TWI697729B - 鐳射投射模組、深度相機和電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種鐳射投射模組、深度相機和電子裝置。鐳射投射模組包括鐳射發射器、準直元件、繞射元件、檢測元件和處理器。鐳射發射器用於發射鐳射。準直元件用於準直鐳射。繞射元件用於繞射經準直元件準直後的鐳射以形成鐳射圖案。檢測元件設置在準直元件和/或繞射元件上，檢測元件用於輸出電訊號。處理器與檢測元件連接，所述處理器用於接收電訊號、並根據電訊號檢測準直元件和/或繞射元件是否異常。

Description

鐳射投射模組、深度相機和電子裝置
本發明涉及光學及電子技術領域，更具體而言，涉及一種鐳射投射模組、深度相機和電子裝置。
多數手機配置有鐳射投射模組。鐳射投射模組包括鐳射發射器、準直元件和繞射元件。繞射元件置於準直元件上方。當手機意外摔落時，準直元件和繞射元件可能會脫落和/或破裂。
本發明的實施例提供了一種鐳射投射模組、深度相機和電子裝置。
本發明實施方式的鐳射投射模組包括鐳射發射器、準直元件、繞射元件、檢測元件和處理器。所述鐳射發射器用於發射鐳射。所述準直元件用於準直所述鐳射。所述繞射元件用於繞射經所述準直元件準直後的所述鐳射以形成鐳射圖案。所述檢測元件設置在所述準直元件和/或所述繞射元件上，所述檢測元件用於輸出電訊號。所述處理器與所述檢測元件連接，所述處理器用於接收所述電訊號、並根據所述電訊號檢測所述準直元件和/或所述繞射元件是否異常。
本發明實施方式的深度相機包括上述的鐳射投射模組、圖像採集器和處理器。所述圖像採集器用於採集由所述鐳射投射模組向目標空間中投射的鐳射圖案。所述處理器用於處理所述鐳射圖案以獲得深度圖像。
本發明實施方式的電子裝置包括殼體和深度相機。所述深度相機設置在所述殼體內並從所述殼體暴露以獲取深度圖像。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或藉由本發明的實踐瞭解到。
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面藉由參考附圖描述的實施例係示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的係，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更複數所述特徵。在本發明的描述中，“複數”的含義係兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發明的描述中，需要說明的係，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以係固定連接，也可以係可拆卸連接，或一體地連接；可以係機械連接，也可以係電連接或可以相互通信；可以係直接相連，也可以藉由中間媒介間接相連，可以係兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數位和/或參考字母，這種重複係為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設置之間的關係。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但係本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。
請參閱圖1，本發明實施方式的電子裝置3000包括殼體2000和深度相機1000。電子裝置3000可以係手機、平板電腦、手提電腦、遊戲機、頭顯設備、門禁系統、櫃員機等，本發明實施例以電子裝置3000係手機為例進行說明，可以理解，電子裝置3000的具體形式可以係其他，在此不作限制。深度相機1000設置在殼體2000內並從殼體2000暴露以獲取深度圖像，殼體2000可以給深度相機1000提供防塵、防水、防摔等的保護，殼體2000上開設有與深度相機1000對應的孔，以使光線從孔中穿出或穿入殼體2000。
請參閱圖2，深度相機1000包括鐳射投射模組100、圖像採集器200和處理器70。深度相機1000上可以形成有與鐳射投射模組100對應的投射視窗901，和與圖像採集器200對應的採集視窗902。鐳射投射模組100用於藉由投射視窗901向目標空間投射鐳射圖案，圖像採集器200用於藉由採集視窗902採集被標的物調製後的鐳射圖案。在一個例子中，鐳射投射模組100投射的鐳射為紅外光，圖像採集器200為紅外攝像頭。處理器70與鐳射投射模組100及圖像採集器200均連接，處理器70用於處理鐳射圖案以獲得深度圖像。具體地，處理器70採用圖像匹配演算法計算出該鐳射圖案中各畫素點與參考圖案中的對應各個畫素點的偏離值，再根據該偏離值進一步獲得該鐳射圖案的深度圖像。其中，圖像匹配演算法可為數位圖像相關（Digital Image Correlation，DIC）演算法。當然，也可以採用其它圖像匹配演算法代替DIC演算法。下面將對鐳射投射模組100的結構作進一步介紹。
