中，所述均光片的数量为多个，多个所述均光片在同一方向上层叠设置，所述多个微透镜位于多个所述均光片之间。通过增加均光片的数量，提升了第一光线的均匀次数，使得第二光线更为均匀，而且，多个微透镜位于多个所述均光片之间，第一光线经过均光片的扩散并均匀的同时，能够通过微透镜进行聚焦、整形。

一种实施方式中，所述随机排布的方式包括所述多个微透镜的几何尺寸随机分布；所述几何尺寸为所述微透镜的焦距、所述微透镜的直径和所述微透镜的厚度中的至少其中之一。通过采用几何尺寸随机分布的多个微透镜，使得微透镜的光学属性存在差异，第一光线经过开设有微透镜的均光片的配光后，向目标物体发出的第二光线在投射面上不规则性分布，避免共振，以进而改善、消除条纹。

一种实施方式中，所述随机排布的方式包括所述多个微透镜中相邻的两个所述微透镜的第二间距随机分布。通过采用上述相邻的两个所述微透镜的第二间距随机分布的微透镜阵列，使得多个微透镜具有不规则的排布方式，进而使得第二光线不规律地以不定角度照射目标物体，避免共振，以改善、消除条纹。

一种实施方式中，所述微透镜突出于所述均光片的表面而形成凸透镜，或，所述微透镜由所述均光片的表面向内凹入而形成凹透镜。通过设置上述的微透镜的结构，使得均光片能实现聚光或散光功能。

一种实施方式中，所述光发射模组还包括基板和支架，所述激光器设置于所述基板，所述支架设置于所述基板，所述支架用于支承所述均光片，所述支架包围所述基板，所述支架设有通孔以使所述均光片与所述激光器相对。通过设置基板与支架，固定激光器与均光片，使得激光器发出的第一光线稳定，均光片发出的第二光线稳定，同时，支架包围基板，使得第一光线不容易泄露，避免激光泄露造成环境污染。

第二方面，本实用新型还提供了一种深度相机，包括光接收模组和如第一方面所述的光发射模组，所述光接收模组用于采集第三光线，所述第三光线为所述光发射模组发出的第二光线到达目标物体反射回来的光线。通过在深度相机中加入第一方面中的光发射模组，使得深度相机能够避免共振产生条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，能够应用于TOF高精度的应用场景。

第三方面，本实用新型还提供了一种电子设备，包括壳体和如第二方面所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内。通过在电子设备中加入第二方面的深度相机，消除条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，能够应用于TOF高精度的应用场景。

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是本实用新型提供的深度相机的工作示意图。

图2是本实用新型提供的光发射模组的结构示意图。

图3是本实用新型提供的光发射模组的工作示意图。

图4a是本实用新型提供的激光器的俯视图。

图4b是现有的激光器的俯视图。

图5a是一种实施例中均光片的结构示意图。

图5b是另一种实施例中均光片的结构示意图。

图6a是第一种实施例中多片均光片的正视图。

图6b是第二种实施例中多片均光片的正视图。

图6c是第三种实施例中多片均光片的正视图。

图7是一种实施例中均光片的几何结构示意图。

图8a是本实用新型提供的均光片的俯视图。

图8b是现有均光片的俯视图。

图9a是一种实施例中形成凸透镜形态的均光片的正视图。

图9b是一种实施例中形成凹透镜形态的均光片的正视图。

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。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种深度相机1000，深度相机1000可以为摄像机、投影仪、照相机和监控摄像头等，也可以应用在电子设备上，作为电子设备的一个部件，如手机上的摄像头、打卡记录仪的摄像头和体感游戏机的感应器等。该深度相机1000包括光接收模组300和本实用新型实施例提供的光发射模组100，光接收模组300用于采集第三光线93，第三光线93为光发射模组100发出的第二光线92到达目标物体200后反射回来的光线。光接收模组300可以设置在光发射模组100的一侧，以便于接收第三光线93。光接收模组300通过分析采集得到的第三光线93，可以得到目标物体200的3D图像。

通过在深度相机1000中加入本实用新型实施例提供的光发射模组100，使得深度相机1000能够避免共振产生条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，使得本实用新型提供的深度相机1000能够应用于TOF高精度的应用场景。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以是投影仪、深度摄像机、体感游戏机和手机等。该电子设备包括壳体和本实用新型实施例提供的深度相机1000，深度相机1000设置在壳体内。通过在电子设备中设置深度相机1000，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，使得本实用新型提供的电子设备能够应用于TOF高精度的应用场景。

基于共振产生的原因为：垂直腔面发射激光器发出的、规律性的光线以特定的角度射向多个微透镜，多个规则排布的相同微透镜对此光线进行配光，使得光线在投射面规则性分布，从而发生共振，产生条纹。本申请解决共振问题的思路是通过设置垂直腔面发射激光器出射不规律的光线和/或不规则的多个微透镜，以避免共振，消除条纹，下面具体介绍光发射模组的具体结构。

