CN114895477B - 激光投射器、相机组件和电子装置 - Google Patents

激光投射器、相机组件和电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114895477B
CN114895477B CN202210387600.2A CN202210387600A CN114895477B CN 114895477 B CN114895477 B CN 114895477B CN 202210387600 A CN202210387600 A CN 202210387600A CN 114895477 B CN114895477 B CN 114895477B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffractive optical
optical element
modulation
laser projector
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210387600.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114895477A (zh
Inventor
杨超
陈鹏
韩莹莹
张丽
刘金胜
苑京立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Jiaxing Uphoton Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN202210387600.2A priority Critical patent/CN114895477B/zh
Publication of CN114895477A publication Critical patent/CN114895477A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114895477B publication Critical patent/CN114895477B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/023Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明提供一种激光投射器、相机组件和电子装置。激光投射器包括激光光源、第一衍射光学元件、调制组件、温度传感器和控制组件。激光光源用于发射激光;第一衍射光学元件用于衍射激光形成投射图案;调制组件包括多个调制用衍射光学元件,多个调制用衍射光学元件在激光的光路上在第一衍射光学元件之后依次排列;温度传感器用于感测激光投射器的温度;控制组件分别耦连至调制组件和温度传感器,控制组件配置为根据温度传感器所感测的温度值控制多个调制用衍射光学元件中的至少一个沿激光的光轴方向相对于第一衍射光学元件移动,以调制激光投射器的发光角度。本发明中根据投射器的温度调整调制用衍射光学元件的位置,使投射器的发光角度恒定。

Description

激光投射器、相机组件和电子装置
技术领域
本发明涉及成像技术领域,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
现有激光投射器的实现方案是,通过衍射光学元件,将激光光源的光束进行复制,形成投射图案,根据衍射光学元件的类型决定激光光源是否需准直镜做准直。现有激光投射器方案存在投射器受温度影响导致发光角度变化的情况,同时也会影响投射器应用的3D识别***的精度。
因此,需要一种激光投射器以及具有其的相机组件和电子装置以至少部分地解决上述问题。
发明内容
在发明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。本发明的发明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。
本发明的第一方面提供了一种激光投射器,其包括:
激光光源,用于发射激光;
第一衍射光学元件,用于衍射所述激光形成投射图案;
调制组件,所述调制组件包括多个调制用衍射光学元件,所述多个调制用衍射光学元件在所述激光的光路上在所述第一衍射光学元件之后依次排列;
温度传感器,用于感测所述激光投射器的温度;和
控制组件,所述控制组件分别耦连至所述调制组件和所述温度传感器,其中,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述多个调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
本发明利用温度与激光投射器发光角度变化的关系,在激光投射器结构上增加一组用于调制发光角度的衍射光学元件,通过衍射光学元件组对激光投射器的发光角度进行调制,来解决因温度变化导致激光投射器发光角度变化的问题,使激光投射器不受温度影响,一直保持发光角度恒定,从而使投射器应用的3D识别***在不同场景具有更高的稳定性和更高的精度。
可选地,所述调制组件还包括移动组件,用于承载所述多个调制用衍射光学元件中的至少一个,所述移动组件耦连至所述控制组件,以在所述控制组件的控制下沿所述光轴方向移动。
