CN216956618U - 结构光投射器、摄像头模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种结构光投射器、摄像头模组及电子设备。所述结构光投射器：第一光源，被配置为发出第一光线；衍射光学元件，被设置于所述第一光源的出光侧，并且被配置为基于入射的所述第一光线生成结构光；以及第二光源，包括光发射器，所述光发射器被配置为发出第二光线，所述第二光线包括红外光。基于所述结构光投射器可以同时获取到目标物体的散斑图像和红外图像。

Description

结构光投射器、摄像头模组及电子设备

技术领域

本公开涉及光学领域，特别是涉及一种结构光投射器、摄像头模组及电子设备。

背景技术

近年来，3D成像技术在消费电子领域中的应用越来越广，3D成像技术不仅可以对目标物体进行成像，而且还能获取目标物体的深度信息。3D结构光是实现3D成像的主流技术之一，其基本原理是通过近红外激光器将具有一定结构特征的光线投射到目标物体上，再由专门的红外摄像头进行采集，从而得到目标物体的深度图像。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种结构光投射器、摄像头模组及电子设备，用于解决现有技术中不能同时获取散斑图像和红外图像的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本公开的第一方面提供一种结构光投射器，所述结构光投射器包括：第一光源，被配置为发出第一光线；衍射光学元件，被设置于所述第一光源的出光侧，并且被配置为基于入射的所述第一光线生成结构光；以及第二光源，包括光发射器，所述光发射器被配置为发出第二光线，所述第二光线包括红外光。

于所述第一方面的一实施例中，所述第二光源被配置作为面发射光源，并且基于所述第二光线发出红外泛光。

于所述第一方面的一实施例中，所述第二光源还包括光学微结构，所述光学微结构被配置为调整所述第二光线的光学路径，并且所述第二光源基于所述第二光线通过所述光学微结构发出红外泛光。

于所述第一方面的一实施例中，所述第二光源还包括匀光片，并且所述第二光源被配置为基于所述第二光线通过所述匀光片发出均匀的红外泛光。

于所述第一方面的一实施例中，所述光发射器包括垂直腔面发射激光器、边发射激光器或者发光二极管。

于所述第一方面的一实施例中，所述第二光源被设置于所述衍射光学元件的离焦位置，所述第二光线经过所述衍射光学元件以形成红外泛光。

于所述第一方面的一实施例中，所述结构光投射器还包括转折光学元件，所述转折光学元件被设置于所述第一光源和所述衍射光学元件之间，并且被配置为将从所述转折光学元件的第一端口进入的所述第一光线转折至所述转折光学元件的第二端口射出。

于所述第一方面的一实施例中，所述转折光学元件包括两个直角梯形棱镜，所述两个直角梯形棱镜的斜面相对设置且彼此平行。

于所述第一方面的一实施例中，所述结构光投射器还包括匀光片，所述匀光片设置于所述两个直角梯形棱镜中面对所述第二光源的一个直角梯形棱镜的远离所述第二光源的一侧，所述第二光线经过所述直角梯形棱镜的两个平行底面到达所述匀光片，并经过所述匀光片以形成红外泛光。

于所述第一方面的一实施例中，所述结构光投射器还包括第一固定板和第二固定板，所述两个直角梯形棱镜的第一侧面设置于所述第一固定板上，所述两个直角梯形棱镜的第二侧面设置于所述第二固定板上。

于所述第一方面的一实施例中，所述结构光投射器还包括基板，所述基板被配置为承载所述第一光源和所述第二光源。

于所述第一方面的一实施例中，所述结构光投射器还包括光功率检测元件，所述光功率检测元件被配置为检测所述第一光线被所述衍射光学元件反射回来的光线的光功率。

本公开的第二方面提供一种结构光投射器，所述结构光投射器包括：光源，被配置为发出光线；衍射光学元件，被设置于所述光源的出光侧，并且被配置为基于入射的所述光线生成结构光；以及光功率检测元件，被设置于所述衍射光学元件的靠近所述光源的一侧，并且被配置为检测所述光线被所述衍射光学元件反射之后的光线的光功率。

本公开的第三方面提供一种摄像头模组，所述摄像头模组包括：根据本公开第一方面任一项或本公开第二方面所述的结构光投射器；图像采集器，被配置为采集通过所述结构光投射器发出的光形成的图案；以及图像处理器，与所述图像采集器电耦合，并且被配置为对所述图案进行图像处理。