請參閱圖3，鐳射投射模組100包括鐳射發射器10、準直元件20、繞射元件30、檢測元件40、鏡筒50、基板組件60和處理器70。準直元件20和繞射元件30依次設置在鐳射發射器10的光路上，具體地，鐳射發射器10發出的光依次穿過準直元件20和繞射元件30後出射到目標空間中。鐳射投射模組100的處理器70可以係深度相機1000的處理器70，此時，鐳射投射模組100與深度相機1000共用一個處理器70，此時處理器70可以用於處理鐳射圖案以獲得深度圖像，並且可以用於下文所述的接收檢測元件40輸出的電訊號並根據檢測元件40輸出的電訊號檢測準直元件20和/或繞射元件30是否異常。當鐳射投射模組100的處理器70不為深度相機1000的處理器70時，此時鐳射投射模組100與深度相機1000未共用一個處理器，鐳射投射模組100的處理器70用於接收檢測元件40輸出的電訊號並根據檢測元件40輸出的電訊號檢測準直元件20和/或繞射元件30是否異常，而深度相機1000的處理器70用於處理鐳射圖案以獲得深度圖像。在本申請的實施例中，以鐳射投射模組100與深度相機1000共用一個處理器70為例進行說明。
請再參閱圖3，基板組件60包括基板62及承載在基板62上的電路板61。基板62用於承載鏡筒50、鐳射發射器10和電路板61。基板62的材料可以係塑膠，比如聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Glycol Terephthalate，PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚醯亞胺（Polyimide，PI）中的至少一種。也就係說，基板62可以採用PET、PMMA、PC或PI中任意一種的單一塑膠材質製成。如此，基板62品質較輕且具有足夠的支撐強度。
電路板61可以係印刷電路板、柔性電路板、軟硬結合板中的任意一種。電路板61上可以開設有過孔611，過孔611內可以用於容納鐳射發射器10，電路板61一部分被鏡筒50罩住，另一部分延伸出來並可以與處理器70連接，處理器70可以將鐳射投射模組10連接到電子裝置3000的主機板上。
請再參閱圖3，鏡筒50設置在基板組件60上並與基板組件60共同形成收容腔51。具體地，鏡筒50設置在基板組件60的電路板61上並與電路板61圍成收容腔51（也即鏡筒50的側壁53設置在電路板61上並與電路板61圍成收容腔51）。其中，鏡筒50可以與基板組件60的電路板61連接，鏡筒50與電路板61可以藉由粘膠粘接，以提高收容腔51的氣密性。當然，鏡筒50與基板組件60的具體連接方式可以有其他，例如藉由卡合連接。收容腔51可以用於容納準直元件20、繞射元件30等元器件，收容腔51同時形成鐳射投射模組10的光路的一部分。在本發明實施例中，鏡筒50呈中空的筒狀。
請一併參閱圖7和圖15，在某些實施方式中，鏡筒50還包括自鏡筒50的側壁53向收容腔51延伸的承載台52（即限位凸起52）。具體地，承載台52自鏡筒50的側壁51向收容腔51內突出。承載台52可以呈連續的環狀；或者，承載台52包括複數，複數承載台52間隔分佈。承載台52圍成過光孔1231，過光孔1231可以作為收容腔121的一部分，鐳射穿過過光孔1231後穿入繞射元件30。同時，在組裝鐳射投射模組100時，當繞射元件30與承載台52相抵，可以認為繞射元件30安裝到位，當準直元件20與承載台52相抵，可以認為準直元件20安裝到位。承載台52包括限位面1232，當繞射元件30安裝在承載台52上時，限位面1232與繞射元件30結合。
請參閱圖3，鐳射發射器10設置在基板組件60上，具體地，鐳射發射器10可以設置在電路板61上並與電路板61電連接，鐳射發射器10也可以設置在基板62上並與過孔611對應（即鐳射發射器10承載在基板62上並收容在過孔611內），此時，可以藉由佈置導線將鐳射發射器10與電路板61電連接。鐳射發射器10經由電路板61與處理器70電連接。鐳射發射器10用於發射鐳射，鐳射可以係紅外光。在一個例子中，鐳射發射器10可以包括半導體襯底及設置在半導體襯底上的發射鐳射器，半導體襯底設置在基板62上，發射鐳射器可以係垂直腔面發射鐳射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)。半導體襯底上可以設置單個發射鐳射器，也可以設置由複數發射鐳射器組成的陣列鐳射器，具體地，複數發射鐳射器可以以規則或者不規則的二維圖案的形式排布在半導體襯底上。基板62上還開設有散熱孔621（圖17所示），鐳射發射器10或電路板61工作產生的熱量可以由散熱孔621散出，散熱孔621內還可以填充導熱膠，以進一步提高基板62的散熱性能。
請再參閱圖3，準直元件20可以係光學透鏡，準直元件20用於準直鐳射發射器10發射的鐳射，準直元件20收容在收容腔51內。準直元件20包括光學部和安裝部，安裝部用於與鏡筒50的側壁53結合並固定準直元件20，在本發明實施例中，光學部包括位於準直元件20相背兩側的準直入射面201和準直出射面202。
請一併參閱圖7和圖15，當鏡筒50包括承載台52時，繞射元件30安裝在承載台52上，具體地，繞射元件30與限位面1232結合以安裝在承載台52上。繞射元件30的外表面包括繞射出射面302及繞射入射面301。繞射出射面302和繞射入射面301相背，當繞射元件30安裝在承載台52上時，繞射入射面301與限位面1232結合。本發明實施例中，繞射入射面301上形成有繞射結構，繞射出射面302可以係光滑的平面，繞射元件30可以將經準直元件20準直後的鐳射投射出與繞射結構對應的鐳射圖案。繞射元件30可以由玻璃製成，也可以說由複合塑膠（如PET)製成。