在本发明中,将调制用衍射光学元件安装至受控制组件控制的移动组件,以实现调制用衍射光学元件的位置调整。
可选地,所述移动组件包括音圈马达。
在本发明中,移动组件的选材易获得且性能稳定,并且适用于例如激光投射器的小型设备。
可选地,所述调制用衍射光学元件包括菲涅尔透镜或超表面透镜。
在本发明中,菲涅尔透镜或超表面透镜均可用于调制用衍射光学元件。
可选地,所述调制用衍射光学元件为菲涅尔透镜,在以所述调制用衍射光学元件的中心为原点的坐标系中,所述调制用衍射光学元件的任一点的台阶化前的厚度H为:
其中,为所述调制用衍射光学元件的相位轮廓,n为所述调制用衍射光学元件的材料的折射率,(x,y)为坐标值,λ为所述激光的波长,其中
其中,f为所述菲涅尔透镜的焦距。
进一步,所述台阶化的台阶数量N为:
N=2m
其中,m为正整数。
在本申请中,可根据以上公式设计调制用衍射光学元件的菲涅尔透镜结构。
可选地,所述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第一衍射光学元件之间。
在本发明中,当第一衍射光学元件不具备准直功能时,激光投射器配置准直镜。
可选地,所述多个调制用衍射光学元件包括双面菲涅尔透镜。
在本发明中,采用双面菲涅尔透镜可以减少调制用衍射光学元件的数量。另一方面在实现相同的光束调制作用下,双面菲涅尔透镜相比于单面菲涅尔透镜具有更平缓的相位分布,更大的特征尺寸,对加工更为友好。
可选地,所述多个调制用衍射光学元件包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜。
在本发明中,温度不同时,激光的波长不同,从而激光光源所发出的激光经过第一衍射光学元件后的第一发光角度不同。为了使激光投射器的最终发光角度恒定,有时需要将第一发光角度增加大,有时需要将第一发光角度减小,即需要实现双向调制发光角度。当调制用衍射光学元件为菲涅尔透镜时,其中包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜,从而多个调制用衍射光学元件在调整后的功能等效透镜才既有可能为正焦菲涅尔透镜、又有可能为负焦菲涅尔透镜,以实现发光角度的双向调制。
可选地,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述调制用衍射光学元件中的多个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
在本发明中,通过调整多个调制用衍射光学元件的位置实现使激光投射器的发光角度恒定。
可选地,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述调制用衍射光学元件中的多个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件同步移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
在本发明中,通过使多个调制用衍射光学元件的位置同步改变实现使激光投射器的发光角度恒定,控制方法可以被简化。
可选地,沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件可同步移动的所述多个调制用衍射光学元件彼此相邻设置。
在本发明中,同步移动的多个调制用衍射光学元件彼此相邻,可以使硬件设计进一步被简化。
可选地,所述多个调制用衍射光学元件为菲涅尔透镜,所述多个调制用衍射光学元件包括:
第一调制用衍射光学元件,所述第一调制用衍射光学元件在所述多个调制用衍射光学元件中距离所述第一衍射光学元件最近,所述第一调制用衍射光学元件沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件大体上不可移动;和
至少两个第二调制用衍射光学元件,所述第二调制用衍射光学元件在所述激光的光路上位于所述第一调制用衍射光学元件之后,
其中,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述多个第二调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
在本发明中,可以使距离第一衍射光学元件最近的一个调制用衍射光学元件始终不移动,而移动其他的调制用衍射光学元件。
可选地,所述第一调制用衍射光学元件与所述第一衍射光学元件之间的缝隙的最大宽度不超过100μm。
在本发明中,距离第一衍射光学元件最近的一个调制用衍射光学元件需要与第一衍射光学元件尽量靠近,以此来保证投射出的散斑点阵在不同传输距离下,相邻区块间不会出现明显的间隙或者重叠。
可选地,所述控制组件控制所述多个第二调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述光轴方向移动至目标位置,使得:
f2=L3-f3
其中,L3为所述第一调制用衍射光学元件与所述至少两个第二调制用衍射光学元件的功能等效透镜的距离,L4为所述功能等效透镜的轴上像点到所述功能等效透镜的距离,f2为所述第一调制用衍射光学元件的焦距,f3为所述功能等效透镜的焦距,θ1为调制前的所述激光投射器的发光角度的二分之一,θ2为调制后的所述激光投射器的发光角度的二分之一。
