CN212379571U - 一种激光感测模组及终端 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种激光感测模组及终端，激光感测模组包括激光发射器、衍射光学元件及激光接收器，激光发射器用于发射第一激光束。衍射光学元件位于激光发射器的出光侧，且对应第一激光束的能量分布设置有相应分布的多个微结构，多个微结构用于通过衍射将第一激光束转化成由多个第一光斑组成的光斑组，且使光斑组的能量分布均匀。本申请实施例通过在激光发射器的出光侧设置衍射光学元件，能够扩大第一激光束的视场角，使更多的光线能够照射至物体。同时通过设置与第一激光束的能量分布相应分布的微结构，能够使光斑组的能量分布均匀，扩大激光束在距离检测领域的检测范围。

Description

一种激光感测模组及终端

技术领域

本申请涉及距离检测技术领域，尤其涉及一种激光感测模组及终端。

背景技术

激光发射器发出的激光束因具备亮度高、能耗低等特点，运用范围越来越广。如，在距离检测领域中，用于检测物体距离的光束就采用的激光束。然而，因激光束的视场角不大，且激光束的能量分布为高斯光源分布，因此激光束仅对正前方的物体反应灵敏，在距离检测领域中的检测范围小。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种激光感测模组及终端，可以解决现有技术中激光束仅对正前方的物体反应灵敏，在距离检测领域中的检测范围小的问题。技术方案如下；

第一方面，本申请实施例提供了一种激光感测模组，包括：

激光发射器，用于发射第一激光束，第一激光束的能量沿第一激光束的径向由内到外逐渐减弱；

衍射光学元件，位于激光发射器的出光侧，衍射光学元件对应第一激光束的能量分布设置有相应分布的多个微结构，多个微结构用于通过衍射将第一激光束转化成由多个第一光斑组成的光斑组，且使光斑组的能量分布均匀；及

激光接收器，用于接收第一光斑经物体反射后形成的第二光斑，并根据第二光斑得到物体至激光感测模组的距离。

进一步，多个微结构的分布为由衍射光学元件的中心至衍射光学元件的外周，微结构的密度逐渐增大。

上述进一步方案的有益效果是：通过将微结构的密度设置成由衍射光学元件的中心至衍射光学元件的外周逐渐增大，能够实现光斑组的能量从内至外的逐渐增强，从而使光斑组的能量均匀分布，扩大激光发射器在距离检测领域的检测范围。

进一步，每个微结构均为微透镜，多个微结构的分布为由衍射光学元件的中心至衍射光学元件的外周，微结构的曲面的曲率逐渐增大。

上述进一步方案的有益效果是：通过将微结构设置成微透镜，且微结构的曲面的曲率设置成由衍射光学元件的中心至衍射光学元件的外周逐渐增大，能够实现光斑组的能量从内至外的逐渐增强，从而使光斑组的能量均匀分布，扩大激光发射器在距离检测领域的检测范围。

进一步，衍射光学元件具有背离激光发射器的第一表面及面向激光发射器的第二表面，微结构包括第一表面分布的多个第一子微结构及第二表面分布的多个第二子微结构；

多个第一子微结构的分布与第一激光束的能量分布对应；和/或

多个第二子微结构的分布与第一激光束的能量分布对应。

上述进一步方案的有益效果是：通过在衍射光学元件的背离激光发射器的第一表面及面向激光发射器的第二表面均设置子微结构，第一表面的第一子微结构及第二表面的第二子微结构均能够对激光束进行打散，能够增加视场角，扩大激光发射器在距离检测领域的检测范围。

进一步，第一表面分布的多个第一子微结构与第二表面分布的多个第二子微结构相同。

上述进一步方案的有益效果是：通过将第一表面分布的多个第一子微结构与第二表面分布的多个第二子微结构设置成相同，能够使第一表面的第一子微结构与第二表面的第二子微结构的成型模板相同，即只需要使用一个模板就能够实现在第一表面上成型第一子微结构及在第二表面上成型第二子微结构，能够节约制造成本。

进一步，激光发射器的数量为多个，不同激光发射器的第一光斑对应物体的投射区域的不同位置，多个激光发射器用于依次发射出第一激光束；

激光接收器用于依次接收第一激光束对应的第二光斑，并根据多次接收的第二光斑得物体至激光感测模组的距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置多个激光发射器，且不同激光发射器的第一光斑对应物体投射区域的不同位置，相较于设置一个激光发射器而言，使得光斑更加密集，能够增强激光感测模组的解析度。

