结构稳定的3D成像装置的制作方法

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种结构稳定的3D成像装置。

背景技术：

深度相机可以获取目标的深度信息借此实现3D扫描、场景建模、手势交互，与目前被广泛使用的RGB相机相比，深度相机正逐步受到各行各业的重视。例如利用深度相机与电视、电脑等结合可以实现体感游戏以达到游戏健身二合一的效果，微软的KINECT、奥比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango项目致力于将深度相机带入移动设备，如平板、手机，以此带来完全颠覆的使用体验，比如可以实现非常真实的AR游戏体验，可以使用其进行室内地图创建、导航等功能。

智能电子设备如手机、平板等对内置3D成像的深度相机有着日益迫切的需求，随着深度相机目前正快速朝着体积越来越小、功耗越来越低的方向发展，深度相机作为内置元器件从而嵌入到其他电子设备中逐渐成为可能。然而，由于电子设备对外观、体积的不断追求，再加上电子设备需要具备一定的抗摔性能，因而给其内置元器件的设计、安装等也带来了巨大的挑战，不仅要求元器件具有微小的体积、较低的功耗以及高散热性能，还要求各元器件具有足够稳定的结构。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中嵌入式3D成像装置结构稳定性差的问题，提供一种结构稳定的3D成像装置。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述。

本发明提供一种3D成像装置，其特征在于，包括：投影模组，用于发射结构光图案化光束；采集模组，用采集收所述结构光图案；支架，设有用于包围所述投影模组以及所述采集模组对应的通孔，用于固定所述投影模组以及所述采集模组；基底，连接于所述投影模组以及采集模组底部，用于支撑及加强所述投影模组以及采集模组。

在一些实施方案中，所述3D成像装置还包括彩色相机模组，用于采集彩色图像，所述彩色相机模组位于所述投影模组以及所述彩色相机模组之间，所述彩色相机模组与所述投影模组之间的距离大于所述彩色相机模组与所述采集模组之间的距离。

在一些实施方案中，所述支架及基底为合金材料支架，所述合金材料包括铝合金、锌合金、不锈钢合金中的一种。

在一些实施方案中，所述支架及基底通过粉末冶金、钣金、压铸、冲压、液态金属成型等工艺制作而成。

在一些实施方案中，所述基底包括陶瓷或铜材料，用于散热所述装置的热量。

在一些实施方案中，所述支架宽度为3mm~10mm，所述支架高度为1mm~10mm，所述基底厚度为0.1mm~2mm。

在一些实施方案中，所述基底与所述支架的连接方式为螺纹、点胶、焊接、铆接、卡扣、粘胶等方式中的一种或多种的组合。

本发明还提供一种电子设备，其特征在于，包括如上所述的3D成像装置，安装在所述电子设备的第一平面上，用于获取深度图像和/或彩色图像；显示器，安装在所述电子设备的第二平面上，用于显示图像。

在一些实施方案中，所述第一平面与所述第二平面为同一股平面或所述第一平面与所述第二平面为相对立的平面。

本实用新型的有益效果为：提供了一种3D成像装置，利用有通孔的支架以及基底固定至少一个光学模组，以减少整体体积并提高稳定性，另外采用金属或陶瓷等散热材质来实现对光学模组的散热以提高装置的整体散热性。与已有技术相比，本实用新型中的3D成像装置的结构体积得以减小、稳定性以及散热性能都得到了提升。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的3D成像装置正面立体示意图。

图2是根据本实用新型一个实施例的3D成像装置背面立体示意图。

图3是根据本实用新型一个实施例的移动终端结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例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，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

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实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。

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该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型针对用于3D成像的深度相机或者嵌入了深度相机模组的电子设备，提出了一种结构稳定、体积小且高散热的结构方案。本实用新型所提出的结构方案适用了所有类型的深度相机或电子设备，在下文的说明中将以基于结构光技术的深度相机及其相关的电子设备进行阐述本实用新型思想。

图1与图2所示的是根据本实用新型一个实施例的3D成像装置的立体示意图。3D成像装置1即深度相机包括用于3D成像的投影模组13及相应的采集模组11，其中投影模组13用于向空间中投射结构光图案，采集模组11则用于采集被目标调制后的结构光图案，通过对调制的结构光图案进行分析计算获取目标的深度图像，这里的分析计算一般由深度相机中的专用处理器（图中未示出）来完成。一般地，投影模组13用于投射不可见光图案，比如红外光，相应的，采集模组11也应该是红外相机，在一些实施例中，结构光图案也可以是其他任何波长的光，比如紫外、可见光等。

采集模组11与投影模组13之间有一定的间距，这里称为基线。对于结构光深度相机而言，基线的长度会影响深度相机的测量范围及精度，一般地，基线越长，测量范围越大；另外，对于同一测量距离，基线越长，测量精度则越高。然而当基线长时，要求深度相机的尺寸也就越大，导致难以嵌入到一些微型的电子设备中，因此基线的选取应是对深度相机尺寸、测量范围、精度等多方面的综合考虑。一般地，对于消费级深度相机而言，基线的距离宜处在区间1cm~10cm之间。

