本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种激光投射模组、深度相机和电子装置。
背景技术：
激光投射模组由光源、准直元件和衍射光学元件(diffractiveopticalelements，doe)组成。准直元件中一般包括有透镜结构，且透镜由玻璃材质制成，导致激光投射模组的成本较高、不便于量产。
技术实现要素：
本发明实施方式提供一种激光投射模组、深度相机和电子装置。
本发明实施方式的激光投射模组，包括：
光源，所述光源用于发射激光；
准直元件，所述准直元件用于准直所述激光，所述准直元件包括一个或多个透镜，一个或多个所述透镜设置在所述光源的发光光路上，所述透镜采用塑料材质制成；及
衍射光学元件，所述衍射光学元件用于衍射所述准直元件准直后的激光以形成激光图案。
在某些实施方式中，所述准直元件包括第一透镜，所述第一透镜包括相背的第一入光面和第一出光面，所述第一入光面为凹面，所述第一出光面为凸面。
在某些实施方式中，所述准直元件包括多个透镜，多个所述透镜共轴依次设置在所述光源的发光光路上。
在某些实施方式中，多个所述透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜包括相背的第一入光面和第一出光面，所述第二透镜包括相背的第二入光面和第二出光面，所述第一出光面的顶点与所述第二入光面的顶点抵触，所述第一入光面为凹面，所述第二出光面为凸面。
在某些实施方式中，所述第一出光面和所述第二入光面均为凸面。
在某些实施方式中，多个所述透镜包括第一透镜、第二透镜、及第三透镜，所述第一透镜包括相背的第一入光面和第一出光面，所述第二透镜包括相背的第二入光面和第二出光面，所述第三透镜包括相背的第三入光面和第三出光面，所述第三入光面为凹面，所述第三出光面为凸面。
在某些实施方式中，所述第一入光面为凸面，所述第一出光面为凹面，所述第二入光面为凹面，所述第二出光面为凹面。
在某些实施方式中，所述准直元件包括多个透镜，多个所述透镜依次设置在所述光源的发光光路上，至少一个所述透镜的光轴相对于其他所述透镜的光轴偏移。
在某些实施方式中，所述准直元件包括多个透镜，至少两个所述透镜的光心位于与第一方向垂直的同一平面上，所述第一方向为由所述光源至所述衍射光学元件的方向。
在某些实施方式中，至少一个所述透镜的光轴与其他所述透镜的光轴平行。
在某些实施方式中，所述光源为垂直腔面发射激光器；或者所述光源为边发射激光器。
在某些实施方式中，所述光源为边发射激光器，所述光源包括发光面，所述发光面朝向所述准直元件。
本发明实施方式的深度相机，包括：
上述任一实施方式所述的激光投射模组；
图像采集器，所述图像采集器用于采集经所述衍射光学元件后向目标空间中投射的激光图案；和
分别与所述激光投射模组、及所述图像采集器连接的处理器，所述处理器用于处理所述激光图案以获得深度图像。
本发明实施方式的电子装置，包括：
壳体；及
上述任一实施方式所述的深度相机，所述深度相机设置在所述壳体内并从所述壳体暴露以获取深度图像。
本发明实施方式的激光投射模组、深度相机和电子装置中，准直元件的透镜均由塑料材质制成，成本较低、便于量产。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明某些实施方式的激光投射模组的结构示意图；
图2至图4是本发明某些实施方式的激光投射模组的部分结构示意图；
图5至图16是本发明某些实施方式的激光投射模组的准直元件的部分结构示意图；
图17是本发明某些实施方式的深度相机的结构示意图；
图18是本发明某些实施方式的电子装置的结构示意图；
主要元件及符号说明：
激光投射模组100、基板组件10、基板11、散热孔111、电路板12、过孔121、镜筒20、收容腔21、顶部22、底部23、通孔24、承载台25、第一段结构26、第一段结构27、保护罩30、抵触面31、透光孔32、光源40、发光面41、侧面42、准直元件50、第一透镜51、第一入光面511、第一出光面512、第二透镜52、第二入光面521、第二出光面522、第三透镜53、第三入光面531、第三出光面532、第四透镜54、第五透镜55、第六透镜56、衍射光学元件60、衍射出射面61、衍射入射面62、封胶70、支撑块80、深度相机400、投射窗口401、采集窗口402、图像采集器200、处理器300、电子装置1000、壳体500。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。
在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明的实施方式和简化描述，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发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本发明实施方式的激光投射模组100包括基板组件10、镜筒20、保护罩30、光源40、准直元件50、及衍射光学元件60。
