CN215526244U - 一种可变角度点阵投射模组 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种可变角度点阵投射模组，包括光源、焦距可调节的液体透镜阵列和模组外壳；所述模组外壳内部具有空腔，模组外壳表面开设有与空腔连通的开口；光源固定在模组外壳空腔的底部；液体透镜阵列安装在模组外壳的开口处；所述可变角度点阵投射模组还包括电压控制电路，以控制调节液体透镜阵列的焦距。本申请提供的可变角度点阵投射模组，通过改变电压来调节液体透镜阵列中每个液体透镜的焦距，实现了结构光和泛光光束的切换功能，提高了光能利用率，降低了模组功耗，而且又省去了准直镜部分和红外泛光照明模块，节约了成本；同时还可以通过改变电压调节液体透镜阵列整体的焦距，实现不同距离下投射散斑光束FOV的调节。

Description

一种可变角度点阵投射模组

技术领域

本申请属于光学投影技术领域，更具体地说，是涉及一种可变角度点阵投射模组。

背景技术

现有3D探测技术，主要分为以下三种：1.结构光技术；2.飞行时间法(Time ofFlight，简称ToF)；3，双目探测。在消费电子领域，应用的比较广泛的是结构光和TOF技术，但无论是结构光技术或散斑i-TOF、d-TOF技术，都需要能够产生散斑点阵光束的激光投射模组。一般情况下，为满足近距离工作要求，投射模组都需要较大的FOV(Field of View视场角)，但是在工作距离为远距时，较大的FOV势必会导致投射光束过于分散落在测量区域内的点数不够，因而得到的数据结果不够精细。另外对于结构光模组来说，由于测量原理的限制，为检测暗环境下的物体，往往需要额外添加一个红外泛光照明模块，这样不可避免的导致3D摄像模组整体体积增加。

现有比较主流的散斑点阵光源投射模组一般由三部分构成：激光发射器、衍射光学元件(DOE)和准直镜。主要存在以下问题：

(1)、DOE由于现有加工条件的限制，无法加工出理想的微结构形貌，会导致DOE的衍射效率并不高，系统整体功耗增加；

(2)、配置准直镜增加了模组硬件成本，同时也增加了组装的成本；

(3)、光源投射模组的FOV固定，无法兼顾近距与远距工作。

另外，现有结构光3D摄像头模组包括以下主要器件：散斑点阵投射模块、红外光接收模块、红外泛光照明模块和RGB摄像头。一般情况下，红外泛光照明模块是由红外激光器(或者LED)以及扩散膜组成，引入红外泛光照明模块不可避免地增加了整个3D摄像头模组的成本及功耗，不利于3D摄像头的小型化设计。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种可变角度点阵投射模组，以解决现有技术中存在的模组能耗高、整体体积大以及FOV不可调节等技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种可变角度点阵投射模组，包括：光源、焦距可调节的液体透镜阵列和电压控制电路；所述光源与所述液体透镜阵列相对设置；所述电压控制电路用于调节液体透镜阵列的焦距；通过调节所述液体透镜阵列的焦距，实现散斑点阵光束和泛光光束的切换以及视场角的调节。

可选地,所述液体透镜阵列中的每个液体透镜的焦距相等，以使可变角度点阵投射模组发射出散斑点阵光束。

作为另一种实施方式，所述液体透镜阵列中的每个液体透镜的焦距不等，以使可变角度点阵投射模组发射出泛光光束。

可选地，增大所述液体透镜阵列的焦距，所述光束视场角减小；减小所述液体透镜阵列的焦距，所述光束视场角增大。

可选地，所述可变角度点阵投射模组还包括模组外壳；所述模组外壳内部具有空腔，所述模组外壳表面开设有与所述空腔连通的开口；所述光源固定在模组外壳所述空腔的底部；所述液体透镜阵列安装在模组外壳的所述开口处。

