CN214122581U - 光投射模组、深度相机及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种光投射模组、深度相机及电子设备。该光投射模组包括：光源，包括多个光源分区，用于按照一定时序被点亮，以分区地发射光信号；光方向控制元件，设置于光源的出光区域，用于改变至少一个光源分区所发射的光信号的传输方向，以使不同光源分区所发射的光线之间的间距变大；衍射光学元件，配置为对来自多个光源分区的光信号进行衍射，以形成分区的投射光场并投射至目标视场。本申请实施例通过设置光方向控制元件，改变光源分区的发光路径，进而增大光源分区之间所射出的光线之间的距离，使光信号获得更大的覆盖范围，提高光投射模组的使用范围，进而提高对目标视场的解析度。

Description

光投射模组、深度相机及电子设备

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种光投射模组、深度相机及电子设备。

背景技术

随着科技生活的进步，摄像技术也慢慢从平面的表达方式扩展到了立体三维。目前，用于三维空间成像的装置通常为飞行时间相机(TOF，Time of flight)，而飞行时间相机包括直接测距(DTOF，direct Time of flight)与技术相对成熟的非直接测距(ITOF，indirect Time of flight)两种实现方式。

其中，DTOF方案需要分区点亮的形式来进行工作，光源分区所发射的光信号通过衍射光学元件后形成光线图案，投射至目标视场。由于光源的性能限制，现有光源分区之间间隔较小，故而所形成的光线图案之间的距离也较小。为了提高对目标视场的解析度，有时需要增加光线图案的数量，以提高光线对目标视场的覆盖范围。然而，在光源分区的间隔较小的情况下，增加光线图案的数量可能会导致光线图案之间发生重叠。综上，如何能够提高对目标视场的解析度又能够不导致光线图案之间发生重叠，是亟需解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光投射模组、深度相机及电子设备，通过在光源的发光路径上增设光方向控制元件，光方向控制元件改变光源发光路径的方向，进而增大光源分区之间所射出的光线之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，使光信号获得更大的覆盖范围，提高光投射模组的使用范围，提高对目标视场的解析度。

第一方面，本申请实施例提供了一种光投射模组，包括：光源，所述光源包括多个光源分区，多个所述光源分区用于按照一定时序被点亮，以分区地发射光信号；光方向控制元件，所述光方向控制元件设置于所述光源的出光区域，配置为改变至少一个光源分区所发射的光信号的传输方向，以使不同光源分区所发射的光线之间的间距变大；及衍射光学元件，所述衍射光学元件配置为对来自多个所述光源分区的光信号进行衍射，以形成分区的投射光场并投射至目标视场。

基于本申请实施例的光投射模组，通过在光源的发光路径上增设光方向控制元件，光方向控制元件改变光源发光路径的方向，增大不同光源分区所发射的光线之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

在其中一些实施例中，所述光源分区包括多个发光单元，所述光方向控制元件包括多个与所述发光单元一一对应设置的光方向控制单元，每一所述光方向控制单元配置为改变一个发光单元所发射的光信号的传输方向。

基于上述实施例：通过设置与多个发光单元一一对应设置的光方向控制单元，可以实现对具体的发光单元进行光路射出方向的控制，提高改变光源发光路径的精度。

在其中一些实施例中，所述光方向控制元件包括多个与所述光源分区一一对应的光方向控制单元，每一所述光方向控制单元配置为改变一个光源分区所发射的光信号的传输方向。

基于上述实施例：通过设置于多个光源分区一一对应设置的光方向控制单元，可以减少光方向控制单元的使用数量，节约成本。

在其中一些实施例中，所述光方向控制单元为折射镜或反射镜。

基于上述实施例：采用折射镜或反射镜可以实现对光源发光路径的方向变化，进而扩大光信号于衍射光学元件的覆盖范围，提高光线的扫面范围，有利于光投射进行全面高精度的深度扫描。

在其中一些实施例中，来自不同的光源分区的光信号投射在所述衍射光学元件的不同区域，并由相应的区域进行衍射，以在分区的投射光场内形成多条线状的光线图案或多排点阵状的光线图案。

基于上述实施例：以多条的线状或多排的点状方式可以有效的避免在投射过程中因为光线密集而造成的重叠现象，进而影响光投射模组的正常工作，降低光投射模组的工作效率及扫描质量。

在其中一些实施例中，所述光源分区的数量为奇数个，所述光方向控制元件配置为改变除位于所述光源中心区域的一个光源分区以外的全部光源分区的光信号的传输方向。

基于上述实施例：数量为奇数的光源分区中，位于光源中心区域的光源分区的光信号传输方向不变，其余所有光源分区的发光路径由光方向控制元件改变，可以节约成本的同时实现光投射模组工作区域的全面性。

在其中一些实施例中，所述光源分区的数量为偶数个，所述光方向控制元件配置为改变全部光源分区的光信号的传输方向，提高光信号的覆盖范围。

基于上述实施例：数量为偶数的光源分区皆由光方向控制元件改变其光信号的传输方向，可以实现光投射模组工作区域的全面性，提高光信号的覆盖范围。

在其中一些实施例中，所述光投射模组还包括：准直光学元件，所述准直光学元件设置于所述光方向控制元件与所述衍射光学元件之间，所述准直光学元件用于对所述光信号进行准直。

基于上述实施例：位于光方向控制元件与衍射光学元件之间的准直光学元件可以实现在不改变光投射模组光学特性的前提下，准直由光控制元件改变方向后的光束，进而保证投射于衍射光学元件的光信号可以直射于目标视场，提高光投射模组的扫描精度。

第二方面，本申请实施例提供了一种深度相机，光投射模组及接收模组，所述接收模组用于接收自所述目标视场被反射回的光信号。

基于本申请实施例的深度相机，通过在光投射模组中的光源的发光路径上增设光方向控制元件，光方向控制元件改变光源发光路径的方向，增大衍射分区之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括所述深度相机。

基于本申请实施例的电子设备，通过在光投射模组的光源的发光路径上增设光方向控制元件，光方向控制元件改变光源发光路径的方向，增大衍射分区之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

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是本申请一实施例的光投射模组的光源及光方向控制元件的结构示意图；

图2是本申请一实施例的光投射模组的衍射光学元件的结构示意图。

图3是本申请一实施例中经衍射光学元件投射出的目标视场示意图。

图4是本申请另一实施例的光投射模组的光源及光方向控制元件的结构示意图；

图5是本申请另一实施例的光投射模组的衍射光学元件的结构示意图。

图6是本申请另一实施例中经衍射光学元件投射出的目标视场示意图。

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方法的例子。

第一方面，如图1、图2与图3所示，本申请实施例提供了一种光投射模组，光投射模组包括光源110、光方向控制元件120和衍射光学元件130。

具体地，如图1所示，光源110包括多个光源分区111，多个光源110用于按照一定的时序被依序点亮，以分区的形式发射光信号。光方向控制元件120 配置为改变至少一个光源分区111所发射的光信号的传输方向，以使不同光源分区111所发射的光线之间的距离增大。如图2所示，衍射光学元件130上经由光源分区111的投射形成投射区域131，投射区域131的数量与光源分区111 的数量相等，各投射区域131配置为对来自于相应的光源分区111的光信号进行衍射，如图3所示，以形成分区的投射光场并投射至目标视场。

本申请实施例的光投射模组，在光源110的发光路径上设置光方向控制元件120，光方向控制元件120可以改变光源分区111所发射的光信号的传输方向，使光信号向偏离光源110的中轴线的方向传输，这样，各光源分区111发射的光信号在达到衍射光学元件130时，彼此之间的距离变得相对较大，相应地，可以配合投射区域131间距设置得较大且能够形成更多光线图案的衍射光学元件130，就能够在目标视场形成更多的光线图案。并且，由于投射区域131的间距较大，那么即便光线图案的数量增加了也能够避免光线图案之间发生重叠的问题。

此外，随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

可以理解的是，偏离原发光路径具有多种偏离方向，为扩大光信号于衍射光学元件130的覆盖范围，偏离方向应使偏离后方向所形成的光线投射区域面积大于原光线投射区域面积，即偏离方向应为偏远于原发光路径的光轴方向，可以提高光线的扫描范围，实现全面高精度的深度扫描。

在一些实施例中，光源分区111可以包括多个发光单元1111，光方向控制元件120可以包括多个光方向控制单元121，光方向控制单元121可以与发光单元1111一一对应，每一光方向控制单元121配置为改变一个发光单元1111所发射的光信号的传输方向。在本实施例中，光源分区111可以包括多个发光单元1111，光方向控制元件120包括多个光方向控制单元121，每一个发光单元 1111所发射的光信号在到达相应的一个光方向控制单元121后，传输方向就会发生改变。这种利用多个发光单元1111对光方向控制单元121的光信号一一进行控制的方式，有利于提高对光源110发光路径的控制精度。

在另外一些实施例中，光源分区111可以包括多个发光单元1111，光方向控制元件120包括至少一个光方向控制单元121，一个光方向控制单元121与一个光源分区111对应，也就是说，一个光方向控制单元121能够改变一个光源分区111中全部发光单元1111所发射的光信号的传输方向。这样，可以减少光方向控制单元121的使用数量，节约成本。

在一些实施例中，光方向控制单元121可以是折射镜。折射镜通过折射光线可以改变对应的光源分区111或发光单元1111所发出的光信号的传输方向。

在另外一些实施例中，光方向控制单元121还可以是反光镜。反光镜通过反射光线可以改变对应的光源分区111或发光单元1111所发出的光信号的传输方向。

多个光方向控制单元121可以全部是折射镜，可以全部是反射镜，也可以是折射镜与反射镜的任意组合。

可以理解的是，投射区域131用于对来自相应光源分区111的光信号进行衍射处理，衍射处理后的光信号于分区的投射光场中形成光线图案，光线图案可以是线状的，也可以是点阵状的。具体地，光线图案的形状受光源分区111 点亮的时序影响。在一些实施例中，多个光源分区111中的多个发光单元1111 可以呈阵列式排列，同一行或同一列的发光单元1111可以为一个光源分区111，当光源110据一行或一列依序点亮时，投射区域131对相应的光信号进行衍射处理并于分区的投射光场中形成相应的光线图案。以多条的线状或多排的点状方式可以有效的避免在投射过程中因为光线密集而造成的重叠现象，进而影响光投射模组的正常工作，降低光投射模组的工作效率及扫描质量。

在一些实施例中，光源分区111的数量为奇数个，光方向控制元件120可以改变除光源110中心区域的一个光源分区111以外的全部光源分区的光信号的传输方向，其中，光方向控制单元121可以仅设置于除光源110中心区域的一个光源分区111以外的全部光源分区111的对应位置，以改变对应光源分区 111的发光路径，使其偏远于原发光路径的光轴，增大投射区域131之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

示例性地，如图1所示，光源分区111的数量为三个，光方向控制元件120 可以改变除位于光源110中心区域的一个光源分区111以外的全部光源分区111 的发光路径方向，即除位于光源110中心区域的一个光源分区111以外的全部光源分区111皆设置光方向控制单元121。如图1，光源110包括三个光源分区 111(分别是V1、V2、V3)，每个光源分区111都包括四个发光单元1111，光源分区V2为位于光源110中心区域的一个光源分区111，如图2，衍射光学元件130上包括对应三个光源分区111的三个投射区域131(分别是D1、D2、D3)，如图3，目标视场包括三个投影分区(分别是T1、T2、T3)，其中，光源分区 V1对应投射区域D1对应投影分区T1，光源分区V2对应投射区域D2对应投影分区T2，光源分区V3对应投射区域D3对应投影分区T3。改变光源分区V1 与光源分区A3的发光路径，即光源分区V1与光源分区V3的发光路径偏远于原发光路径，即光源分区V1与光源分区V3中的每个发光单元1111对应设置有一个光方向控制单元121，经光方向控制单元121改变方向后，衍射光学元件130将三个投射区域131衍射并于投射光场中形成光线图案，其中，投射区域 D1与投射区域D3均远离未改变光信号传输方向的投射区域D2，扩大光信号的覆盖范围。

在一些实施例中，光源分区111的数量为偶数个，光方向控制元件120可以改变全部光源分区111的发光路径方向，全部光源分区111对应位置设置光方向控制单元121，以改变对应光源分区111的发光路径，使其偏远于原发光路径的光轴，增大投射区域131之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

示例性地，如图4，光源分区111的数量为四个，光方向控制元件120改变全部光源分区111的发光路径方向，即全部光源分区111皆设置光方向控制单元121。如图2，光源110包括四个光源分区111(分别是D1、D2、D3、D4)，每个光源分区111都包括四个发光单元1111，如图5，衍射光学元件130上包括对应四个光源分区111的四个投射区域131(分别是T1、T2、T3、T4)，如图6，目标视场包括四个投影分区(分别是T1、T2、T3、T4)，其中，光源分区V1对应投射区域D1对应投影分区T1，光源分区V2对应投射区域D2对应投影分区T2，光源分区V3对应投射区域D3对应投影分区T3，光源分区V4 对应投射区域D4对应投影分区T4。改变全部光源分区111的发光路径，即全部光源分区111均偏远于原发光路径，每个发光单元1111对应设置有一个光方向控制单元121，经光方向控制单元121改变方向后，衍射光学元件130将四个投射区域131衍射并于投射光场中形成光线图案，扩大光信号的覆盖范围。

另外地，光投射模组还包括位于光方向控制元件120与衍射光学元件130 之间的准直光学元件，用于对经由多个光源分区111发射的光信号进行准直处理，以形成准直后的光信号，使得衍射光学元件130对准直后的光信号进行衍射处理，准直改变方向后的光束，进而保证投射于衍射光学元件130的光信号可以直射于目标视场，提高光投射模组的扫描精度。具体地，准直光学元件可以是准直镜，也可以是任意具有光线准直作用的光学元件，如菲涅尔透镜等。

具体地，光源110可以但不限于被实施为VCSEL光源(英文：vertical-cavitysurface-emitter laser；中文：垂直腔面发射激光器)，用于发射光信号。具体地， VCSEL光源包括多个光源分区，多个光源分区按照一定时序被点亮，以分区地发射光信号。

第二方面，本申请实施例提供了一种深度相机，包括光投射模组和接收模组，接收模组用于接收自目标视场被反射回的光信号。通过在光发射模组中光源110的发光路径上增设光方向控制元件120，光方向控制元件120改变光源 110发光路径的方向，使其偏远于原发光路径的光轴，增大投射区域131之间的距离，在增加光线图案时能够避免光线图案之间发生重叠，而随着光投射模组在目标视场投射的光线图案数量增多，光线图案对目标视场的覆盖范围能够有效提升，从而可以提高对目标视场的解析度。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括深度相机。所述电子设备包括通过光方向控制元件120改变光源110发光路径的方向，扩大光信号于衍射光学元件130的覆盖范围，进而提高了光线的扫描范围，提高光投射模组的工作质量，实现全面高精度的深度扫描，不仅在消费电子领域有显见的应用潜力，可以用于智能手机，获取外界一定距离范围内的真实三维信息，实现多种AR级应用；还可以用于VR或AR中，以满足不断提升的对动作捕捉和识别的需求。此外，除了消费电子领域，还可以用于包括但不限于各种创新用户界面的手势感测或接近检测，诸如在计算机、家用电器和工业自动化、服务机器人、无人机、物联网等领域。

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)

1.一种光投射模组，其特征在于，包括：

光源，所述光源包括多个光源分区，多个所述光源分区用于按照一定时序被点亮，以分区地发射光信号；

光方向控制元件，所述光方向控制元件设置于所述光源的出光区域，配置为改变至少一个光源分区所发射的光信号的传输方向，以使不同光源分区所发射的光线之间的间距变大；

衍射光学元件，所述衍射光学元件配置为对来自多个所述光源分区的光信号进行衍射，以形成分区的投射光场并投射至目标视场。

2.根据权利要求1所述的光投射模组，其特征在于，所述光源分区包括多个发光单元，所述光方向控制元件包括多个与所述发光单元一一对应设置的光方向控制单元，每一所述光方向控制单元配置为改变一个发光单元所发射的光信号的传输方向。

3.根据权利要求1所述的光投射模组，其特征在于，所述光方向控制元件包括多个与所述光源分区一一对应的光方向控制单元，每一所述光方向控制单元配置为改变一个光源分区所发射的光信号的传输方向。

4.根据权利要求2或3所述的光投射模组，其特征在于，所述光方向控制单元为折射镜或反射镜。

5.根据权利要求1所述的光投射模组，其特征在于，来自不同的光源分区的光信号投射在所述衍射光学元件的不同区域，并由相应的区域进行衍射，以在分区的投射光场内形成多条线状的光线图案或多排点阵状的光线图案。

6.根据权利要求2或3所述的光投射模组，其特征在于，所述光源分区的数量为奇数个，所述光方向控制元件配置为改变除位于所述光源中心区域的一个光源分区以外的全部光源分区的光信号的传输方向。

7.根据权利要求2或3所述的光投射模组，其特征在于，所述光源分区的数量为偶数个，所述光方向控制元件配置为改变全部光源分区的光信号的传输方向。

8.根据权利要求1所述的光投射模组，其特征在于，所述光投射模组还包括：

准直光学元件，所述准直光学元件设置于所述光方向控制元件与所述衍射光学元件之间，所述准直光学元件用于对所述光信号进行准直。

9.一种深度相机，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8任一项所述的光投射模组；及

接收模组，所述接收模组用于接收自所述目标视场被反射回的光信号。

10.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求9所述的深度相机。

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