请参阅图3，本实用新型实施例还提供了一种光发射模组100，该光发射模组100包括激光器10和均光片20。激光器10具体为垂直腔面发射激光器10，理论上，其他种类激光器也可实现本实用新型的目的，以下均以垂直腔面发射激光器10进行描述。垂直腔面发射激光器10包括多个发光单元11，多个发光单元11可同时向均光片20发射第一光线91，也可以仅部分发光单元11工作，发射第一光线91。均光片20设有多个微透镜21，多个微透镜21与均光片20协作，将第一光线91扩散并均匀向目标物体200发射第二光线92，微透镜21的数量不做限定，能够顺利将第一光线91扩散并均匀即可。一般而言，垂直腔面发射激光器10的发光单元11越多，微透镜21的数目也越多，以保证能将第一光线91扩散并均匀向目标物体200发射第二光线92。多个发光单元11和/或多个微透镜21的排布方式为随机排布，该随机排布的方式包括3种：第一是多个发光单元11不规则排列，多个微透镜21规则排列；第二是多个发光单元11规则排列，多个微透镜21不规则排列；第三是多个发光单元11和多个微透镜21均为不规则排列。

通过合理设置垂直腔面发射激光器10和均光片20的结构，使得光发射模组100发射出能够收集目标物体200信息的第二光线92，同时，采用多个发光单元11和/或多个微透镜21的随机排布方式，避免共振，改善或消除投射光斑的条纹，提高了所获得的深度信息的精度和图像整体的均匀性，使得本实用新型提供的光发射模组100能够应用于TOF高精度的应用场景。

一种实施方式中，请参阅图2，光发射模组100还包括基板30和支架40。垂直腔面发射激光器10设置于基板30，具体的，基板30为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，垂直腔面发射激光器10可通过黏胶、焊接或者螺纹连接等方式固定在基板30上，并与基板30电性连接，基板30上可以设置驱动电路，以控制垂直腔面发射激光器10的工作参数(激光的波长等)，本实用新型不限定垂直腔面发射激光器10与基板的固定方式以及驱动电路的具体型式。支架40设置于基板30，支架40用于支承均光片20，均光片20可以通过过盈嵌入或者使用黏胶的方式固定在支架40上，本实用新型不限定均光片20与支架40的固定方式。支架40包围基板30，使得垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91的能量不易泄露，避免造成环境污染，另外，支架40和基板30的表面上可以涂有黑色的氮化硅材料，以增强吸光效果。支架40设有通孔41以使均光片20与垂直腔面发射激光器10相对，垂直腔面发射激光器10和均光片20分别设置在通孔41的两侧，使得垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91能通过通孔41到达均光片20。通过设置基板30与支架40，固定垂直腔面发射激光器10与均光片20，使得垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91稳定，均光片20发出的第二光线92稳定，同时，支架40包围基板30，使得第一光线91不容易泄露，避免激光泄露造成环境污染。

一种实施方式中，请参阅图4a，随机排布的方式包括多个发光单元11中相邻的两个发光单元11的第一间距d1随机分布。具体的，任意两个相邻的发光单元11在垂直腔面发射激光器10的基面上投影的中心分别为q1和q2，第一间距d1为中心q1至中心q2的直线距离，因此任意两个相邻的发光单元11均具有第一间距d1。一般而言，请参阅图4b，相邻的、间距相同的发光单元11的数目占比重越大，发光单元11阵列的规则程度越高，第一光线91的角度相差较小，容易发生共振从而产生条纹；反之，相邻的、间距相同的发光单元11的数目占比重越小，发光单元11阵列的熵值(混乱程度)越高，因此发射出的第一光线91的方向越为随机。通过采用相邻的两个发光单元11的第一间距d1随机分布的发光单元11阵列，使得多个发光单元11具有不规则的排布方式，进而使得第一光线91不规律地以不定角度照射均光片20，有利于减少甚至避免共振发生。

一种实施方式中，请参阅图3、图5a和图5b，多个微透镜21设于均光片20的第一表面81或第二表面82，第一表面81为均光片20上朝向垂直腔面发射激光器10的表面，第二表面82为均光片20相背于第一表面81的表面。将多个微透镜21设置在均光片20的第一表面81，使得垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91先进入微透镜21再进入均光片20，第一光线91先进行聚焦整形后再进行均匀扩散，先进行聚焦整形可以更好的改变第一光线91的发射角度，使得第一光线91的角度更为随机，共振不易发生。将多个微透镜21设置在均光片20的第二表面82，使得垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91先经过均光片20再进入微透镜21，第一光线91先进行均匀扩散后再进行聚焦整形，先进行均匀扩散有利于保证图像整体的均匀性。

通过合理设置多个微透镜21在均光片20上的位置关系，使得均光片20能够更好地处理垂直腔面发射激光器10发出的第一光线91，使得第二光线92得以均匀扩散的同时出射的角度更具有随机性，减少或避免共振发生。

一种实施方式中，均光片20的数量为多个，多个均光片在同一方向上层叠设置，多个微透镜21位于多个均光片20之间。具体的，均光片20可以为2片、3片、4片和5片等更多，多个均光片20层叠设置，使得第一光线91可被均光片20多次均匀。均光片20的数目越多，图像整体的均匀性越高，精度越高。多个均光片20中，每个均光片20的厚度以及光学性能可以相同也可以不相同。