請參閱圖3，檢測元件40設置在準直元件20和/或繞射元件30上。檢測元件40用於輸出電訊號。處理器70與檢測元件40連接。處理器70可用於接收檢測元件40輸出的電訊號並根據檢測元件40輸出的電訊號檢測準直元件20和/或繞射元件30是否異常。其中，準直元件20異常指的係準直元件20出現破裂、傾斜或從鐳射投射模組100中脫落，繞射元件30異常指的係繞射元件30出現破裂、傾斜或從鐳射投射模組100中脫落。
在一個實施例中，檢測元件40設置在準直元件20和繞射元件30上，檢測元件40用於檢測準直元件20和繞射元件30之間的距離並輸出電訊號。處理器70與檢測元件40連接。處理器70用於接收檢測元件40輸出的電訊號，判斷電訊號是否在預設範圍內，並在電訊號不在預設範圍內時確定準直元件20和繞射元件30之間的距離變化超過預定區間。
可以理解，鐳射投射模組100正常使用時，鐳射發射器10發射的鐳射依次經過準直元件20和繞射元件30出射，準直元件20和繞射元件30對鐳射具有一定的能量衰減作用，可以保證出射的鐳射能量不會過大以致傷害人眼。但當鐳射投射模組100遇到摔落等情況時，設置在鐳射投射模組100中的準直元件20和繞射元件30可能從鐳射投射模組100中脫落或傾斜，此時可能導致鐳射發射器10的鐳射不經過或不完全經過準直元件20和/或繞射元件30直接出射，如此，出射的鐳射未經過準直元件20和/或繞射元件30的衰減，可能導致到達人眼的鐳射的能量過高，對人眼產生傷害。
本發明實施方式的鐳射投射模組100藉由在準直元件20和繞射元件30上設置檢測元件40，利用檢測元件40檢測準直元件20和繞射元件30之間的距離，在二者之間的距離發生變化且變化值超過預定區間時確定準直元件20和/或繞射元件30傾斜或脫落，此時，處理器70可立即關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率，從而避免因準直元件20和/或繞射元件30傾斜或脫落而出現出射的鐳射能量過大，對用戶的眼睛產生危害的問題，提升鐳射投射模組100使用的安全性。
具體地，請一併參閱圖3至圖6，在某些實施方式中，在鏡筒50的側壁53未向收容腔51延伸有承載台52時，檢測元件40可包括以下情形：
（1）請一併參閱圖3和圖4，檢測元件40可以為兩個檢測電極41，兩個檢測電極41相對設置以形成電容。準直元件20包括準直入射面201和準直出射面202，繞射元件30包括繞射入射面301和繞射出射面302。兩個檢測電極41的位置可以係：一個檢測電極41設置在準直出射面202上，一個檢測電極41設置在繞射入射面301上（如圖3所示）；或者，一個檢測電極41設置在準直出射面202上，一個檢測電極41設置在繞射出射面302上（圖未示）；或者，一個檢測電極41設置在準直入射面201上，一個檢測電極41設置在繞射入射面301上（圖未示）；或者，一個檢測電極41設置在準直入射面201上，一個檢測電極41設置在繞射出射面302上（圖未示）。檢測電極41可以係由ITO（氧化銦錫）、IZO（氧化銦鋅）等透光導電材料製成以不影響準直元件20和繞射元件30的發光光路；或者，檢測電極41可以設置在準直元件20和繞射元件30的非光學作用部（例如，準直元件20的非凸部分及繞射元件30的非繞射光柵部部分）。其中，檢測電極41的對數可以為一對或複數對。檢測電極41為複數對時，複數對的檢測電極41可均勻分佈在準直元件20及繞射元件30的周緣位置（如圖4所示）。可以理解，兩個相對的檢測電極41之間形成電容，兩個檢測電極41之間的距離改變後，電容的電容值也相應改變，輸出至處理器70的電訊號可以反映兩個檢測電極41的電容值，從而根據電訊號即可得到兩個檢測電極41之間的距離，進一步地得到準直元件20和繞射元件30之間的距離。在準直元件20和繞射元件30未脫落或未傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離沒有變化或變化在預定區間內；而當準直元件20和繞射元件30中的任意一個脫落或傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離會發生變化，處理器70獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和繞射元件30之間的距離。具體地，若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化在預定區間內，即準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器70無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。
（2）請一併參閱圖5和圖6，檢測元件40還可以係發射器421和接收器422。發射器421和接收器422分別設置在準直元件20和繞射元件30上，具體地，發射器421設置在準直出射面202，接收器422設置在繞射入射面301（如圖5所示）。或者，發射器421和接收器422分別設置在繞射元件30和準直元件20上，具體地，發射器421設置在繞射入射面301，接收器422設置在準直出射面202（圖未示）。發射器421和接收器422應設置在準直元件20和繞射元件30的非光學作用部（例如，準直元件20的非凸部分及繞射元件30的非繞射光柵部部分），以避免對準直元件20和繞射元件30的發光光路產生影響。發射器421和接收器422的對數可以係一對或複數對。發射器421和接收器422的對數為複數對時，複數對發射器421和接收器422可以均勻分佈在準直元件20和繞射元件30的周緣位置（如圖6所示）。其中，發射器421可以用於發射光線或超聲波，接收器422可以用於接收對應的發射器421發射的光線或超聲波。接收器422接收到的光線或超聲波可轉化為電訊號，電訊號的強弱可用於表徵光線或超聲波的強弱，並進一步表徵準直元件20和繞射元件30之間的距離大小。另外，也可基於發射器421發射光線或超聲波的時間點與接收器422接收光線或超聲波的時間點二者之間的時間差來計算準直元件20和繞射元件30之間的距離；或者，也可基於發射器421發射的光線與接收器422接收的光線二者之間的相位差來計算準直元件20和繞射元件30之間的距離。在準直元件20和繞射元件30未脫落或未傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離沒有變化或變化在預定區間內；而當準直元件20和繞射元件30中的任意一個脫落或傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離會發生變化，處理器70從發射器421和接收器422處獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和繞射元件30之間的距離。具體地，若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化在預定區間內，即準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器70無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。另外，當發射器421發射光線時，該光線的波長應與鐳射發射器10發射的鐳射的波長不一致，以避免對鐳射圖案形成產生影響。
請一併參閱圖7至圖12，在某些實施方式中，當鏡筒50的側壁53向收容腔51延伸有承載台52時，檢測元件40可包括以下情形：
（1）請一併參閱圖7至圖9，檢測元件40可以為兩個檢測電極41，兩個檢測電極41相對設置以形成電容。準直元件20包括準直入射面201和準直出射面202，繞射元件30包括繞射入射面301和繞射出射面302，承載台52開設有通孔521。兩個檢測電極41的位置可以係：一個檢測電極41設置在準直出射面202上，一個檢測電極41設置在繞射入射面301上，且兩個檢測電極41均收容在通孔521中以形成電容（如圖7所示）。此時，檢測電極41可以係由ITO（氧化銦錫）、IZO（氧化銦鋅）等透光導電材料製成以不影響準直元件20和繞射元件30的發光光路，也可以係任意的不透光材料製成。其中，檢測電極41的對數可以為一對或複數對。檢測電極41為複數對時，複數對的檢測電極41可均勻分佈在準直元件20和繞射元件30的周緣位置，此時，承載台52的通孔521的個數可為複數，複數通孔521與複數對的檢測電極41一一對應，每對檢測電極41收容在一個通孔521中（如圖8所示），或者承載台52的通孔521為一個環形的通孔521，複數對檢測電極41均收容在環形的通孔521中（如圖9所示）。可以理解，兩個相對的檢測電極41之間形成電容，兩個檢測電極41之間的距離改變後，電容的電容值也相應改變，輸出至處理器70的電訊號可以反映兩個檢測電極41的電容值，從而根據電訊號即可得到兩個檢測電極41之間的距離，進一步地得到準直元件20和繞射元件30之間的距離。在準直元件20和繞射元件30未脫落或未傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離沒有變化或變化在預定區間內；而當準直元件20和繞射元件30中的任意一個脫落或傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離會發生變化，處理器70獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和繞射元件30之間的距離。具體地，若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化在預定區間內，即準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器70無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。
（2）請一併參閱圖10至圖12，檢測元件40還可以係發射器421和接收器422。發射器421和接收器422分別設置在準直元件20和繞射元件30上。承載台52開設有通孔521。具體地，發射器421設置在準直出射面202，接收器422設置在繞射入射面301，發射器421和接收器422均收容在通孔521中（圖10所示）。此時，發射器421和接收器422設置在準直元件20和繞射元件30的非光學作用部（例如，準直元件20的非凸部分及繞射元件30的非繞射光柵部部分），以避免對準直元件20和繞射元件30的發光光路產生影響。發射器421和接收器422的對數可以係一對或複數對。發射器421和接收器422的對數為複數對時，複數對發射器421和接收器422可以均勻分佈在準直元件20和繞射元件30的周緣位置，此時，承載台52的通孔521的個數可為複數，複數通孔521與複數檢測元件40一一對應，每個檢測元件40收容在一個通孔521中（如圖11所示），或者承載台52的通孔521為一個環形通孔521，複數檢測元件40均收容在環形通孔521中（如圖12所示）。