为了让深度相机1拥有更多的功能，一般地，还在深度相机1中配置了彩色相机模组，比如RGB相机模组12，在后文的说明中均以RGB相机模组为例进行说明。配置了RGB相机模组12的深度相机1则拥有了同步获取目标深度图像以及RGB图像的能力。由于采集模组11与RGB相机模组12之间存在一定的距离，因此分别获取的深度图像与RGB图像之间必然存在一定的视差。在一些应用中，希望利用的是没有视差的深度图像与RGB图像，即RGBD图像。为此，往往需要对采集模组11与RGB相机模组12进行标定以获取二者之间的相对位置关系，根据标定结果则可以消除视差，这一过程往往也被称为配准。采集模组11与RGB相机模组12之间的距离越小，视差也就越小，配准的难度会降低，因此，往往RGB相机模组12会相对靠近采集模组11一些，如图1所示。在其他实施例中，RGB相机模组也可以放置在其他位置。

在其他实施例中，也可以配置除RGB模组外的其他模组，比如在投影模组13的另一边同样也设置一个与采集模组11相同的模组，即三者在同一基线上，但两个采集模组分别位于两侧，这样就构成了主动双目结构光原理的3D成像设备。在一个实施例中，两个采集模组11与投影模组13之间的基线距离不同，由此可以满足不同测量范围的应用需要，比如当测量距离远时，可以采用基线较长的采集模组11与投影模组13来进行测量；或者同时开启两个采集模组11，但分别进行深度测量，将最终得到的两个深度图像进行融合以得到测量范围、分辨率更大的深度图像。可以理解的是，当测量距离不同时，采集模组11中的透镜的焦距也不相同。

在后续的说明中将投影模组13、采集模组11以及RGB相机模组统称为光学模组，可以理解的是，光学模组还可以包括更多种类，比如基于TOF技术的深度相机中的发射模组与接收模组。

在将深度相机嵌入到其他电子设备中时，需要保证深度相机各个部件的稳定性，另外还要保证各个光学模组的高散热性。在图1与图2所示的深度相机中，各个光学模组被固定在支架14上，支架中开有能包围各个光学模组的通孔，以保证各个光学模组在水平方向上相对位置固定，另外在各个光学模组的底部还用基底15来支撑及加强各个光学模组，以保证各个光学模组在垂直方向上相对位置固定，通过此方式来实现对各个光学模组的结构稳定性。

支架14一般由刚性较好的材料通过一定的工艺制成，比如钢、铝合金、锌合金、不锈钢合金等通过粉末冶金、钣金、压铸、冲压、液态金属成型等工艺制作而成，支架整体高度约为1mm~10mm，宽度约为3mm~10mm。支架14也可以是电子设备中的主板或用于固定其他器件的支架。基底15也可以由合金材料、铜等金属制成，优选地，基底15由铜或陶瓷材料制成，不仅可以提供钢性支撑还能提供较好的散热性能，厚度约为0.1mm~2mm。支架14与基底15之间连接以保证整体稳定性。

在一种实施例中，光学模组进入支架14通孔中的部分被制造成方形形状，如本实施例中的投影模组13所示，支架14的相应通孔也被设置成方形形状，这种结构的好处在于无需额外设置定位结构。在其他实施例中，光学模组可以被设置成其他任何可以唯一定位的形状。可以理解的是，这种结构的光学模组自身就是一种定位结构。

各个光学模组被固定在支架14与基底15上，支架14与基底15之间可以直接连接也可以通过其他结构间接连接以保证整体结构的稳定性，连接方式为螺纹、点胶、焊接、铆接、卡扣、粘胶等方式中的一种或多种的组合。光学模组底部由基底15支撑，上部被支架14的通孔包围固定以保证稳定性。

各个光学模组还包括底部电路板17，包括印制电路板(PCB)、柔性电路板（FPC）、软硬结合板的一种或组合。电路板17的末端一般设置有连接器16，连接器16可以包括任何形式，比如板对板(BTB)连接器、零插入力（ZIF）连接器等。

以上的实施例中是以深度相机的结构进行说明的，实际上，深度相机将会越来越多的成为电子设备，比如手机、电脑、平板、电视等的元器件，实际上深度相机本身也是一种电子设备，以使得电子设备具有3D成像能力。上述各实施例中的结构也可以被用在电子设备中深度相机的集成结构上。以下以手机为例进行说明。

图3根据本实用新型一个实施例的移动终端结构示意图。移动终端3包括外壳21、屏幕22、深度相机各模组11、12、13，另外在终端内部还包括电池24以及主板23。这里，深度相机被设置在获取移动终端正面目标的图像，因此叫前置深度相机，在一些实施例中，也可以为后置形式。在这一结构中，深度相机各模组与移动终端内的主板被分开放置，深度相机作为独立的元器件被集成在移动终端中，这里的深度相机可以是图1~图2所示的实施例中的结构。在一些实施例中，移动终端主板23与支架24可以合二为一，深度相机上的其他元器件比如专用处理器也可以直接放置到移动终端主板上，甚至可以由移动终端主板上的其他处理器来执行专用处理器的功能，由此可以减少元器件的数量，使得整体电子设备更加集成化，功耗也会降低。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。