一种实施例中，请参阅图6a，均光片20的数量为2个，微透镜21均在第一均光片201的第一表面81。

另一种实施例中，请参阅图6b，均光片20的数量为2个，微透镜21均在第二均光片202的第二表面82。

另一种实施例中，请参阅图6c，均光片20的数量为2个，微透镜21包括第一微透镜组211和第二微透镜组212，第一微透镜组211在第一均光片201的第一表面81，第二微透镜组212在第二均光片202的第二表面82。

通过增加均光片20的数量，提升了第一光线91的均匀扩散的次数，使得第二光线92更为均匀，而且，多个微透镜21位于多个均光片20之间，第一光线91经过均光片20的扩散并均匀的同时，能够通过微透镜21进行聚焦、整形。

一种实施方式中，请参阅图3和图8a，所述随机排布的方式包括多个微透镜21的几何尺寸随机分布，几何尺寸为微透镜21的焦距k、微透镜21的直径和微透镜21的厚度h中的至少其中之一。具体请参阅图7，点O为微透镜21的光心，点F为微透镜21的焦点，微透镜21的焦距k为光心O到焦点F的距离，微透镜21的直径d为微透镜21在均光片20的投影的直径d，厚度h为微透镜21突出于均光片20的高度或凹陷于均光片20的深度。通过采用几何尺寸随机分布的多个微透镜21，使得微透镜21的光学属性存在差异，第一光线91经过开设有微透镜21的均光片20的配光后，向目标物体200发出的第二光线92在投射面上不规则性分布，避免共振，以进而改善、消除条纹。

一种实施方式中，请参阅图3和图8a，随机排布的方式包括多个微透镜21中相邻的两个微透镜21的第二间距d2随机分布。具体的，任意两个相邻的微透镜21在垂直腔面发射激光器10的基面上投影的圆心分别为p1和p2，第二间距d2为q1至q2的直线距离，因此任意两个相邻的微透镜21均具有第二间距d2。一般而言，请参阅图8b，相邻的、间距相同的微透镜21的数目占比重越大，微透镜21阵列的规则程度越高，第二光线92在目标物体200上分布越规律，进而发生共振，产生条纹；反之，请参阅图3和图8a，相邻的、间距相同的发光单元11的数目占比重越小，微透镜21阵列的熵值(混乱程度)越高，因此发射出的第二光线92的方向越为随机。通过采用上述相邻的两个微透镜21的第二间距d2随机分布的微透镜21阵列，使得多个微透镜21具有不规则的排布方式，进而使得第二光线92不规律地以不定角度照射目标物体200，避免共振，以改善、消除条纹。

一种实施方式中，请参阅图3和图9a，微透镜21突出于均光片20的表面而形成凸透镜，使得微透镜21能够将过于分散的第一光线91聚合，有利于提高第二光线92的强度。请参阅图9b，微透镜21由均光片20的表面向内凹入而形成凹透镜，使得微透镜21能够将过于集中的第一光线91分散，有利于提高第二光线92的均匀度。通过设置上述的微透镜21的结构，使得均光片20能实现聚光或散光功能。

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 (10)

1.一种光发射模组，其特征在于，包括激光器和均光片，所述激光器用于向所述均光片发射第一光线，所述均光片用于将所述第一光线扩散并均匀向目标物体发射第二光线，所述激光器包括多个发光单元，所述均光片设有多个微透镜，所述多个发光单元和/或所述多个微透镜的排布方式为随机排布。

2.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述随机排布的方式包括所述多个发光单元中相邻的两个所述发光单元的第一间距随机分布。

3.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述多个微透镜设于所述均光片之朝向所述激光器的第一表面或与所述第一表面相背的第二表面。

4.如权利要求3所述的光发射模组，其特征在于，所述均光片的数量为多个，多个所述均光片在同一方向上层叠设置，所述多个微透镜位于多个所述均光片之间。

5.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述随机排布的方式包括所述多个微透镜的几何尺寸随机分布；

所述几何尺寸为所述微透镜的焦距、所述微透镜的直径和所述微透镜的厚度中的至少其中之一。

6.如权利要求1或5所述的光发射模组，其特征在于，所述随机排布的方式包括所述多个微透镜中相邻的两个所述微透镜的第二间距随机分布。

7.如权利要求3所述的光发射模组，其特征在于，所述微透镜突出于所述均光片的表面而形成凸透镜，或，所述微透镜由所述均光片的表面向内凹入而形成凹透镜。

8.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述光发射模组还包括基板和支架，所述激光器设置于所述基板，所述支架设置于所述基板，所述支架用于支承所述均光片，所述支架包围所述基板，所述支架设有通孔以使所述均光片与所述激光器相对。

9.一种深度相机，其特征在于，包括光接收模组和如权利要求1至8任一项所述的光发射模组，所述光接收模组用于采集第三光线，所述第三光线为所述光发射模组发出的第二光线到达目标物体反射回来的光线。

10.一种电子设备，其特征在于，包括壳体和如权利要求9所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内。

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