基板组件10包括基板11及承载在基板11上的电路板12。基板11的材料可以为塑料，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycolterephthalate，pet)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚酰亚胺(polyimide，pi)中的任意一种或多种。如此，基板11的质量较轻且具有足够的支撑强度。电路板12可以是硬板、软板或软硬结合板。电路板12上开设有过孔121。光源40通过过孔121固定在基板11上并与电路板12电连接。基板11上可以开设有散热孔111，光源40或电路板12工作产生的热量可以由散热孔111散出，散热孔111内还可以填充导热胶，以进一步提高基板组件10的散热性能。
镜筒20设置在基板组件10上并与基板组件10共同形成收容腔21。光源40、准直元件50、及衍射光学元件60均收容在收容腔21内。准直元件50与衍射光学元件60依次设置在光源40的发光光路上。镜筒20包括相背的顶部22及底部23。镜筒20形成有贯穿顶部22及底部23的通孔24。底部23承载在基板组件10上，具体可通过胶水固定在电路板12上。镜筒20的内壁向通孔24的中心延伸有环形承载台25，衍射光学元件60承载在承载台25上。
保护罩30设置在顶部22上，保护罩30包括位于收容腔21内并与基板11相对的抵触面31。保护罩30及承载台25分别从衍射光学元件60的相背两侧抵触衍射光学元件60。抵触面31为保护罩30的与衍射光学元件60相抵触的表面。激光投射模组100利用保护罩30抵触衍射光学元件60以使衍射光学元件60收容在收容腔21内，并防止衍射光学元件60沿出光方向脱落。
在某些实施方式中，保护罩30可由金属材料制成，例如纳米银丝、金属银线、铜片等。保护罩30开设有透光孔32。透光孔32与通孔24对准。透光孔32用于出射衍射光学元件60投射的激光图案。透光孔32的孔径大小小于衍射光学元件60的宽度或长度中的至少一个以将衍射光学元件60限制在收容腔21内。
在某些实施方式中，保护罩30可由透光材料制成，例如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚酰亚胺(polyimide，pi)等。由于玻璃、pmma、pc、及pi等透光材料均具有优异的透光性能，保护罩30可以不用开设透光孔32。如此，保护罩30能够在防止衍射光学元件60脱落的同时，避免衍射光学元件60裸露在镜筒20的外面，对衍射光学元件60起到防水、防尘的作用。
光源40用于发射激光。光源40可以是垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)或者边发射激光器(edge-emittinglaser，eel)。在如图1所示的实施例中，光源40为边发射激光器，具体地，光源40可以为分布反馈式激光器(distributedfeedbacklaser，dfb)。光源40用于向收容腔21内发射激光。请结合图2，光源40整体呈柱状，光源40远离基板组件10的一个端面形成发光面41，激光从发光面41发出，发光面41朝向准直元件50且发光面41与准直元件50的准直光轴垂直，准直光轴穿过发光面51的中心。光源40固定在基板组件10上，具体地，光源40可以通过封胶70粘结在基板组件10上，例如光源40的与发光面41相背的一面粘接在基板组件10上。请结合图1和图3，光源40的侧面42也可以粘接在基板组件10上，封胶70包裹住四周的侧面42，也可以仅粘结侧面42的某一个面与基板组件10或粘结某几个面与基板组件10。此时封胶70可以为导热胶，以将光源40工作产生的热量传导至基板组件10中。
上述的激光投射模组100的光源40采用边发射激光器，一方面边发射激光器较vcsel阵列的温漂较小，另一方面，由于边发射激光器为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，激光投射模组100的光源40成本较低。
分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益。要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布反馈式激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度，导致分布反馈式激光器一般呈细长条结构。当边发射激光器的发光面41朝向准直元件50时，边发射激光器呈竖直放置，由于边发射激光器呈细长条结构，边发射激光器容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置封胶70能够将边发射激光器固定住，防止边发射激光器发生跌落、位移或晃动等意外。
在某些实施方式中，光源40也可以采用如图4所示的固定方式固定在基板组件10上。具体地，激光投射模组100包括多个支撑块80，支撑块80可以固定在基板组件10上，多个支撑块80共同包围光源40，在安装时可以将光源40直接安装在多个支撑块80之间。在一个例子中，多个支撑块80共同夹持光源40，以进一步防止光源40发生晃动。
准直元件50用于准直光源40发射的激光。准直元件50固定在镜筒20上，承载台25位于准直元件50与衍射光学元件60之间。准直元件50包括一个或多个透镜，一个或多个透镜设置在光源40的发光光路上，透镜采用塑料材质制成。由于本发明实施方式的准直元件50的透镜均由塑料材质制成，成本较低、便于量产。