进一步，还包括：

收光透镜组，位于激光接收器的入光侧，用于汇聚第二光斑，并将汇聚后的第二光斑传送至激光接收器。

上述进一步方案的有益效果是：通过在激光接收器的入光侧设置收光透镜组，能够保证经物体反射的第二光斑能够到达激光接收器。

进一步，还包括：

壳体，具有容纳区间，壳体内设有隔板，隔板将容纳区间分为第一腔室和第二腔室；

其中，激光发射器及衍射光学元件均位于第一腔室；激光接收器位于第二腔室。

上述进一步方案的有益效果是：通过将激光发射器、衍射光学元件及激光接收器均设置于壳体内，使激光感测模组集成为一体，便于运输。同时，通过将激光发射器与激光接收器分隔开，能够避免产生干扰。

进一步，壳体具有第一开口，第一开口位于激光发射器的出光侧，且与第一腔室连通；衍射光学元件位于第一开口处；和/或

壳体具有第二开口，第二开口位于激光接收器的入光侧，且与第二腔室连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过在壳体的位于激光发射器的出光侧处设置第一开口，相较于将壳体的位于激光发射器的出光侧的板体设置为采用透光材料制成而言，能够使光束更好的穿出第一腔室。通过在壳体的位于激光接收器的入光侧处设置第二开口，相较于将壳体的位于激光接收器的入光侧的侧板设置为采用透光材料制成而言，能够使光束更好的到达第二腔室。

第二方面，本申请实施例提供了一种终端，包括上述任意的激光感测模组。

本申请实施例的有益效果是：通过在激光发射器的出光侧设置衍射光学元件，能够扩大第一激光束的视场角，使更多的光线能够照射至物体。同时通过设置与第一激光束的能量分布相应的微结构分布，能够使光斑组的能量分布均匀，扩大激光束在距离检测领域的检测范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种激光感测模组中激光发射器及衍射光学元件的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种激光感测模组及第一激光束在物面上的投影的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第一种衍射光学元件的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第二种衍射光学元件的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第三种衍射光学元件的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第四种衍射光学元件的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第五种衍射光学元件的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种激光感测模组中第六种衍射光学元件的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的第一激光束在物面上的投影的一种结构示意图；

图10是本申请实施例提供的第一激光束在物面上的投影的又一种结构示意图；

图11是本申请实施例提供的第一激光束在物面上的投影的再一种结构示意图；

图12是本申请实施例提供的一种激光感测模组的结构示意图；

图13是本申请实施例提供的一种激光感测模组及其在物面上的投影的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的一种激光感测模组中采取多个激光发射器时，其在物面上的投影的结构示意图；

图15是本申请实施例提供的一种终端的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和激光发射组件的例子。

第一方面，参见图12和图13，本申请实施例提供了一种激光感测模组100，包括激光发射器110、衍射光学元件120和激光接收器130。

激光发射器110可以为多色激光器，也可以为可见光范围内的任意波长的单色激光器。激光发射器110用于发射第一激光束。第一激光束的能量分布为高斯光源分布，即第一激光束的能量沿第一激光束的径向由内至外逐渐减弱，同时第一激光束的视场角小，因此第一激光束仅对正前方的物体反应较为灵敏。

参见图1和图2，为扩大第一激光束的视场角，使更多的光线能够照射至物体，可以将衍射光学元件120设置于激光发射器110的出光侧，衍射光学元件 120对应第一激光束的能量分布设置有相应分布的多个微结构121，多个微结构 121用于通过衍射将第一激光束转化成由多个第一光斑N组成的光斑组，且使光斑组的能量分布均匀。

激光接收器130用于接收第一光斑N经物体反射后形成的第二光斑，并根据第二光斑得到物体至激光感测模组100的距离。

使光斑组的能量分布均匀可以为使光斑组中的所有第一光斑N的能量相等。若要实现光斑组中的所有第一光斑N的能量相等，对衍射光学元件120的结构设计要求较高，为降低对衍射光学元件120的结构设计要求，可对光斑组的部分第一光斑N的总能量做出调整而不具体要求单个第一光斑N的能量调整到多少，如，使光斑组的能量分布均匀也可以为使光斑组的单位面积内的所有第一光斑N的总能量相等。然而，若要实现光斑组的单位面积内的所有第一光斑N 的总能量相等，对衍射光学元件120的结构设计要求同样较高，结合光斑组的位于外周部a的能量较弱的特点，参见图9，使光斑组的能量分布均匀还可以为使光斑组的外周部a能够达到对物体反应灵敏的程度，从而使整个光斑组均能够实现激光感测。