在本发明中,根据温度传感器感测的温度可以获得调制前的发光角度(2倍的θ1),调制后的发光角度(2倍的θ2)和第一调制用衍射光学元件的焦距为已知,因此通过上述的三个等式可以得出多个第二调制用衍射光学元件的功能等效透镜的参数(例如焦距、与第一调制用衍射光学元件的距离、轴上像点的位置),控制组件根据这些参数可以分析出如何调整多个第二调制用衍射光学元件的位置。
可选地,所述至少两个第二调制用衍射光学元件包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜。
在本发明中,多个第二调制用衍射光学元件中包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜,从而多个第二调制用衍射光学元件的功能等效透镜可以被调整为正焦菲涅尔透镜,也可以被调整为负焦菲涅尔透镜,以实现发光角度的双向调制。
本发明的第二方面提供一种相机组件,其包括:
根据上述任一技术方案的激光投射器;
图像采集器,用于采集由所述激光投射器的所述投射图案形成的激光图像;和
处理器,用于处理所述激光图像以获得深度图像。
在本发明中,相机组件的激光投射器可以保证其发光角度始终恒定。处理器中的3D识别***利用结构光原理,将图像采集器拍摄的目标图像与参考图进行光斑比对计算深度信息。激光投射器的发光角度恒定不变,有助于3D识别***计算更准确的深度信息。
可选地,所述处理器包括所述控制组件。
在本发明中,处理器集成了激光投射器的控制组件,使得相机组件的集成化程度更高。
本发明的第三方面提供一种电子装置,其包括:
外壳;和
根据上述的任一技术方案的相机组件,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。
根据本发明的电子装置,其相机组件的激光投射器的发光角度始终恒定,有助于3D识别***计算更准确的深度信息。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述,用来解释本发明的原理。在附图中:
图1为根据本发明的优选实施方式的激光投射器的立体图;
图2为图1所示的激光投射器的剖面图;
图3为图1所示的激光投射器的分解立体图;
图4为根据本发明的具体实施方式的激光投射器的投射光效果说明示意图;
图5为根据本发明的一个实施方式的激光投射器的调制组件的示意图;
图6为根据本发明的另一个实施方式的激光投射器的调制组件的示意图;
图7为根据本发明的具体实施方式的激光投射器的调制用衍射光学元件的正视示意图;
图8为图7中所示的调制用衍射光学元件的局部侧视剖面图;
图9为根据本发明的具体实施方式的激光投射器的光路原理示意图;以及
图10为根据本发明的具体实施方式的激光投射器的另一光路原理示意图;以及
图11为根据本发明的优选实施方式的相机组件的结构框图。
附图标记说明:
10:基板组件
20:激光光源
30:温度传感器
40:支架
50:第一衍射光学元件
55:准直镜
60:调制组件
61:移动组件
70/70a/70b/70c/70d/70e:调制用衍射光学元件
71:第一调制用衍射光学元件
72:第二调制用衍射光学元件
73:多个第二调制用衍射光学元件的功能等效透镜
74:微纳台阶结构
80:图像采集器
90:处理器
100:激光投射器
200:相机组件
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是,提供这些实施方式是为了使得本发明的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然,本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式。此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识,而不具有任何其他含义,例如特定的顺序等。而且,例如,术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在,术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。
现在,将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施方式。
本发明的第一方面提供一种激光投射器。
如图1至图3所示,在优选的实施方式中,激光投射器100包括激光光源20、温度传感器30、第一衍射光学元件50、调制组件60和控制组件(未示出)。激光光源20和温度传感器30例如设置至基板组件10。第一衍射光学元件50例如设置至支架40。支架40连接至基板组件10。调制组件60沿激光光源20的光路设置在第一衍射光学元件50之后。调制组件60包括多个调制用衍射光学元件70,该多个调制用衍射光学元件70在激光光路上在第一衍射光学元件50之后依次排列。温度传感器30用于感测激光投射器100的温度,例如感测激光光源20的温度。控制组件分别耦连至调制组件60和温度传感器30。其中,控制组件配置为根据温度传感器30所感测的温度值控制多个调制用衍射光学元件70中的至少一个沿激光的光轴方向相对于第一衍射光学元件50移动,以调制激光投射器100的发光角度。