请一并参阅图1及图5，在某些实施方式中，准直元件50可仅包括第一透镜51，第一透镜51包括相背的第一入光面511和第一出光面512。第一入光面511为第一透镜51靠近光源40的表面，第一出光面512为第一透镜51靠近衍射光学元件60的表面。第一入光面511为凹面，第一出光面512为凸面。第一透镜51的面型可以为非球面、球面、菲涅尔面、或二元光学面。光阑设置在光源40与第一透镜51之间，用于对光束起限制作用。
在某些实施方式中，准直元件50可包括多个透镜，多个透镜共轴依次设置在光源40的发光光路上。每个透镜的面型可以为非球面、球面、菲涅尔面、二元光学面中的任意一种。
例如：请一并参阅图1及图6，多个透镜可包括第一透镜51和第二透镜52。第一透镜51和第二透镜52共轴依次设置在光源40的发光光路上。第一透镜51包括相背的第一入光面511和第一出光面512。第一入光面511为第一透镜51靠近光源40的表面，第一出光面512为第一透镜51靠近衍射光学元件60的表面。第二透镜52包括相背的第二入光面521和第二出光面522。第二入光面521为第二透镜52靠近光源40的表面，第二出光面522为第二透镜52靠近衍射光学元件60的表面。第一出光面512的顶点与第二入光面521的顶点抵触，第一入光面511为凹面，第二出光面522为凸面。光阑设置在第二入光面521上，用于对光束起限制作用。进一步地，第一出光面512和第二入光面521可均为凸面。如此，便于第一出光面512的顶点与第二入光面521的顶点抵触。第一出光面512的曲率半径小于第二入光面521的曲率。
请一并参阅图1及图7，多个透镜还可包括第一透镜51、第二透镜52、及第三透镜53。第一透镜51、第二透镜52、及第三透镜53共轴依次设置在光源40的发光光路上。第一透镜51包括相背的第一入光面511和第一出光面512。第一入光面511为第一透镜51靠近光源40的表面，第一出光面512为第一透镜51靠近衍射光学元件60的表面。第二透镜52包括相背的第二入光面521和第二出光面522。第二入光面521为第二透镜52靠近光源40的表面，第二出光面522为第二透镜52靠近衍射光学元件60的表面。第三透镜53包括相背的第三入光面531和第三出光面532。第三入光面531为第三透镜53靠近光源40的表面，第三出光面532为第三透镜53靠近衍射光学元件60的表面。第三入光面531为凹面，第三出光面532为凸面。光阑设置在第三出光面532上，用于对光束起限制作用。进一步地，第一入光面511可为凸面，第一出光面512为凹面，第二入光面521为凹面，第二出光面522为凹面。
在某些实施方式中，准直元件50包括多个透镜。多个透镜依次设置在光源40的发光光路上，至少一个透镜的光轴相对于其他透镜的光轴偏移。此时，镜筒20的结构可呈一段或多段结构，每段结构用于安装对应的透镜。
例如：请一并参阅图8至图12，准直元件50包括第一透镜51、第二透镜52和第三透镜53。第一透镜51、第二透镜52和第三透镜53依次设置在光源40的发光光路上。第二透镜52的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第一透镜51的光轴与第三透镜53的光轴重合(如图8所示)，进一步地，第二透镜52的光轴可与第一透镜51的光轴平行，此时，镜筒20的结构可呈两段结构，第一段结构26用于安装第一透镜51与第二透镜52，第二段结构27用于安装第三透镜53，第一段结构26与第二段结构27倾斜相接，第二透镜52安装在第一段结构26与第二段结构27的相接处，如此，多个透镜形成弯折形的结构有利于增加光程，从而减小激光投射模组100整体的高度，第一段结构26和第二段结构27的内壁涂布有反射涂层，反射涂层用于反射光线，以使得光源40发射的光线能够依次经过第一入光面511、第一出光面512、第二入光面521、第二出光面522、第三入光面531、以及第三出光面532；当然，在其他实施方式中，第一段结构26和第二段结构27也可为独立于镜筒20的反射元件，反射元件设置在镜筒20上，反射元件为棱镜或面镜等，反射元件用于反射光线以改变光路的方向；或者，第一透镜51的光轴相对于第二透镜52的光轴偏移，第二透镜52的光轴与第三透镜53的光轴重合(如图9所示)，进一步地，第一透镜51的光轴可与第二透镜52的光轴平行；或者，第三透镜53的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第一透镜51的光轴与第二透镜52的光轴重合(如图10所示)，进一步地，第三透镜53的光轴可与第一透镜51的光轴平行；或者，第二透镜52的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第三透镜53的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第二透镜52的光轴和第三透镜53的光轴位于第一透镜51的光轴的同侧(如图11所示)，进一步地，第一透镜51的光轴可与第二透镜52的光轴平行，第一透镜51的光轴与第三透镜53的光轴平行，第二透镜52的光轴与第三透镜53的光轴平行；或者，第二透镜52的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第三透镜53的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第二透镜52的光轴和第三透镜53的光轴位于第一透镜51的光轴的异侧(如图12所示)，进一步地，第一透镜51的光轴可与第二透镜52的光轴平行，第一透镜51的光轴与第三透镜53的光轴平行，第二透镜52的光轴与第三透镜53的光轴平行。
较佳地，第二透镜52的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第三透镜53的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第二透镜52的光轴和第三透镜53的光轴位于第一透镜51的光轴的异侧。如此，多个透镜形成弯折形的结构有利于增加光程，增长焦距，降低激光投射模组100的高度。当然，准直元件50也可以包括更多个透镜，例如，请参阅图13，准直元件50包括第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53、第四透镜54、、第五透镜55、及第六透镜56。第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53、第四透镜54、第五透镜55、及第六透镜56依次设置在光源40的发光光路上。第二透镜52的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第三透镜53的光轴相对于第一透镜51的光轴偏移，第二透镜52的光轴和第三透镜53的光轴位于第一透镜51的光轴的异侧，第四透镜54的光轴与第二透镜52的光轴重合，第五透镜55的光轴与第三透镜53的光轴重合，第六透镜56的光轴与第一透镜51的光轴重合。
需要指出的是，在图9至图13所示的激光投射模组100中，镜筒20的结构与图8所示的镜筒20的结构相同或类似，镜筒20的结构可呈一段或多段结构，在此不再赘述。
在某些实施方式中，准直元件50包括多个透镜，至少两个透镜的光心位于与第一方向垂直的同一平面上，第一方向为由光源40至衍射光学元件60的方向。
例如：请一并参阅图14至图16，准直元件50包括第一透镜51、第二透镜52和第三透镜53。第一透镜51的光心与第二透镜52的光心位于同一平面上(如图14所示)，第一透镜51的光轴和第二透镜52的光轴可位于第三透镜53的光轴的异侧；或者，第二透镜52的光心与第三透镜53的光心位于同一平面上(如图15所示)，第二透镜52的光轴和第三透镜53的光轴可位于第一透镜51的光轴的异侧；或者，第一透镜51的光心与第三透镜53的光心位于同一平面上；或者，第一透镜51的光心、第二透镜52的光心、与第三透镜53的光心均位于同一平面上(如图16所示)。进一步地，第一透镜51的光轴可与第二透镜52的光轴平行，第一透镜51的光轴与第三透镜53的光轴平行，第二透镜52的光轴与第三透镜53的光轴平行。
请再次参阅图1，衍射光学元件60用于衍射准直元件50准直后的激光以形成激光图案。衍射光学元件60包括相背的衍射出射面61和衍射入射面62。保护罩30可以通过胶水粘贴在顶部22上，抵触面31与衍射出射面61抵触，衍射入射面62与承载台25抵触，从而衍射光学元件60不会沿出光方向从收容腔21脱落。衍射光学元件60可以由玻璃材质制成，也可以由复合塑料(如pet)制成。
在组装上述的激光投射模组100时，沿着光路从镜筒20的底部23依次向通孔24内放入准直元件50、及安装好光源40的基板组件10。光源40可以先安装在基板组件10上，然后再将安装有光源40的基板组件10与底部23固定。逆着光路的方向从顶部22将衍射光学元件60放入通孔24并承载在承载台25上，然后再安装保护罩30，并使得衍射光学元件60的衍射出射面61与保护罩30抵触，衍射入射面62与承载台25抵触。激光投射模组100结构简单，组装方便。
请参阅图17，本发明实施方式的深度相机400包括上述任一实施方式的激光投射模组100、图像采集器200、及处理器300。图像采集器200用于采集经衍射光学元件50后向目标空间中投射的激光图案。处理器300分别与激光投射模组100、及图像采集器200连接。处理器300用于处理激光图案以获得深度图像。
具体地，激光投射模组100通过投射窗口401向外投射向目标空间中投射的激光图案，图像采集器200通过采集窗口402采集被目标物体调制后的激光图案。图像采集器200可为红外相机，处理器300采用图像匹配算法计算出该激光图案中各像素点与参考图案中的对应各个像素点的偏离值，再根据该偏离值进一步获得该激光图案的深度图像。其中，图像匹配算法可为数字图像相关(digitalimagecorrelation，dic)算法。当然，也可以采用其它图像匹配算法代替dic算法。
本发明实施方式的深度相机400中，准直元件50的透镜均由塑料材质制成，成本较低、便于量产。
请参阅图18，本发明实施方式的电子装置1000包括壳体500及上述实施方式的深度相机400。深度相机400设置在壳体500内并从壳体500暴露以获取深度图像。电子装置1000包括但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。
本发明实施方式的电子装置1000中，准直元件50的透镜均由塑料材质制成，成本较低、便于量产。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。