为使光斑组的能量分布均匀，参见图4，多个微结构121的分布可以为由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120的外周，微结构121的密度逐渐增大。以上通过将多个微结构121的密度设置成由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120的外周逐渐增大，可以实现光斑组的单个第一光斑N的能量增强，从而达到使光斑组中的所有第一光斑N的能量相等的效果，或达到使光斑组的单位面积内的所有第一光斑N的总能量相等的效果，或达到使光斑组的外周部a能够对物体反应灵敏的效果。除此之外，以上通过将多个微结构121的分布设计为由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120的外周，微结构121 的密度逐渐增大，还可以实现使光斑组的外周部a的第一光斑N的数量增多的效果。

参见图5，在每个微结构121均为微透镜时，为使光斑组的能量分布均匀，多个微结构121的分布也可以为由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120 的外周，微结构121的曲面的曲率逐渐增大。此处微结构121的曲面的曲率逐渐增大是针对相邻的两个微结构121而言的；如，对于相邻的两个微结构121，靠近衍射光学元件120中心的一个微结构121的曲面的曲率小于靠近衍射光学元件120的外周的一个微结构121的曲面的曲率。单个微结构121的曲面的曲率可以为定值。以上通过将多个微结构121的曲面的曲率设置成由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120的外周逐渐增大，可以实现光斑组的单个第一光斑N的能量增强，从而达到使光斑组中的所有第一光斑N的能量相等的效果，或达到使光斑组的单位面积内的所有第一光斑N的总能量相等的效果，或达到使光斑组的外周部a能够对物体反应灵敏的效果。除此之外，以上通过将多个微结构121的分布设计为由衍射光学元件120的中心至衍射光学元件120 的外周，微结构121的曲面的曲率逐渐增大，还可以实现光斑组的外周部a的第一光斑N的数量增多的效果。

参见图3，在每个微结构121均为微透镜时，为使光斑组的能量分布均匀，多个微结构121分布也可以为多个微结构121的密度及曲面的曲率均由内至外逐渐增大。

当使光斑组的外周部a能够对物体反应灵敏时，可以通过增强外周部a的部分第一光斑N的能量，而不必使外周部a的所有的第一光斑N的能量均增加，能够降低对衍射光学元件120的结构设计要求，实现过程更加简单。为使外周部a的第一光斑N具有较好的能量，外周部a的检测数据可靠，可以使经多个微结构121作用后，外周部a的第一光斑N的平均功率的增强部分比中心部b 的第一光斑N的平均功率的增强部分高20％以上，以此实现整个光斑组均能够激光感测。

多个微结构121可以设置于衍射光学元件120的一个表面，多个微结构121 也可以设置于衍射光学元件120的两个相对的表面。具体地，参见图3至图6，当多个微结构121设置于衍射光学元件120的一个表面时，该表面可以为衍射光学元件120的背离激光发射器110的第一表面123。参见图7和图8，当多个微结构121设置于衍射光学元件120的两个相对的表面时，两个相对的表面可以为衍射光学元件120的背离激光发射器110的第一表面123及面向激光发射器110的第二表面124。为便于描述，可以将设置于第一表面123的多个微结构121定位为第一子微结构1211，将设置于第二表面124的多个微结构121定义为第二子微结构1212。其中，多个第一子微结构1211的分布可以与第一激光束的能量分布对应。多个第二子微结构1212的分布也可以与第一激光束的能量分布对应。第一表面123的第一子微结构1211及第二表面124的第二子微结构1212 均能够对激光束进行打散，能够增加视场角，扩大激光发射器在距离检测领域的检测范围。

参见图7，第一表面123分布的多个第一子微结构1211可以与第二表面124 分布的第二子微结构1212不同。当第一表面123分布的第一子微结构1211与第二表面124分布的第二子微结构1212不同时，需要使用两个不同的模板完成第一子微结构1211及第二子微结构1212的成型。为节约成本，参见图8，第一表面123分布的多个第一子微结构1211优选为与第二表面124分布的第二子微结构1212相同，以使采用一个模板就能够实现第一子微结构1211及第二子微结构1212的成型。

参见图3至图8，微结构121可以为凸起，也可以为凹槽。微结构121的形状可以为任意的，只需能够对光斑组的能量进行调整即可。如，微结构121的形状可以为柱形、球形或金字塔形等。