具体地,如图4所示,激光光源20所发出的激光经过第一衍射光学元件50后具有第一发光角度,再次经过调制组件60后具有第二发光角度。当温度变化时,激光光源20所发出的激光的波长将会不同,这使得激光光束经过第一衍射光学元件50后,第一发光角度会不同,即第一发光角度A1与第一发光角度A2不同。控制组件通过调整调制组件60中的调制用衍射光学元件70与第一衍射光学元件50的距离,调制该第一发光角度,使得最终的第二发光角度始终保持一致,也即使第二发光角度A3与第二发光角度A4相同。在本发明中,第一发光角度也称为调制前的发光角度,第二发光角度也称为调制后的发光角度。
如图2所示,在具体的实施方式中,可以根据第一衍射光学元件50的性能选择是否配置准直镜55。例如,当第一衍射光学元件50不具备准直功能时,激光投射器100配置准直镜55;当第一衍射光学元件50具备准直功能时,激光投射器100不配置准直镜55。准直镜55在激光的光路上位于激光光源20与第一衍射光学元件50之间。准直镜55例如设置至支架40。
基板组件10则包括电路组件,该电路组件例如用于为激光光源20供电、为温度传感器30供电以及将温度传感器30的感测信号传输至控制组件等。
具体地,如图2和图3所示,调制组件60还包括移动组件61。移动组件61用于承载多个调制用衍射光学元件70中的至少一个。移动组件61耦连至控制组件,以在控制组件的控制下沿光轴的方向移动,从而带动其所承载的至少一个调制用衍射光学元件70移动,以实现将不同的第一发光角度均调制为同一个期望的第二发光角度。优选地,移动组件61包括音圈马达。该音圈马达承载调制用衍射光学元件70,并在控制组件的控制下使其承载的调制用衍射光学元件70沿光轴方向(例如图2中的上下方向)移动,以实现期望的第二发光角度。
可以理解的,温度不同时,激光的波长不同,从而第一发光角度不同,为了得到同样的第二发光角度,移动调制用衍射光学元件70的方法不同。例如,如图5和图6所示,激光投射器100包括多个调制用衍射光学元件70,在对第一发光角度进行调制的过程中,参与调制的调制用衍射光学元件70的数量可以不同,每一个参与调制的调制用衍射光学元件70的移动距离可以不同。如图5所示的实施方式中,激光投射器100包括5个调制用衍射光学元件70a、70b、70c、70d和70e,其中例如70d和70c参与调制。如图6所示的实施方式中,激光投射器100包括4个调制用衍射光学元件70a、70b、70c和70d,其中例如70c和70b参与调制,或者只有70c参与调制。
可选地,多个调制用衍射光学元件70包括双面菲涅尔透镜,如6中的70c。
优选地,调制用衍射光学元件70包括菲涅尔透镜或超表面透镜。如图7所示,当调制用衍射光学元件70为菲涅尔透镜时,在以调制用衍射光学元件70的中心为原点的坐标系中,调制用衍射光学元件70的任一点的台阶化前的厚度H为:
其中,为调制用衍射光学元件70的相位轮廓,n为调制用衍射光学元件70的材料的折射率,(x,y)为坐标值,λ为激光光源20所发射的激光的波长,其中,
其中,f为菲涅尔透镜的焦距。
在图8所示的局部放大图中,可以看到菲涅尔透镜的微纳台阶结构74。其中,台阶化的台阶数量N为:
N=2m (3)
其中,m为正整数。
在将第一发光角度调制为第二发光角度时,有时需要将角度调小(即第二发光角度小于第一发光角度),有时需要将角度调大(即第二发光角度大于第一发光角度)。优选地,多个调制用衍射光学元件70包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜,从而在位置调整后,根据不同的调整方式,多个调制用衍射光学元件70的功能等效透镜可以为正焦菲涅尔透镜、也可以为负焦菲涅尔透镜,也即可以实现发光角度的双向调制。
在激光投射器100中,控制组件可以根据温度传感器30所感测的温度值控制调制用衍射光学元件70中的多个沿光轴方向相对于第一衍射光学元件50移动,以调制激光投射器100的发光角度。优选地,控制组件根据温度传感器30所感测的温度值控制调制用衍射光学元件70中的多个沿光轴方向相对于第一衍射光学元件50同步移动。更优选地,沿光轴方向相对于第一衍射光学元件50可同步移动的多个调制用衍射光学元件70彼此相邻设置。在这样的方案中,调制过程将更加方便操作,例如可以采用同一音圈马达承载该多个相邻的且需要移动的调制用衍射光学元件70。
在多个调制用衍射光学元件70中,包括第一调制用衍射光学元件71和至少两个第二调制用衍射光学元件72。第一调制用衍射光学元件71在多个调制用衍射光学元件70中距离第一衍射光学元件最近,例如图5中的70a和图6中的70a。第二调制用衍射光学元件72在激光的光路上位于第一调制用衍射光学元件71之后,例如图5中的70b、70c、70d和70e,又如图6中的70b、70c和70d。
为方便调制,第一调制用衍射光学元件71沿光轴方向相对于第一衍射光学元件50大体上不可移动,控制组件根据温度传感器30所感测的温度值控制多个第二调制用衍射光学元件72中的至少一个沿光轴方向相对于第一衍射光学元件50移动,以调制激光投射器100的发光角度。优选地,第二调制用衍射光学元件72中包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜。