可选地,所述光源为单个光源或阵列光源。

可选地,所述光源为VCSEL。

作为另一种实施方式，所述光源为可发出红外波段的光学有源器件。

可选地,所述可变角度点阵投射模组还包括微位移模块，所述微位移模块与所述液体透镜阵列连接；所述微位移模块安装在所述模组外壳的开口处。

可选地,所述微位移模块为音圈马达、压电陶瓷、磁致伸缩位移器件、电致伸缩位移器件中的任意一种。

本申请提供的一种可变角度点阵投射模组的有益效果在于：与现有技术相比，本申请一种可变角度点阵投射模组，使用液体透镜阵列作为散斑生成元件，通过改变电压来调节液体透镜阵列中每个液体透镜的焦距，每个液体透镜的焦距统一则发射结构光光束(散斑点阵)，焦距随机则发射泛光光束，实现了结构光和泛光光束的切换功能，提高了光能利用率，降低了模组功耗，而且又省去3D摄像模组中的准直镜部分和红外泛光照明模块，大大降低了模组整体的体积和成本；同时还可以通过改变电压调节液体透镜阵列整体的焦距，实现不同距离下投射散斑光束FOV(视场角)的调节；模组外壳能对内部的光源等部件起到固定和保护的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种可变角度点阵投射模组的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种可变角度点阵投射模组的泛光点阵切换示意图；

图3为本申请实施例提供的一种可变角度点阵投射模组的FOV切换示意图。

其中，图中各附图标记：

1-光源；2-液体透镜阵列；2.1-输出面；3-模组外壳；3.1、空腔；3.2-开口；A-散斑点阵光束；B-泛光光束。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

请一并参阅图1-图3，现对本申请实施例提供的一种可变角度点阵投射模组进行说明。所述一种可变角度点阵投射模组，包括光源1、焦距可调节的液体透镜阵列2和模组外壳3；所述模组外壳3内部具有空腔3.1，所述模组外壳3表面开设有与所述空腔3.1连通的开口3.2；所述光源1固定在模组外壳3所述空腔3.1的底部；所述液体透镜阵列2安装在模组外壳3的所述开口3.2处；所述可变角度点阵投射模组还包括电压控制电路(可以通过现有技术中的电压控制电路实现)，以控制调节液体透镜阵列2的焦距，液体透镜阵列2中每个液体透镜的焦距都能通过改变施加在液体透镜上的电压来变化。所述液体透镜阵列2中，当每个液体透镜的焦距相等时，可变角度点阵投射模组发射出散斑点阵；当每个液体透镜的焦距不等，以使可变角度点阵投射模组发射出泛光光束。

本申请提供的一种可变角度点阵投射模组，与现有技术相比，使用液体透镜阵列作为散斑生成元件，通过改变电压来调节液体透镜阵列中每个液体透镜的焦距，每个液体透镜的焦距统一则发射结构光光束(散斑点阵)，焦距随机则发射泛光光束，实现了结构光和泛光光束的切换功能，提高了光能利用率，降低了模组功耗，而且又省去3D摄像模组中的准直镜部分和红外泛光照明模块，大大降低了模组整体的体积和成本；同时还可以通过改变电压调节液体透镜阵列整体的焦距，实现不同距离下投射散斑光束FOV(视场角)的调节；模组外壳能对内部的光源等部件起到固定和保护的作用。

本实施例中，请参阅图1。所述光源1可以是单个光源也可以是阵列光源。本实施例，光源1优选采用VCSEL(垂直腔面发射激光器)，用于发射激光光束，激光器发出的光束质量好,具有非常好的单色性、方向性和稳定性。

在本申请另一个实施例中，所述光源为可发出红外波段的光学有源器件。例如所述光源为能够发出红外波段的LED(发光二极管)。

在本申请另一个实施例中，可变角度点阵投射模组还包括微位移模块(未图示)，所述微位移模块与所述液体透镜阵列2连接；所述微位移模块安装在所述模组外壳3的开口3.2处。通过微位移模块改变液体透镜阵列与光源之间的距离，来实现散斑光束和泛光光束切换的功能。此时，液体透镜阵列中每个液体透镜的焦距相等且透镜尺寸固定，液体透镜阵列相当于一个普通的微透镜阵列。