参见图2和图9，多个第一光斑N在物体的面向激光发射器110的物面上或在与该物面相平行的表面上围合成投射区域140。投射区域140包括外周区域 141和位于外周区域141内的中心区域142。外周部a可以由位于外周区域141 内的第一光斑N组成，中心部b可以由位于中心区域142的第一光斑N组成。外周区域141可以为从投射区域140的第一外边界线143向内延伸第一距离形成，此时外周区域141的第二外边界线p1与投射区域140的第一外边界线143 重合，能够使更多的第一光斑N的能量能够增强。当然，因靠近投射区域140 的第一外边界线143的第一光斑N的能量很弱，为此，可不用增强靠近第一外边界线143处的第一光斑N的能量，而将第二外边界线p1定义为从第一外边界线143向内延伸第二距离的边界线。第二距离小于第一距离。外周区域还具有内边界线p2。中心区域142为内边界线p2围成的区域。

投射区域140可以呈正方形，也可以呈圆形。参见图9，当投射区域140呈正方形时，第一距离可以为投射区域140的边长的六分之一至三分之一。优选地，第一距离为投射区域140的边长的四分之一。经第一激光束的能量分布为沿第一激光束的径向从内至外依次递减，当第一距离为投射区域140的边长的四分之一时，可以使在对外周区域141的第一光斑N的总能量增强后所有的第一光斑N的能量均较好，能够扩大激光发射器110在距离检测领域的检测范围。第二距离可以为投射区域140的边长的十分之一至六分之一。当投射区域140呈圆形时，第一距离可以为投射区域140的直径的六分之一至三分之一。优选地，第一距离为投射区域140的直径的二分之一。第二距离可以为投射区域140 的直径的十分之一至六分之一。

以上是以多个第一光斑N形成的投射区域140的相关参数来限定外周部a 和中心部b的范围。除此之外，还可以以多个第一光斑N的出射角来限定外周部a的范围。具体地，参见图10和图11，多个第一光斑N的出射角为第一视场角M，第一视场角M包括中心视场角M2及位于中心视场角M2外的外周视场角M1，外周部a可以由出射角在外周视场角M1内的第一光斑N组成，中心部 b可以由出射角在中心视场角M2内的第一光斑N组成。外周视场角M1可以为从第一视场角M的第三外边界线p3向内延伸第一角度形成。第一角度的大小可以为第一视场角M的大小的六分之一至三分之一。优选地，第一角度的大小为第一视场角M的大小的四分之一。当第一角度的大小为第一视场角M的大小的四分之一时，外周视场角M1的大小为第一视场角M的大小的一半，此时中心视场角M2的大小为第一视场角M的大小的一半。

参见图10和图11，第一视场角M可以包括水平方向视场角和竖直方向视场角，第一视场角M的第三外边界线p3包括水平方向视场角的第一子外边界线和竖直方向视场角的第二子外边界线。外周视场角M1可以为第一子外边界线和第二子外边界线分别向内延伸第一角度形成。水平方向视场角和竖直方向视场角可以相同也可以不同。

为避免激光发射器110与激光接收器130之间产生干扰，激光感测模组100 可以包括壳体150。壳体150具有容纳区间，壳体150内设有隔板151，隔板151 将壳体150的容纳区间分为第一腔室152和第二腔室153，激光发射器110及衍射光学元件120可以位于第一腔室152内，激光接收器130可以位于第二腔室 153内。通过将激光发射器110、衍射光学元件120及激光接收器130均设置于壳体150内，能够使激光感测模组100集成为一体，便于运输。为使光束能够穿出第一腔室152，壳体150的位于激光发射器110的出光侧的板体可以采用透光材料制成。为使光束能够到达第二腔室153，壳体150的位于激光接收器130 的入光侧的板体可以采用透光材料制成。当然，为使光束能够更好的穿出第一腔室152，壳体150上可以具有第一开口154，第一开口154位于激光发射器110 的出光侧且与第一腔室152连通。为使光束能够更好的到达第二腔室153，壳体 150上还可以具有第二开口155，第一开口154位于激光接收器130的入光侧且与第二腔室153连通。第一开口153及第二开口154位于壳体150的同侧。激光发射器110可以固定于第一腔室152内，衍射光学元件120可以固定于第一开口154的内侧。