如图9和图10所示,例如,第一调制用衍射光学元件71可以为正焦菲涅尔透镜,其在光轴方向相对于第一衍射光学元件50不可移动或大体上不可移动。菲涅尔透镜73为多个第二调制用衍射光学元件72的功能等效透镜。如前所述,在不同的调制方式下,功能等效透镜73可以为正焦菲涅尔透镜(如图10所示)、也可以为负焦菲涅尔透镜(如图9所示)。
在图9和图10中,全部衍射光学元件为菲涅尔透镜。激光光源20与准直镜55的距离为L1,准直镜55与第一调制用衍射光学元件71的距离为L2,第一调制用衍射光学元件71与功能等效透镜73的距离为L3。此处,透镜间的距离为透镜的轴线到轴线的距离,而不是透镜的表面到表面的距离。第一调制用衍射光学元件71的焦距为f2。当功能等效透镜73为负焦菲涅尔透镜时,其焦距为-f3;当功能等效透镜73为正焦菲涅尔透镜时,其焦距为f3。
第一调制用衍射光学元件71优选为与第一衍射光学元件50相接触,或者第一调制用衍射光学元件71与第一衍射光学元件50尽量靠近,例如第一调制用衍射光学元件71与第一衍射光学元件50之间的缝隙的最大宽度不超过100μm。此处,第一调制用衍射光学元件71与第一衍射光学元件50之间的缝隙是指二者在光轴位置处的缝隙。
在图9和图10中,激光光束经过第一衍射光学元件50后具有第一发光角度,第一发光角度例如为θ1的两倍。经过功能等效透镜73的调制后,第二发光角度(期望的发光角度)为θ2的两倍。L4为功能等效透镜73的轴上像点到功能等效透镜73的距离。此时,控制组件控制多个第二调制用衍射光学元件72中的至少一个沿光轴方向移动至目标位置,使得第一调制用衍射光学元件71的焦点与功能等效透镜73的焦点重合。换句话说,当调制组件60将调制前的发光角度(2倍的θ1)调制为期望的发光角度(2倍的θ2)时,将有以下关系成立:
f2=L3-f3 (6)
本领域技术人员可以通过实验的方法或关于激光光源20的材料特性的数据等得到温度与第一发光角度(2倍的θ1)的关系。在温度传感器30的作用下,上述公式(4)-(6)中的θ1的值可知。温度与第一发光角度的关系例如可以存储在控制组件中。上述公式(4)-(6)中的θ2的值为期望的发光角度的二分之一,为已知。上述公式(4)-(6)中的f2为第一调制用衍射光学元件71的焦距的绝对值,当激光投射器100定型后,该f2值也为已知。因此,将上述公式(4)-(6)联立为方程组,可以解得L3、L4和f3的值,也即得到多个第二调制用衍射光学元件72的功能等效透镜73的参数,通过这些参数即可指导对多个第二调制用衍射光学元件72的调整。
本发明利用温度与激光投射器发光角度变化的关系,在激光投射器结构上增加一组用于调制发光角度的衍射光学元件,通过衍射光学元件组对激光投射器的发光角度进行调制,来解决因温度变化导致激光投射器发光角度变化的问题,使激光投射器不受温度影响,一直保持发光角度恒定,从而使投射器应用的3D识别***在不同场景具有更高的稳定性和更高的精度。
本发明的第二方面提供一种相机组件。如图11所示,在优选的实施方式中,相机组件200包括上述的激光投射器100、图像采集器80和处理器90。其中,图像采集器80用于采集由激光投射器100的投射图案形成的激光图像,处理器90用于处理该激光图像以获得深度图像。优选地,处理器90还可以包括激光投射器100的控制组件,从而处理器90可以接收温度传感器30的信号并根据该信号控制移动组件61工作以调整至少一个调制用衍射光学元件70的位置,使得激光投射器100的投射光角度恒定。优选地,处理器90还可以耦连至激光光源20,用于例如向激光光源20供电,控制激光光源20的开启和关闭。
在相机组件200中,温度传感器30将检测的温度信号传递给处理器90,处理器90控制移动组件61(例如音圈马达VCM)工作,调节调制用衍射光学元件70的位置。调制用衍射光学元件70的位置(不同的调制用衍射光学元件70间的距离)与激光投射器100的发光角度存在前述的函数关系,根据该函数关系,将调制用衍射光学元件70的位置调整到目标位置,使第二发光角度始终恒定。处理器90中的3D识别***利用结构光原理,将图像采集器80拍摄的目标图像与参考图进行光斑比对计算深度信息。激光投射器100的发光角度恒定不变,有助于3D识别***计算更准确的深度信息。
本发明的第三方面提供一种电子装置。在优选的实施方式中,该电子装置包括外壳和上述的相机组件200,其中相机组件200设置至外壳并从外壳暴露以获得深度图像。该电子装置例如为智能手机、智能手环、智能手表、平板电脑、智能眼睛、智能头盔、体感游戏设备等。根据本发明的电子装置,其相机组件的激光投射器的发光角度始终恒定,有助于3D识别***计算更准确的深度信息。
除非另有定义,本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的,不是旨在限制本发明。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明,但应当理解的是,上述实施方式只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明并不局限于上述实施方式,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (17)

1.一种激光投射器,其特征在于,包括:
激光光源,用于发射激光;
