一字线型激光投射器、相机组件和电子装置的制作方法

本技术涉及成像，具体地，涉及一种激光投射器以及具有其的相机组件和电子装置。

背景技术：

1、随着结构光的普及，一字线激光投射系统越来越多地应用于工业和消费电子行业中的深度检测和3d感知，这就要求一字线激光有更窄的宽度、更高的均匀性以及更高的亮度。同时系统越来越趋于小型化，传统的一字线激光投射系统多使用单模激光二极管(ld)作为一字线的光源。然而由于激光良好的单色性和相干性，当ld的光照射到一般物体的粗糙表面时，会因为光的干涉在物体表面形成散斑，从而在一字线光斑内部产生颗粒状结构，降低一字线质量，直接影响深度检测和3d感知的计算结果。目前常规的一字线型激光器输出的一字型光线在发散角、光斑均匀性及光斑边缘截止锐利程度等方面难以满足应用需求。此外，对于特定应用场景的对于一字线能量分布的特定需求，目前常规的一字线型激光器也较难满足。

2、因此，需要一种能够根据应用需要较容易地实现预设光强分布(均匀或不均匀)的一字线型激光投射器。

3、申请内容

4、在申请内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本技术的申请内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

5、本技术的第一方面提供了一种一字线型激光投射器，其包括：

6、基板组件；

7、多个激光光源，所述多个激光光源设置在所述基板组件上，用于发射激光，所述多个激光光源沿垂直于设定直线方向的方向排列成n行，其中每一行中包括沿所述设定直线方向排列的多个所述激光光源；和

8、衍射光学元件，用于将所述多个激光光源所发射的激光沿所述设定直线方向扩散，以形成n×m条沿所述设定直线方向延伸的一字线型投射图案，其中，n为正整数，m为大于1的正整数，所述n×m条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向间隔排列。

9、根据本技术，衍射光学元件可以使激光光源投射出一字线型投射图案，多个激光光源的投射图案将相互叠加、并在设定直线方向上相互错开，形成最终的一字线型投射图案。当采用衍射光学元件形成一字线时，可以容易地控制一字线型投射图案的能量分布(例如均匀或不均匀)，使最终的投射图案的能量分布满足预设能量分布要求。同时，可以通过调整m和n的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

10、可选地，所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向大体等间隔排列成n行，其中n大于1。

11、根据本技术，多个激光光源的排布方式简单。

12、可选地，在所述激光光源的每一行中：

13、所述激光光源的数量为7至25个，并且/或者

14、所述多个激光光源大体等间隔分布。

15、可选地，在所述激光光源的每一行中：

16、两个相邻的所述激光光源的距离为20μm至40μm，并且/或者

17、所述多个激光光源的分布总宽度为150μm至600μm。

18、可选地，单个所述激光光源所发射的激光投射出的一字线型投射图案的沿所述设定直线方向的视场角为40°至130°。

19、根据本技术，激光投射器的各个参数设置合理。

20、可选地，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙为2mm至5.5mm。

21、根据本技术，衍射光学元件可以自带准直功能。

22、可选地，所述的一字线型激光投射器，其特征在于，还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间。

23、进一步，所述准直镜的焦距为2mm至5.5mm。

24、根据本技术，当衍射光学元件不具备准直功能时，通过准直镜准直激光光源发射的光。

25、可选地，所述激光光源为垂直腔面发射激光器元件。

26、根据本技术，激光光源为垂直腔面发射激光器元件，可以使投射器的体积较小。

27、可选地，所述衍射光学元件包括2台阶、4台阶或8台阶的微纳结构。

28、根据本技术，衍射光学元件的加工精度能够满足投射需要。

29、可选地，每一条所述一字线型投射图案包括两端的过渡区域和位于两个所述过渡区域之间的中间区域，所述一字线型激光投射器构造为使得：所述过渡区域的投射角度为2°至8°，并且所述中间区域的投射光的强度的不均匀性小于30％。

30、当需要投射出光强分布均匀的一字线时，根据本技术的激光投射器可以投射出光斑均匀且光斑边缘截止锐利的一字线。

31、可选地，所述衍射光学元件构造为使得每一条所述一字线型投射图案的投射光的强度分布满足预设强度分布曲线。

32、进一步，每一条所述一字线型投射图案包括两端的过渡区域和位于两个所述过渡区域之间的中间区域，所述一字线型激光投射器构造为使得：所述中间区域的投射光的强度按1/(cosα)a的归一化强度分布，其中a为取值范围为(0，1.5)的实数，α为所述一字线型投射图案上各点的衍射角度。