所述微位移模块可以是音圈马达、压电陶瓷、磁致伸缩位移器件、电致伸缩位移器件中的任意一种。优选采用音圈马达，音圈马达利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置，优选采用直线型的圆柱音圈马达，它能够适用于狭小的运动空间，且不会对激光器发出的光束造成干涉。

在本申请另一个实施例中，所述液体透镜阵列采用液晶模块代替，通过电压改变液晶的指向失，其等效折射率也随之改变，从而可以等效为一个液体透镜阵列。

本实施例中，参考图2所示的可变角度点阵投射模组光路图，可变角度点阵投射模组的工作原理如下：激光从光源发出，在经过液体透镜阵列后，会被细分为一系列的子光束，然后发生衍射在输出面2.1进行叠加。当液体透镜阵列与光源的距离满足一定条件时，会投射出散斑点阵光束A。为保证投射出射的光束为点阵，还需满足，整个液体透镜阵列焦距统一。另外，液体微透镜的焦距决定了投射散斑点阵光束的FOV，参见图3，也就是说，通过改变施加在液体透镜阵列上的电压，整体改变透镜阵列的焦距，从而改变模组投射出散斑点阵光束的FOV，当焦距增大时，投射出散斑点阵光束的FOV减小，当焦距减小时，投射出散斑点阵光束的FOV增大。这样可以随着测量目标的远近调节散斑点阵光束的FOV，近距离时可选择大FOV的散斑点阵光束，远距离时选择小FOV的散斑点阵光束，提升测距精度。其中，当整个液体透镜阵列中每个透镜的焦距都统一时，液体透镜阵列的焦距等效于单个透镜的焦距。

此外当整个液体透镜阵列的焦距随机时，投射光束会从点阵光束向泛光光束B切换，也可以通过改变整体液体透镜阵列的焦距大小，改变投射泛光光束的FOV大小，实现近距离时投射大FOV的泛光光束，远距离时选择小FOV的泛光光束，此时整体液体透镜阵列的焦距等效于每个液体微透镜焦距的叠加。

液体透镜阵列的排布方式决定了点光源阵列的空间分布，也就决定了最终投射出的散斑点阵的空间分布。因而可以通过设计液体透镜阵列分区和拼接的形式，来得到较为随机的散斑分布。

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

Claims (10)

1.一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：包括光源(1)、焦距可调节的液体透镜阵列(2)和电压控制电路；所述光源(1)与所述液体透镜阵列(2)相对设置；所述电压控制电路用于调节液体透镜阵列(2)的焦距；通过调节所述液体透镜阵列(2)的焦距，实现散斑点阵光束和泛光光束的切换以及光束视场角的调节。

2.如权利要求1所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述液体透镜阵列(2)中的每个液体透镜的焦距相等，以使所述可变角度点阵投射模组发射出散斑点阵光束。

3.如权利要求1所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述液体透镜阵列(2)中的每个液体透镜的焦距不等，以使所述可变角度点阵投射模组发射出泛光光束。

4.如权利要求1所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：增大所述液体透镜阵列(2)的焦距，所述光束视场角减小；减小所述液体透镜阵列(2)的焦距，所述光束视场角增大。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：还包括模组外壳(3)；所述模组外壳(3)内部具有空腔(3.1)，所述模组外壳(3)表面开设有与所述空腔(3.1)连通的开口(3.2)；所述光源(1)固定在模组外壳(3)所述空腔(3.1)的底部；所述液体透镜阵列(2)安装在模组外壳(3)的所述开口(3.2)处。

6.如权利要求5所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述光源(1)为单个光源或阵列光源。

7.如权利要求5所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述光源(1)为VCSEL。

8.如权利要求5所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述光源为可发出红外波段的光学有源器件。

9.如权利要求6-8任一项所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：还包括微位移模块，所述微位移模块与所述液体透镜阵列(2)连接；所述微位移模块安装在所述模组外壳(3)的开口(3.2)处。

10.如权利要求9所述的一种可变角度点阵投射模组，其特征在于：所述微位移模块为音圈马达、压电陶瓷、磁致伸缩位移器件以及电致伸缩位移器件中的任意一种。

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