第一衍射光学元件,用于衍射所述激光形成投射图案;
调制组件,所述调制组件包括多个调制用衍射光学元件,所述多个调制用衍射光学元件在所述激光的光路上在所述第一衍射光学元件之后依次排列;
温度传感器,用于感测所述激光投射器的温度;和
控制组件,所述控制组件分别耦连至所述调制组件和所述温度传感器,其中,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述多个调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述激光的光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度,
其中,所述多个调制用衍射光学元件包括:
第一调制用衍射光学元件,所述第一调制用衍射光学元件在所述多个调制用衍射光学元件中距离所述第一衍射光学元件最近,所述第一调制用衍射光学元件沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件不可移动,所述第一调制用衍射光学元件与所述第一衍射光学元件之间的缝隙的最大宽度不超过100μm;和
多个第二调制用衍射光学元件,所述第二调制用衍射光学元件在所述激光的光路上位于所述第一调制用衍射光学元件之后,
其中,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制多个所述第二调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
2.根据权利要求1所述的激光投射器,其特征在于,所述调制组件还包括移动组件,用于承载所述多个第二调制用衍射光学元件中的至少一个,所述移动组件耦连至所述控制组件,以在所述控制组件的控制下沿所述光轴方向移动。
3.根据权利要求2所述的激光投射器,其特征在于,所述移动组件包括音圈马达。
4.根据权利要求1所述的激光投射器,其特征在于,所述调制用衍射光学元件包括菲涅尔透镜或超表面透镜。
5.根据权利要求4所述的激光投射器,其特征在于,所述调制用衍射光学元件为菲涅尔透镜,在以所述调制用衍射光学元件的中心为原点的坐标系中,所述调制用衍射光学元件的任一点的台阶化前的厚度H(x,y)为:
其中,为所述调制用衍射光学元件的相位轮廓,n为所述调制用衍射光学元件的材料的折射率,(x,y)为坐标值,λ为所述激光的波长,其中
其中,f为所述菲涅尔透镜的焦距。
6.根据权利要求5所述的激光投射器,其特征在于,所述台阶化的台阶数量N为:
N=2m
其中,m为正整数。
7.根据权利要求1所述的激光投射器,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第一衍射光学元件之间。
8.根据权利要求1所述的激光投射器,其特征在于,所述调制用衍射光学元件包括双面菲涅尔透镜。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的激光投射器,其特征在于,所述多个调制用衍射光学元件包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜。
10.根据权利要求9所述的激光投射器,其特征在于,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述第二调制用衍射光学元件中的多个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
11.根据权利要求10所述的激光投射器,其特征在于,所述控制组件配置为根据所述温度传感器所感测的温度值控制所述第二调制用衍射光学元件中的多个沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件同步移动,以调制所述激光投射器的发光角度。
12.根据权利要求11所述的激光投射器,其特征在于,沿所述光轴方向相对于所述第一衍射光学元件可同步移动的所述多个第二调制用衍射光学元件彼此相邻设置。
13.根据权利要求9所述的激光投射器,其特征在于,所述多个第二调制用衍射光学元件包括至少一个正焦菲涅尔透镜和至少一个负焦菲涅尔透镜。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的激光投射器,其特征在于,所述控制组件控制所述多个第二调制用衍射光学元件中的至少一个沿所述光轴方向移动至目标位置,使得:
f2=L3-f3
其中,L3为所述第一调制用衍射光学元件与所述至少两个第二调制用衍射光学元件的功能等效透镜的距离,L4为所述功能等效透镜的轴上像点到所述功能等效透镜的距离,f2为所述第一调制用衍射光学元件的焦距,f3为所述功能等效透镜的焦距,θ1为调制前的所述激光投射器的发光角度的二分之一,θ2为调制后的所述激光投射器的发光角度的二分之一。
15.一种相机组件,其特征在于,包括:
根据权利要求1-14中任一项所述的激光投射器;
图像采集器,用于采集由所述激光投射器的所述投射图案形成的激光图像;和
处理器,用于处理所述激光图像以获得深度图像。
16.根据权利要求15所述的相机组件,其特征在于,所述处理器包括所述控制组件。
17.一种电子装置,其特征在于,包括:
外壳;和