33、根据本技术的激光投射器可以投射出能量分布满足预设能量分布要求的一字线。

34、可选地，所述一字线型激光投射器构造为使得每一行所述激光光源投射出m条所述一字线型投射图案。

35、在本技术中，一行激光光源投射出m条一字线，衍射光学元件设计简答。

36、可选地，n大于1，n行所述激光光源中的至少一行所述激光光源投射出的所述m条一字线型投射图案与n行所述激光光源中的至少另一行所述激光光源投射出的所述m条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向交错排列。

37、进一步，

38、将第p行所述激光光源投射出的第q条所述一字线型投射图案记为一字线pq，p和q为整数，1≤p≤n，1≤q≤m，

39、所述一字线型激光投射器构造为使得n×m条所述一字线型投射图案具有以下关系：

40、q取值相同的n条所述一字线pq沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻；

41、q取值相同的n条所述一字线pq的p值沿垂直于所述设定直线方向的方向按所述激光光源的行序号逆序排列。

42、根据本技术，n×m条一字线规律地交错排列，有利于简化衍射光学元件的设计以及排查故障。

43、可选地，

44、所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成n行，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，

45、所述激光投射器的结构参数满足以下公式(1)：

46、

47、其中，d为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，g为所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙。

48、在本技术中，当衍射光学元件自带准直功能时，按公式(1)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的交错排列的效果。同时，n×m条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

49、或者可选地，

50、所述多个激光光源在所述基板组件上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成n行，所述一字线型激光投射器还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间，

51、所述激光投射器的结构参数满足以下公式(2)：

52、

53、其中，d为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，f为所述准直镜的焦距。

54、在本技术中，当衍射光学元件不带准直功能时，按公式(2)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的交错排列的效果。同时，n×m条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

55、可选地，n大于1，n行所述激光光源中的任意一行所述激光光源投射出的所述m条一字线型投射图案沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻。

56、进一步，

57、将第p行所述激光光源投射出的第q条所述一字线型投射图案记为一字线pq，p和q为整数，1≤p≤n，1≤q≤m，

58、所述一字线型激光投射器构造为使得n×m条所述一字线型投射图案具有以下关系：

59、p取值相同的m条所述一字线pq沿垂直于所述设定直线方向的方向相邻；

60、q取值相同的n条所述一字线pq的p值沿垂直于所述设定直线方向的方向按所述激光光源的行序号逆序排列。

61、根据本技术，n×m条一字线规律地互不交错排列，有利于简化衍射光学元件的设计以及排查故障。

62、可选地，

63、所述多个激光光源在所述基板上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成n行，所述衍射光学元件平行于所述基板组件，

64、所述激光投射器的结构参数满足以下公式(3)：

65、

66、其中，d为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，g为所述激光光源与所述衍射光学元件之间的空气隙。

67、在本技术中，当衍射光学元件自带准直功能时，按公式(3)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的互不交错排列的效果。同时，n×m条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

68、或者可选地，

69、所述多个激光光源在所述基板上沿垂直于所述设定直线方向的方向等间隔排列成n行，所述一字线型激光投射器还包括准直镜，所述准直镜设置在所述激光光源与所述衍射光学元件之间，

70、所述激光投射器的结构参数满足以下公式(4)：

71、

72、其中，d为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，h为所述激光光源的相邻两行沿垂直于所述设定直线方向的方向的距离，f为所述准直镜的焦距。

73、在本技术中，当衍射光学元件不带准直功能时，按公式(4)设计衍射光学元件即可实现上述一字线有规律的互不交错排列的效果。同时，n×m条一字线沿垂直于设定直线方向的方向的多个视场角也可确定。

74、可选地，n＝1，所述激光投射器的结构参数满足以下公式(5)：

75、

76、其中，d为所述衍射光学元件沿垂直于所述设定直线方向的方向的最小周期，λ为所述激光的波长，θv为所述m条一字线型投射图案中的相邻的两条沿垂直于所述设定直线方向的方向的视场角。

77、根据本技术，当n＝1时，衍射光学元件的结构参数与m条一字线的视场角存在对应关系。

78、本技术的第二方面提供了一种相机组件，其包括：

79、上述的一字线型激光投射器；

80、图像采集器，用于采集由所述一字线型激光投射器所投射的图案形成的激光图像；和

81、处理器，用于处理所述激光图像以获得深度图像。

82、根据本技术的相机组件能够根据应用需要较容易地投射出光强分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。同时，可以通过调整m和n的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

83、本技术的第三方面提供了一种电子装置，其包括：

84、外壳；和

85、上述的相机组件，所述相机组件设置至所述外壳并从所述外壳暴露以获得深度图像。

86、根据本技术的相机组件能够根据应用需要较容易地投射出光前分布满足预设光强分布要求(例如均匀或不均匀)的一字线，并对该一字线形成的激光图像进行拍摄和处理。同时，可以通过调整m和n的取值，获得不同的一字线的数量，以及实现不同的沿垂直于设定直线方向的方向的视场角。

技术实现思路