为增强激光感测模组100的解析度，激光发射器110的数量可以为多个。不同激光发射器110的第一光斑N对应物体投射区域140的不同位置，多个激光发射器110用于依次发射出第一激光束。激光接收器130用于依次接收第一激光束对应的第二光斑，并根据多次接收的第二光斑得物体至激光感测模组100 的距离。以上通过设置多个激光发射器110，且不同激光发射器110对应物体投射区域的不同位置，相较于设置一个激光发射器110而言，使得光斑更加密集，能够增强激光感测模组100的解析度。具体地，激光发射器110的数量可以为一个、两个、三个、四个等。以下以激光发射器110的数量为四个进行详细说明，所有的激光发射器110的第一光斑N在物体上围合成投射区域140，参见图14，投射区域140可以包括多个子区域，每个子区域均包括与不同激光发射器110的第一光斑N对应的不同子单元(如图14中的A、B、C、D)。即采用四个激光发射器110后，每个子区域的第一光斑N的数量相较于仅采用一个激光发射器110而言增加了四倍，能够增强激光感测模组100的解析度。具体地，若一个激光发射器110对应的第一光斑N的数量为21*21，则一个激光发射器 110点亮时激光感测模组100的解析度为21*21，而当四个激光发射器110全部都点亮后能够使第一光斑N的数量增加四倍，激光感测模组100的解析度高达 42*42。

为使经物体反射的第二光斑能够到达激光接收器130，激光感测模组100还可以包括收光透镜组160。收光透镜组160位于激光接收器130的入光侧，用于汇聚第二光斑，并将汇聚后的第二光斑传送至激光接收器130。收光透镜组160 可以位于第二开口155的内侧。为使更多的第二光斑能够到达激光接收器130，收光透镜组160的视场角与衍射光学元件120的视场角的差值在5％以内。具体地，收光透镜组160的视场角可以大于衍射光学元件120的视场角。

为避免激光接收器130接收到杂光，影响激光感测，收光透镜组160可以具有滤光元件，以使特定波长的光线通过。滤光元件可以为滤光片或镀设于收光透镜组160上的滤光膜。

第二方面，参见图15，本申请实施例提供了一种终端10，包括上述任意的激光感测模组100。终端10可以为任意设备。如，终端10可以是智能手机、可穿戴设备、电脑设备、电视机、交通工具、照相机、监控装置等。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种激光感测模组，其特征在于，包括：

激光发射器，用于发射第一激光束，所述第一激光束的能量沿所述第一激光束的径向由内到外逐渐减弱；

衍射光学元件，位于所述激光发射器的出光侧，所述衍射光学元件对应所述第一激光束的能量分布设置有相应分布的多个微结构，多个所述微结构用于通过衍射将所述第一激光束转化成由多个第一光斑组成的光斑组，且使所述光斑组的能量分布均匀；及

激光接收器，用于接收所述第一光斑经物体反射后形成的第二光斑，并根据所述第二光斑得到所述物体至所述激光感测模组的距离。

2.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，多个所述微结构的分布为由所述衍射光学元件的中心至所述衍射光学元件的外周，所述微结构的密度逐渐增大。

3.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，每个所述微结构均为微透镜，多个所述微结构的分布为由所述衍射光学元件的中心至所述衍射光学元件的外周，所述微结构的曲面的曲率逐渐增大。

4.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，所述衍射光学元件具有背离所述激光发射器的第一表面及面向所述激光发射器的第二表面，所述微结构包括所述第一表面分布的多个第一子微结构及所述第二表面分布的多个第二子微结构；

多个所述第一子微结构的分布与所述第一激光束的能量分布对应；和/或

多个所述第二子微结构的分布与所述第一激光束的能量分布对应。

5.如权利要求4所述的激光感测模组，其特征在于，所述第一表面分布的多个所述第一子微结构与所述第二表面分布的多个所述第二子微结构相同。

6.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，所述激光发射器的数量为多个，不同所述激光发射器的第一光斑对应所述物体的投射区域的不同位置，多个所述激光发射器用于依次发射出所述第一激光束；

所述激光接收器用于依次接收所述第一激光束对应的所述第二光斑，并根据多次接收的所述第二光斑得所述物体至所述激光感测模组的距离。

7.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，还包括：

收光透镜组，位于所述激光接收器的入光侧，用于汇聚所述第二光斑，并将汇聚后的所述第二光斑传送至所述激光接收器。

8.如权利要求1所述的激光感测模组，其特征在于，还包括：

壳体，具有容纳区间，所述壳体内设有隔板，所述隔板将所述容纳区间分为第一腔室和第二腔室；

其中，所述激光发射器及所述衍射光学元件均位于所述第一腔室；所述激光接收器位于所述第二腔室。

9.如权利要求8所述的激光感测模组，其特征在于，

所述壳体具有第一开口，所述第一开口位于所述激光发射器的出光侧，且与所述第一腔室连通；和/或

所述壳体具有第二开口，所述第二开口位于所述激光接收器的入光侧，且与所述第二腔室连通。

10.一种终端，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的激光感测模组。

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