根据权利要求15或16所述的相机组件,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。
CN202210387600.2A 2022-04-13 2022-04-13 激光投射器、相机组件和电子装置 Active CN114895477B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210387600.2A CN114895477B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 激光投射器、相机组件和电子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210387600.2A CN114895477B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 激光投射器、相机组件和电子装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114895477A CN114895477A (zh) 2022-08-12
CN114895477B true CN114895477B (zh) 2024-03-01

Family

ID=82716580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210387600.2A Active CN114895477B (zh) 2022-04-13 2022-04-13 激光投射器、相机组件和电子装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114895477B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1329999A1 (en) * 2002-08-03 2003-07-23 Agilent Technologies Inc. (a Delaware Corporation) Wavelength tunable laser with diffractive optical element
KR20090021612A (ko) * 2007-08-27 2009-03-04 삼성전기주식회사 온도 변화에 따른 광변조기의 변화를 보상하는 디스플레이장치
JP2013134353A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Dainippon Printing Co Ltd 照明装置、投射装置および露光装置
CN204903869U (zh) * 2015-08-13 2015-12-23 杭州东尚光电科技有限公司 一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学结构
WO2018012379A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
CN108344376A (zh) * 2018-03-12 2018-07-31 广东欧珀移动通信有限公司 激光投射模组、深度相机和电子装置
CN210923959U (zh) * 2019-10-21 2020-07-03 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间投射器、飞行时间深度模组和电子设备
CN113009497A (zh) * 2021-04-12 2021-06-22 深圳市灵明光子科技有限公司 激光发射模块、tof组件及电子设备
CN113050067A (zh) * 2021-02-26 2021-06-29 嘉兴驭光光电科技有限公司 激光投射模组

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1329999A1 (en) * 2002-08-03 2003-07-23 Agilent Technologies Inc. (a Delaware Corporation) Wavelength tunable laser with diffractive optical element
KR20090021612A (ko) * 2007-08-27 2009-03-04 삼성전기주식회사 온도 변화에 따른 광변조기의 변화를 보상하는 디스플레이장치
JP2013134353A (ja) * 2011-12-26 2013-07-08 Dainippon Printing Co Ltd 照明装置、投射装置および露光装置
CN204903869U (zh) * 2015-08-13 2015-12-23 杭州东尚光电科技有限公司 一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学结构
WO2018012379A1 (ja) * 2016-07-14 2018-01-18 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