其中，發射器421可以用於發射光線或超聲波，接收器422可以用於接收對應的發射器421發射的光線或超聲波。接收器422接收到的光線或超聲波可轉化為電訊號，電訊號的強弱可用於表徵光線或超聲波的強弱，並進一步表徵準直元件20和繞射元件30之間的距離大小。另外，也可基於發射器421發射光線或超聲波的時間點與接收器422接收光線或超聲波的時間點之間的時間差來計算準直元件20和繞射元件30之間的距離；或者，也可基於發射器421發射的光線與接收器422接收的光線之間的相位差來計算準直元件20和繞射元件30之間的距離。在準直元件20和繞射元件30未脫落或未傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離沒有變化或變化在預定區間內；而當準直元件20和繞射元件30中的任意一個脫落或傾斜時，準直元件20和繞射元件30之間的距離會發生變化，處理器70從發射器421和接收器422處獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和繞射元件30之間的距離。具體地，若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化在預定區間內，即準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器70無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若準直元件20和繞射元件30之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。另外，當發射器421發射光線時，該光線的波長應與鐳射發射器10發射的鐳射的波長不一致，以避免對鐳射圖案形成產生影響。
請一併參閱圖13至圖16，在另一個實施例中，檢測元件40可以係檢測電極對，分別設置在準直入射面201和準直出射面202和/或繞射出射面302和繞射入射面301。即，準直元件20上設置有檢測電極對，檢測電極對中的兩個電極分別設置在準直入射面201和準直出射面202上；或者，繞射元件30上設置有檢測電極對，檢測電極對中的兩個電極分別設置在繞射入射面301和繞射出射面302上；或者，準直元件20和繞射元件30上均設有檢測電極對，準直元件20上的檢測電極對中的兩個電極分別設置在準直入射面201和準直出射面202上，繞射元件30上的檢測電極對中的兩個電極分別設置在繞射入射面301和繞射出射面302上。檢測電極對在通電後輸出電訊號，處理器70根據設置在準直元件20上的檢測電極對輸出的電訊號的變化以檢測準直元件20的狀態，根據設置在衍元件30上的檢測電極對輸出的電訊號的變化以檢測繞射元件30的狀態。具體地，處理器70根據輸出的電訊號的變化以分別檢測準直元件20以及繞射元件30是否破裂。可以理解，鐳射投射模組100正常使用時，鐳射發射器10發射的鐳射依次經過準直元件20和繞射元件30出射，準直元件20和繞射元件30對鐳射具有一定的能量衰減作用，可以保證出射的鐳射能量不會過大以致傷害人眼。但當鐳射投射模組100遇到摔落等情況時，設置在鐳射投射模組100中的準直元件20和繞射元件30可能破損，此時可能導致鐳射發射器100的鐳射不經過準直元件20和/或繞射元件30而經破損位置處直接出射，如此，出射的鐳射未經過準直元件20和/或繞射元件30的衰減，可能導致到達人眼的鐳射的能量過高，對人眼產生傷害。
在一些示例中，承載台52開設有通孔521，位於準直出射面202和/或位於繞射入射面301的檢測元件40收容在通孔521中。
具體地，通孔521的個數可為複數，複數通孔521與複數對的檢測元件40一一對應，位於準直出射面202和/或位於繞射入射面301的檢測元件40收容在一個通孔521中。
本發明實施方式的鐳射投射模組100藉由在鐳射投射模組100的準直元件20和/或繞射元件30上設置檢測元件40，利用檢測元件40檢測準直元件20和/或繞射元件30的電訊號以檢測準直元件20和/或繞射元件30是否破裂，在破裂時處理器70可立即關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率，從而避免因準直元件20和/或繞射元件30破損而出現出射的鐳射能量過大，對用戶的眼睛產生危害的問題，提升鐳射投射模組100使用的安全性。
在一些實施方式中，檢測電極對形成電容，處理器70用於根據電容的電容值變化判斷準直元件20和/或繞射元件30是否破裂。
具體地，檢測電極對可以係由ITO（氧化銦錫）、IZO（氧化銦鋅）等透光導電材料製成以不影響準直元件20和繞射學元件30的發光光路；或者，檢測電極對可以設置在準直元件20和/或繞射元件30的非光學作用部（例如，準直元件20的非凸部分及繞射學元件30的非繞射光柵部部分）。其中，檢測電極對的數量可以為一對或複數對。檢測電極對為複數對時，複數對的檢測電極對可均勻分佈在準直元件20和/或繞射元件30的周緣位置。可以理解，每對檢測電極對中的兩個電極之間形成電容，當元件破損時，每對檢測電極對中的兩個電極之間的距離發生改變，電容的電容值也相應改變，輸出至處理器70的電訊號可以反映兩個電極的電容值，從而判斷準直元件20和/或繞射元件30是否破裂。在準直元件20和繞射元件30未破損時，設置在準直元件20和繞射元件30上的每對檢測電極對中的兩個電極之間的距離沒有變化；而當準直元件14和繞射元件30中的任意一個破損時，設置在其上的檢測電極對中的兩個電極之間的距離會發生變化，處理器70獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和繞射元件30是否破裂。具體地，檢測電極對中兩個電極之間的距離變化在預定區間內，即準直元件20和/或繞射元件30各自的檢測電極對得兩個電極之間的距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器30無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若設置在準直元件20和繞射元件30上的任意一個檢測電極對中兩個電極之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。
在一些實施方式中，檢測元件40還可以係發射器和接收器。發射器和接收器分別設置在準直入射面201和準直出射面202和/或繞射入射面301和繞射出射面302上。具體地，發射器和接收器應設置在準直元件20和繞射元件30的非光學作用部（例如，準直元件20的非凸部分及繞射元件30的非繞射光柵部部分），以避免對準直元件20和繞射元件30的發光光路產生影響。發射器和接收器的對數可以係一對或複數對。發射器和接收器的對數為複數對時，複數對發射器和接收器可以均勻分佈在準直元件20和/或繞射元件30的周緣位置。其中，發射器可以用於發射光線或超聲波，接收器可以用於接收對應的發射器發射的光線或超聲波。接收器接收到的光線或超聲波可轉化為電訊號，電訊號的強弱可用於表徵光線或超聲波的強弱，並進一步表徵準直元件20和繞射元件30各自的入射面與出射面之間的距離大小。另外，也可基於發射器發射光線或超聲波的時間點與接收器接收光線或超聲波的時間點二者之間的時間差來計算準直元件20和繞射元件30各自入射面與出射面之間的距離；或者，也可基於發射器發射的光線與接收器接收的光線二者之間的相位差來計算準直元件20和繞射元件30各自的入射面與出射面之間的距離。在準直元件20和繞射元件30未破損時，準直元件20和繞射元件30各自的入射面與出射面之間的距離沒有變化；而當準直元件20和繞射元件30中的任意一個破損時，準直元件20或繞射元件30的入射面與出射面之間的距離會發生變化，處理器70從發射器和接收器處獲得的電訊號可以反映出該變化並指示變化後的準直元件20和/或繞射元件30各自的入射面與出射面之間的距離。具體地，若準直元件20和/或繞射元件30各自的入射面和出射面之間的距離變化在預定區間內，即距離變化較小時，準直元件20和繞射元件30仍舊能夠正常工作，此時處理器70無需關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率；而若準直元件20和/或繞射元件30各自的入射面和出射面之間的距離變化較大，即變化的距離超出了預定區間，則處理器70需執行關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率的操作，以避免出射的鐳射能量過大傷害用戶眼睛的問題。另外，當發射器發射光線時，該光線的波長應與鐳射發射器發射的鐳射的波長不一致，以避免對鐳射圖案形成產生影響。
請一併參閱圖17和圖18，在某些實施方式中，鐳射發射器10還可為邊發射鐳射器，具體地，鐳射發射器10可以為分佈回饋式鐳射器（Distributed Feedback Laser，DFB）。鐳射發射器10用於向收容腔51內發射鐳射。鐳射發射器10整體呈柱狀，鐳射發射器10遠離基板62的一個端面形成發光面11，鐳射從發光面11發出，發光面11朝向準直元件20。鐳射投射模組100採用邊發射鐳射器作為鐳射發射器10，一方面邊發射鐳射器較VCSEL陣列的溫漂較小，另一方面，由於邊發射鐳射器為單點發光結構，無需設計陣列結構，製作簡單，鐳射投射模組100的成本較低。
分佈回饋式鐳射器的鐳射在傳播時，經過光柵結構的回饋獲得功率的增益。要提高分佈回饋式鐳射器的功率，需要藉由增大注入電流和/或增加分佈回饋式鐳射器的長度，由於增大注入電流會使得分佈回饋式鐳射器的功耗增大並且出現發熱嚴重的問題，因此，為了保證分佈回饋式鐳射器能夠正常工作，需要增加分佈回饋式鐳射器的長度，導致分佈回饋式鐳射器一般呈細長條結構。當邊發射鐳射器的發光面11朝向準直元件20時，邊發射鐳射器呈豎直放置，由於邊發射鐳射器呈細長條結構，邊發射鐳射器容易出現跌落、移位或晃動等意外，可以藉由設置固定件以將邊發射鐳射器固定住，防止邊發射鐳射器發生跌落、移位或晃動等意外。
請一併參閱圖17至圖20，在某些實施方式中，固定件可為封膠15，鐳射發射器10可以藉由封膠15粘接在基板62上，例如鐳射發射器10與發光面11相背的一面粘接在基板62上。鐳射發射器10的側面12也可以粘接在基板62上，封膠15包裹住四周的側面，也可以僅粘結側面的某一個面與基板62或粘結某幾個面與基板62。此時封膠15可以為導熱膠，以將鐳射發射器10工作產生的熱量傳導至基板62中。
請參閱圖17、圖18和圖21，在某些實施方式中，鐳射發射器10也可採用如圖21所示的固定方式固定在基板62上。具體地，固定件還可為彈性的支撐架16。支撐架16的個數為兩個或兩個以上。複數支撐架16共同形成收容空間161。收容空間161用於收容鐳射發射器10，複數支撐架16用於支撐住鐳射發射器10。如此，可以防止鐳射發射器10發生晃動。
在某些實施方式中，基板111可以省去，鐳射發射器10可以直接固定在電路板112上以減小鐳射投射模組10的整體厚度。
綜上，本發明實施方式的鐳射投射模組100、深度相機1000和電子裝置3000藉由在鐳射投射模組100的準直元件20和繞射元件30上設置檢測元件40，利用檢測元件40檢測準直元件20和繞射元件30之間的距離，在二者之間的距離發生變化且變化值超過預定區間時確定準直元件20和/或繞射元件30脫落或傾斜，此時，處理器70可立即關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率，從而避免因準直元件20和/或繞射元件30脫落而出現出射的鐳射能量過大，對用戶的眼睛產生危害的問題，提升鐳射投射模組100使用的安全性。
本發明實施方式的鐳射投射模組100、深度相機1000和電子裝置3000藉由在鐳射投射模組100的準直元件20和/或繞射元件30上設置檢測元件40，利用檢測元件40檢測準直元件20和/或繞射元件30的電訊號以檢測準直元件20和/或繞射元件30是否破裂，在準直元件20和繞射元件30中的任意一個破裂時處理器70可立即關閉鐳射發射器10或減小鐳射發射器10的發射功率，從而避免因準直元件20和/或繞射元件30損壞而出現出射的鐳射能量過大，對用戶的眼睛產生危害的問題，提升鐳射投射模組使用的安全性。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的係相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或複數實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的係，上述實施例係示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
1000‧‧‧深度相機 100‧‧‧鐳射投射模組 10‧‧‧鐳射發射器 11‧‧‧發光面 12‧‧‧側面 15‧‧‧封膠 16‧‧‧支撐架 161‧‧‧收容空間 20‧‧‧準直元件 201‧‧‧準直入射面 202‧‧‧準直出射面 30‧‧‧繞射元件 301‧‧‧繞射入射面 302‧‧‧繞射出射面 40‧‧‧檢測元件 41‧‧‧檢測電極 421‧‧‧發射器 422‧‧‧接收器 50‧‧‧鏡筒 51‧‧‧收容腔 52‧‧‧承載台 521‧‧‧通孔 53‧‧‧側壁 60‧‧‧基板組件 61‧‧‧電路板 611‧‧‧過孔 62‧‧‧基板 621‧‧‧散熱孔 70‧‧‧處理器 200‧‧‧圖像採集器 901‧‧‧投射視窗 902‧‧‧採集視窗 1231‧‧‧過光孔 1232‧‧‧限位面 2000‧‧‧殼體 3000‧‧‧電子裝置
圖1係本發明某些實施方式的電子裝置的結構示意圖。 圖2係本發明某些實施方式的深度相機的結構示意圖。 圖3係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖4係圖3所示的鐳射投射模組沿IV-IV線的截面示意圖。 圖5係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖6係圖5所示的鐳射投射模組沿VI-VI線的截面示意圖。 圖7係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖8係圖7所示的鐳射投射模組沿VIII-VIII線的截面示意圖。 圖9係另一實施方式的鐳射投射模組被與圖7的所示的VIII-VIII線相同的截面線的截面示意圖。 圖10係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖11係圖10所示的鐳射投射模組沿XI-XI線的截面示意圖。 圖12係另一實施方式的鐳射投射模組被與圖10所示的XI-XI線相同的截面線的截面示意圖。 圖13係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖14係圖13所示的鐳射投射模組沿XIV-XIV線的截面示意圖。 圖15係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖16係圖15所示的鐳射投射模組沿XVI-XVI線的截面示意圖。 圖17和圖18係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的結構示意圖。 圖19至圖21係本發明某些實施方式的鐳射投射模組的部分結構示意圖。
100‧‧‧鐳射投射模組
10‧‧‧鐳射發射器
20‧‧‧準直元件
201‧‧‧準直入射面
202‧‧‧準直出射面
30‧‧‧繞射元件
301‧‧‧繞射入射面
302‧‧‧繞射出射面
40‧‧‧檢測元件
41‧‧‧檢測電極
50‧‧‧鏡筒
51‧‧‧收容腔
60‧‧‧基板組件
61‧‧‧電路板
611‧‧‧過孔
62‧‧‧基板
70‧‧‧處理器

Claims (17)

  1. 一種鐳射投射模組，其改進在於，所述鐳射投射模組包括：鐳射發射器，所述鐳射發射器用於發射鐳射；準直元件，所述準直元件用於準直所述鐳射；繞射元件，所述繞射元件用於繞射經所述準直元件準直後的所述鐳射以形成鐳射圖案；檢測元件，所述檢測元件設置在所述準直元件和/或所述繞射元件上，所述檢測元件用於輸出電訊號；與所述檢測元件連接的處理器，所述處理器用於接收所述電訊號、並根據所述電訊號檢測所述準直元件和/或所述繞射元件是否異常；所述檢測元件設置在所述準直元件和所述繞射元件上，所述檢測元件用於檢測所述準直元件和所述繞射元件之間的距離並輸出電訊號，所述處理器用於判斷所述電訊號是否在預設範圍內、以及在所述電訊號不在所述預設範圍內時確定所述準直元件和所述繞射元件之間的距離變化超過預定區間；所述鐳射投射模組還包括基板組件和鏡筒，所述基板組件包括基板和設置在所述基板上的電路板，所述鏡筒設置在所述電路板上並與所述電路板圍成收容腔，所述準直元件和所述繞射元件收容在所述收容腔內，且沿所述鐳射發射器的發光光路依次設置，所述鏡筒的側壁向所述收容腔的中心延伸有承載台，所述繞射元件放置在所述承載台上；所述承載台開設有通孔，所述檢測元件包括兩個檢測電極；兩個所述檢測電極分別設置在所述準直元件和所述繞射元件上，且收容在所述通孔中以形成電容。
  2. 根據申請專利範圍第1項之鐳射投射模組，其中，所述檢測元件包括發射器和接收器，所述發射器和所述接收器分別設置在所述準直元件和所述繞射元件上，所述發射器與所述接收器對應設置，所述發射器用於發射光線或超聲波，所述接收器用於接收所述發射器發射的光線或超聲波；或所述檢測元件包括發射器和接收器，所述發射器和所述接收器分別設置在所述繞射元件和所述準直元件上，所述發射器與所述接收器對應設置，所述發射器用於發射光線或超聲波，所述接收器用於接收所述發射器發射的光線或超聲波。
  3. 根據申請專利範圍第1項之鐳射投射模組，其中，所述鐳射發射器包括邊發射鐳射器，所述邊發射鐳射器包括發光面，所述發光面朝向所述準直元件。
  4. 根據申請專利範圍第3項之鐳射投射模組，其中，所述鐳射投射模組還包括固定件，所述固定件用於將所述邊發射鐳射器固定在所述基板組件上。
  5. 根據申請專利範圍第4項之鐳射投射模組，其中，所述固定件包括封膠，所述封膠設置在所述邊發射鐳射器與所述基板組件之間，所述封膠為導熱膠。
  6. 根據申請專利範圍第4項之鐳射投射模組，其中，所述固定件包括設置在所述基板組件上的至少兩個彈性的支撐架，至少兩個所述支撐架共同形成收容空間，所述收容空間用於收容所述鐳射發射器，至少兩個所述支撐架用於支撐住所述鐳射發射器。
  7. 根據申請專利範圍第1項之鐳射投射模組，其中，所述基板開設有散熱孔。
  8. 一種鐳射投射模組，其改進在於，所述鐳射投射模組包括：鐳射發射器，所述鐳射發射器用於發射鐳射；準直元件，所述準直元件用於準直所述鐳射；繞射元件，所述繞射元件用於繞射經所述準直元件準直後的所述鐳射以形成鐳射圖案；檢測元件，所述檢測元件設置在所述準直元件和/或所述繞射元件上，所述檢測元件用於輸出電訊號；與所述檢測元件連接的處理器，所述處理器用於接收所述電訊號、並根據所述電訊號檢測所述準直元件和/或所述繞射元件是否異常；所述準直元件包括位於相背兩側的準直入射面和準直出射面，所述繞射元件包括位於相背兩側的繞射入射面和繞射出射面，所述檢測元件包括分別設置在所述準直入射面與所述準直出射面和/或所述繞射入射面與所述繞射出射面之間的檢測電極對，所述檢測電極對通電後輸出所述電訊號，所述處理器用於根據所述電訊號的變化檢測所述準直元件和/或所述繞射元件是否破裂；所述鐳射投射模組還包括：基板組件，所述基板組件包括基板和承載在所述基板上的電路板，所述電路板開設有過孔，所述鐳射發射器承載在所述基板上並收容在所述過孔內；鏡筒，所述鏡筒包括側壁，所述側壁設置在所述基板組件上並與所述基板組件共同形成收容腔，所述鐳射發射器、所述準直元件和所述繞射元件均收容在所述收容腔內並依次設置在所述鐳射發射器的發光光路上； 所述鏡筒還包括自所述鏡筒的側壁向所述收容腔的中心延伸的承載台，所述繞射元件安裝在所述承載台上；所述承載台開設有通孔，所述位於所述準直出射面和/或位於所述繞射入射面的所述檢測元件收容在所述通孔中。
  9. 根據申請專利範圍第8項之鐳射投射模組，其中，所述檢測電極對形成電容，所述處理器用於根據所述電容的電容值變化判斷所述準直元件和/或所述繞射元件是否破裂。
  10. 根據申請專利範圍第1項之鐳射投射模組，其中，所述鐳射發射器包括邊發射鐳射器，所述邊發射鐳射器包括發光面，所述發光面朝向所述準直元件。
  11. 根據申請專利範圍第10項之鐳射投射模組，其中，所述鐳射投射模組還包括固定件，所述固定件用於將所述邊發射鐳射器固定在所述基板組件上。
  12. 根據申請專利範圍第11項之鐳射投射模組，其中，所述固定件包括封膠，所述封膠設置在所述邊發射鐳射器與所述基板組件之間，所述封膠為導熱膠。
  13. 根據申請專利範圍第11項之鐳射投射模組，其中，所述固定件包括設置在所述基板組件上的至少兩個彈性的支撐架，至少兩個所述支撐架共同形成收容空間，所述收容空間用於收容所述鐳射發射器，至少兩個所述支撐架用於支撐住所述鐳射發射器。
  14. 根據申請專利範圍第8項之鐳射投射模組，其中，所述基板開設有散熱孔。
  15. 一種深度相機，其改進在於，所述深度相機包括：申請專利範圍第1項至第14項中任意一項所述的鐳射投射模組；圖像採集器，所述圖像採集器用於採集由所述鐳射投射模組向目標空間中投射的鐳射圖案；以及所述處理器用於處理所述鐳射圖案以獲得深度圖像。
  16. 根據申請專利範圍第15項之深度相機，其中，所述處理器還用於根據所述檢測元件的電訊號判斷所述鐳射投射模組的工作狀態以控制所述鐳射投射模組的鐳射發射器發射或關閉。
  17. 一種電子裝置，其改進在於，所述電子裝置包括：殼體；以及申請專利範圍第16項所述的深度相機，所述深度相機設置在所述殼體內並從所述殼體暴露以獲取深度圖像。
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