本公开的第四方面提供一种电子设备，所述电子设备包括根据本公开第三方面所述的摄像头模组。

在本公开一个或多个实施例中所述的结构光投射器中，可以利用所述第一光源产生第一光线，所述第一光线经过所述衍射光学元件而形成结构光，所述结构光在照射到目标物体以后，利用图像采集器可以采集到目标物体表面的散斑图像。与此同时，还可以利用所述第二光源产生第二光线，所述第二光线为红外光，所述第二光线在照射到目标物体时，利用图像采集器可以采集到目标物体的红外图像。因此，基于本实施例所述结构光投射器可以同时获取到目标物体的散斑图像和红外图像。

附图说明

图1显示为本公开实施例所述的结构光投射器的结构示意图。

图2A显示为本公开实施例所述的结构光投射器中转折光学元件的结构示意图。

图2B显示为本公开实施例所述的结构光投射器中转折光学元件的结构示意图。

图2C显示为本公开实施例所述的结构光投射器的另一种结构示意图。

图3显示为本公开实施例所述的结构光投射器的又一种结构示意图。

图4显示为本公开实施例所述的结构光投射器的再一种结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。此外，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

现有结构光技术中，图像采集器无法同时采集到目标物体的散斑图像和红外图像。至少针对这一问题，本公开提供一种结构光投射器。于所述结构光投射器中，可以利用第一光源产生第一光线，所述第一光线经过衍射光学元件而形成结构光，所述结构光在照射到目标物体以后，利用图像采集器可以采集到目标物体表面的散斑图像。与此同时，还可以利用第二光源产生第二光线，所述第二光线为红外光，所述第二光线在照射到目标物体时，利用图像采集器可以采集到目标物体的红外图像。因此，基于所述结构光投射器可以同时获取到目标物体的散斑图像和红外图像。

下文中，将参考附图通过示例性实施例描述本公开的具体实施方式。

图1是示出根据本公开的实施例的结构光投射器的结构示意图。如图1所示，所述结构光投射器1包括第一光源11、衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)12和第二光源13。

所述第一光源11被配置为发出第一光线，所述衍射光学元件12被设置于所述第一光源11的出光侧，并且被配置为基于入射的所述第一光线生成结构光，所述结构光在照射到目标物体表面时会产生散斑。

所述第二光源13包括光发射器，所述光发射器被配置为发出第二光线，所述第二光线包括红外光。

可选地，所述结构光投射器1还可以包括基板14，所述基板14被配置为承载所述第一光源11和所述第二光源13。所述基板14优选为陶瓷基板。

在一些实施例中，所述第二光源13被配置作为面发射光源，并且基于所述第二光线发出红外泛光。在一些实施例中，光发射器可以通过布置在器件上的不同位置、不同高度来实现第二光源的泛光源(或面发射光源)的功能。

根据以上描述可知，本实施例所述的结构光投射器1能够利用所述第一光源11和所述衍射光学元件12向目标物体投射结构光，并利用所述第二光源13向目标物体投射红外光。基于此，图像采集器可以同时采集到目标物图的散斑图像和红外图像。

可选地，所述第一光源11例如包括垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)、边发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)等。所述第一光源11发出的光线的波长范围例如为800nm至1000nm。

可选地，所述第二光源13的光发射器例如包括垂直腔面发射激光器、边发射激光器或发光二极管等。所述光发射器发出的光线的波长范围例如为800nm至1000nm。

可选地，所述第一光源11和所述第二光源13在光源驱动器的驱动下分时发出所述第一光线和所述第二光线。在一些实施例中，光源驱动器可以被包括在结构光投射器内。在一些实施例中，光源驱动器被设置在结构光投射器外部并且与结构光投射器电耦合。

可选地，所述第二光源13还包括光学微结构，所述光学微结构被配置为调整所述第二光线的光学路径，并且所述第二光源13基于所述第二光线通过所述光学微结构发出红外泛光。在一些实施例中，所述光发射器例如为倒装垂直腔面发射激光器(Flip chipVCSEL)。所述光学微结构例如为微自由曲面阵列。在其他实施例中，所述第二光源13可以通过垂直腔面发射激光器直接发出红外泛光。

可选地，所述第二光源13还包括匀光片，并且所述第二光源13被配置为基于所述第二光线通过所述匀光片发出均匀的红外泛光。在一些实施例中，所述光发射器例如包括发光二极管。在其他实施例中，所述第二光源13可以通过发光二极管直接发出红外泛光。

可选地，所述第二光源13被设置于所述衍射光学元件12的离焦位置，所述第二光线经过所述衍射光学元件12以形成红外泛光。

根据本公开的一实施例中，所述结构光投射器还包括转折光学元件，所述转折光学元件被设置于所述第一光源和所述衍射光学元件之间，并且被配置为将从所述转折光学元件的第一端口进入的所述第一光线转折至所述转折光学元件的第二端口射出。本实施例中通过引入所述转折光学元件能够对所述第一光源发出的第一光线进行转折，从而在所述衍射光学元件的有效焦距不变的前提下极大地减小所述结构光投射器的厚度。

图2A是示出根据本公开的实施例中所述转折光学元件的结构示意图。如图2A所示，所述转折光学元件15包括两个直角梯形棱镜151和152。如图2A所示，直角梯形棱镜151和直角梯形棱镜152的斜面相对设置且彼此平行。优选地，所述直角梯形棱镜151和所述直角梯形棱镜152的斜面可以镀有反光膜以提升其反射能力。

需要说明的是，所述转折光学元件包括两个直角梯形棱镜仅为本实施例的一种可行方式，但本公开并不限制于此。

图2B是示出根据本公开的实施例中所述转折光学元件的装配结构示例图。如图2B所示，所述结构光投射器1还包括第一固定板153和第二固定板154，所述第一固定板153和所述第二固定板154例如为平板玻璃或者塑料。所述直角梯形棱镜151和所述直角梯形棱镜152的第一侧面设置于所述第一固定板153上，所述直角梯形棱镜151和所述直角梯形棱镜152的第二侧面设置于所述第二固定板154上。通过此种方式能够实现所述直角梯形棱镜151和所述直角梯形棱镜152的整体组合，有利于进一步的装配。所述直角梯形棱镜151和所述直角梯形棱镜152可以采用粘贴等方式设置于所述第一固定板153和所述第二固定板154上，但本公开并不限制于此。

图2C是示出根据本公开的实施例中所述结构光投射器1的另一种结构示意图。如图2B所示，所述结构光投射器1还包括匀光片16，所述匀光片16设置于直角梯形棱镜151的远离所述第二光源13的一侧，所述第二光线经过所述直角梯形棱镜151的两个平行底面到达所述匀光片16，并经过所述匀光片16以形成红外泛光。

图3是示出根据本公开的实施例中所述结构光投射器的又一种结构示意图。如图3所示，所述结构光投射器1还包括光功率检测元件17。所述光功率检测元件17被配置为检测所述第一光线被所述衍射光学元件12反射回来的光线的光功率。基于所述光功率可以判断所述衍射光学元件12是否处于正常工作状态。具体地，当所述光功率异常时，可判定所述衍射光学元件12处于异常状态，此时应当关闭所述结构光投射器1以避免对人员产生激光危害。当所述光功率正常时，可判定所述衍射光学元件12处于正常工作状态。在一些实施例中，设置在结构光投射器1内部或者外部的装置被配置为执行上述的检测、判断和关闭之中的至少一项操作。

可选地，所述光功率检测元件17例如为光电二极管(Photo-diode，PD)。

可选地，所述光功率检测元件17可以设置于所述基板14上。

根据本公开的另一方面，还提供再一种结构光投射器。图4是示出根据本公开的实施例中所述结构光投射器的结构示意图。如图4所示，所述结构光投射器2包括光源21、衍射光学元件22和光功率检测元件23。所述光源21被配置为发出光线。所述衍射光学元件22被设置于所述光源22的出光侧，并且被配置为基于入射的所述光线生成结构光。所述光功率检测元件23被设置于所述衍射光学元件22的靠近所述光源21的一侧，并且被配置为检测所述光线被所述衍射光学元件反射之后的光线的光功率。

可选地，所述结构光投射器2还可以包括基板24，所述光源21和所述光功率检测元件23设置于所述基板24上。

可选地，所述结构光投射器2还可以包括发射红外光线的第二光源，且所述第二光源优选为红外泛光源。

根据本公开的另一方面，还提供一种摄像头模组。所述摄像头模组包括本公开所述的结构光投射器以及图形采集器和图像处理器。所述图像采集器被配置为采集通过所述结构光投射器发出的光形成的图案。所述图像处理器与所述图像采集器电耦合，并且被配置为对所述图案进行图像处理。

根据本公开的另一方面，还提供一种电子设备。所述电子设备包括本公开所述的摄像头模组。

综上所述，本公开一个或多个实施例中所述的结构光投射器中，可以利用所述第一光源产生第一光线，所述第一光线经过所述衍射光学元件而形成结构光，所述结构光在照射到目标物体以后，利用图像采集器可以采集到目标物体表面的散斑图像。与此同时，还可以利用所述第二光源产生第二光线，所述第二光线为红外光，所述第二光线在照射到目标物体时，利用图像采集器可以采集到目标物体的红外图像。因此，基于本实施例所述结构光投射器可以同时获取到目标物体的散斑图像和红外图像。

此外，本公开一个或多个实施例所述结构光投射器还可以包括光功率检测元件，所述光功率检测元件用于检测衍射光学元件的回光功率，根据所述回光功率即可判断所述衍射光学元件是否正常工作。

因此，本公开有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本公开的原理及其功效，而非用于限制本公开。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本公开的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本公开所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本公开的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器包括：

第一光源，被配置为发出第一光线；

衍射光学元件，被设置于所述第一光源的出光侧，并且被配置为基于入射的所述第一光线生成结构光；以及

第二光源，包括光发射器，所述光发射器被配置为发出第二光线，所述第二光线包括红外光。

2.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述第二光源被配置作为面发射光源，并且基于所述第二光线发出红外泛光。

3.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述第二光源还包括光学微结构，所述光学微结构被配置为调整所述第二光线的光学路径，并且所述第二光源基于所述第二光线通过所述光学微结构发出红外泛光。

4.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述第二光源还包括匀光片，并且所述第二光源被配置为基于所述第二光线通过所述匀光片发出均匀的红外泛光。

5.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述光发射器包括垂直腔面发射激光器、边发射激光器或者发光二极管。

6.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述第二光源被设置于所述衍射光学元件的离焦位置，所述第二光线经过所述衍射光学元件以形成红外泛光。

7.根据权利要求1所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器还包括转折光学元件，所述转折光学元件被设置于所述第一光源和所述衍射光学元件之间，并且被配置为将从所述转折光学元件的第一端口进入的所述第一光线转折至所述转折光学元件的第二端口射出。

8.根据权利要求7所述的结构光投射器，其特征在于，所述转折光学元件包括两个直角梯形棱镜，所述两个直角梯形棱镜的斜面相对设置且彼此平行。

9.根据权利要求8所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器还包括匀光片，所述匀光片设置于所述两个直角梯形棱镜中面对所述第二光源的一个直角梯形棱镜的远离所述第二光源的一侧，所述第二光线经过所述直角梯形棱镜的两个平行底面到达所述匀光片，并经过所述匀光片以形成红外泛光。

10.根据权利要求8所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器还包括第一固定板和第二固定板，所述两个直角梯形棱镜的第一侧面设置于所述第一固定板上，所述两个直角梯形棱镜的第二侧面设置于所述第二固定板上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器还包括基板，所述基板被配置为承载所述第一光源和所述第二光源。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器还包括光功率检测元件，所述光功率检测元件被配置为检测所述第一光线被所述衍射光学元件反射回来的光线的光功率。

13.一种结构光投射器，其特征在于，所述结构光投射器包括：

光源，被配置为发出光线；

衍射光学元件，被设置于所述光源的出光侧，并且被配置为基于入射的所述光线生成结构光；以及

光功率检测元件，被设置于所述衍射光学元件的靠近所述光源的一侧，并且被配置为检测所述光线被所述衍射光学元件反射之后的光线的光功率。

14.一种摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的结构光投射器；

图像采集器，被配置为采集通过所述结构光投射器发出的光形成的图案；以及

图像处理器，与所述图像采集器电耦合，并且被配置为对所述图案进行图像处理。

15.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括根据权利要求14所述的摄像头模组。

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