CN108344376A (zh) * 2018-03-12 2018-07-31 广东欧珀移动通信有限公司 激光投射模组、深度相机和电子装置
CN210923959U (zh) * 2019-10-21 2020-07-03 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间投射器、飞行时间深度模组和电子设备
CN113050067A (zh) * 2021-02-26 2021-06-29 嘉兴驭光光电科技有限公司 激光投射模组
CN113009497A (zh) * 2021-04-12 2021-06-22 深圳市灵明光子科技有限公司 激光发射模块、tof组件及电子设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王文生.《现代光学***设计》.第217-220页,2016,第217-220页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114895477A (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10606042B2 (en) Magnification optical system
US5241337A (en) Real image viewfinder requiring no field lens
EP3796064A1 (en) Camera actuator and compact camera including same
US20200004129A1 (en) Focus adjustment system for an image display device
TW201740161A (zh) 多孔徑成像裝置、成像系統及用以拍攝標的區域之方法
CN113302431A (zh) 用于近眼波导显示器的体布拉格光栅
US20050052755A1 (en) Dual-band lens
US5235458A (en) Binocular
US11237316B2 (en) Optical device with reduced chromatic aberration and display device including the same
CN114895477B (zh) 激光投射器、相机组件和电子装置
US4198143A (en) Apparatus for taking photographs of sections of crystalline lenses in which line focusing moves lens in its own plane
JP3728301B2 (ja) 投影光学系
CA2058802C (en) System and technique for making holographic projection screens
US5832317A (en) Zooming device
KR20210026212A (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라
JP4622541B2 (ja) 虹彩撮影装置
JP3278782B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法及び投影露光装置
WO1992021054A1 (en) Real image zoom viewfinder
JPH0428090B2 (zh)
JPS62116911A (ja) ズ−ムレンズアセンブリとそれを用いた原稿像投影装置
US5563671A (en) Parallax correcting apparatus of a real image type of viewfinder
CN219997404U (zh) 投影光学***和电子设备
CN116299548A (zh) 一种自适应精度与距离的三维识别检测方法、***、介质和计算机设备
CN106094448A (zh) 光刻***
WO1992021056A1 (en) Optical system with improved field mask

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230626

Address after: 8 / F, building 3, 1156 Gaoqiao Avenue, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province, 314500

Applicant after: JIAXING UPHOTON OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Room 1206-6, floor 12, building 7, yard a 13, Huayuan Road, Haidian District, Beijing 100088

Applicant before: BEIJING THETO OPTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant