CN117977379A - 一种多线激光投射器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请属于半导体技术领域，具体为一种多线激光投射器，包括激光光源，用于产生激光的；激光光学器件，供激光光源所产生的激光穿透，对应于所述激光出射路径上以准直并调整部分经过准直的激光光线角度；激光整形元件，对应于激光光线的传播路径上且具有特定形状配置以使得激光光线形成至少三条线形光斑，其中，至少两条所述线形光斑在同一平面上具有交汇点；其中，经过所述激光光学器件的激光形成至少三条光束，每条所述光束分别对应形成所述线形光斑，且每条所述光束在同一平面上互不干涉。将多个只发出一条线形激光的激光投射器集成化于一体，减少服务机器人上激光投射器布局的数量，降低成本。
Description
技术领域
本申请属于半导体技术领域，尤其涉及一种多线激光投射器以及电子设备。
背景技术
激光投射器作为一种能够投射激光的设备被广泛应用于日常生活、医疗设备、工业生产等领域。随着形形色色的光学传感器的应用发展，根据实际需求，各种各样的光型要求被提出，例如，匀化面光场、点阵散斑光场、一字线光斑光场。
用于投射一字线光斑光场的一字线激光投射器因具有抗干扰性能强、性能稳定等特点被广泛应用。一字线结构光被应用于服务机器人，例如扫地机器人；其通过线结构光三维视觉测量的方案对服务机器人服务的场景进行快速测量，其具有测量速度快、精度高，结构简单、经济且易于实现等优点。其测量原理是首先将激光器发出的激光光束通过柱面镜展成为一个连续的激光平面，用它来照射被测物体，与被测物体表面相交形成一条变形结构光条纹；然后利用CMOS或CCD探头拍摄到的变形结构光条纹的图像几何信息，结合测量时***运动参数来提取被测物体表面的三维形貌几何信息。其中，对变形结构光条纹图像的处理和计算，是三维测量的关键环节之一。
由于不同方向的探测需求，在服务机器人上会安装多个线结构光传感器，多个线结构光传感器朝向不同的方向。每个线结构光传感器需要一个线激光光源与一个摄像模组，这就导致了服务机器人上需要设置多个线激光光源与多个摄像模组，导致服务机器人上结构光模组占用较大的布局空间；并且多个结构光模组数量多，造成服务机器人上的结构光成本上升。
申请内容
本申请的一个优势在于提供了一种多线激光投射器，将多个只发出一条线形激光的激光投射器集成化于一体，减少服务机器人上激光投射器布局的数量，减少激光投射器在服务机器人上布局占用的空间。
本申请的另一个优势在于提供了一种多线激光投射器，多线激光投射器发出多条线形激光，替代原有多个一字线结构光模组，减少结构光模组的数量布局，降低激光投射器在服务机器人的整机上所占用的成本。
本申请的另一个优势在于提供了一种多线激光投射器，可形成多条线形激光，增大激光投射器探测范围以及探测精度，优化服务机器人在工作过程中的精确性。
本申请的另一个优势在于提供了一种多线激光投射器，对线形光斑的位置进行调节，形成的线形光斑组扫描的位置更偏下，扫描精度提高，模组安装时，直接嵌入模组，无需对模组的位置进行再调节，简化模组安装难度。
为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，根据本申请的一个方面，提供了一种多线激光投射器，其包括
激光光源，用于产生激光的；
激光光学器件，供激光光源所产生的激光穿透，对应于所述激光出射路径上以准直并调整部分经过准直的激光光线角度；
激光整形元件，对应于激光光线的传播路径上且具有特定形状配置以使得激光光线形成至少三条线形光斑，其中，至少两条所述线形光斑在同一平面上具有交汇点；
其中，经过所述激光光学器件的激光形成至少三条光束，每条所述光束分别对应形成所述线形光斑，且每条所述光束在同一平面上互不干涉。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，其中三条所述光束分别为光束L1、光束L2以及光束L3，其中所述光束L1与所述光束L3以所述光束L2的光轴为对称轴相对称。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，三条所述线形光斑分别为线形光斑a、在根据本申请所述的多线激光投射器中，线形光斑b以及线形光斑c；线形光斑a和线性光斑c为沿着纵向分布的光斑，线性光斑b为沿着横向分布的光斑。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑a与所述线形光斑b在同一平面上相交。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑c与所述线性光斑b在同一个平面上相交。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑a与所述线形光斑b的交点为远离线性光斑b的中点。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑c与所述线形光斑b的交点为远离线性光斑b的中点。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑a与所述线形光斑b的交点为在线性光斑b的中点的下方。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑c与所述线形光斑b的交点为在线性光斑b的中点的下方。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，每条所述线形光斑在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述线形光斑a的FOV为60°～100°；所述线形光斑b的FOV为100°～150°；所述线形光斑a的FOV为60°～100°。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光学器件包括多个对应形成所述光束的光学准直部，所述光学准直部具有凸起的曲面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述光学准直部顶面的顶面为球面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述光学准直部的底面为球面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光学器件还包括壳体，所述光学准直部与所述壳体为集成于一体。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光整形元件包括对光束L1整形以得到线形光斑a的第一整形透镜、对光束L2整形以得到线形光斑b的第二整形透镜以及对光束L3整形以得到线形光斑c的第三整形透镜。
所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜的底部截面均为波浪形。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光整形元件还包括外壳，所述第一整形透镜、第三整形透镜以及外壳集成于一体。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第二整形透镜位于所述第一整形透镜与第二整形透镜之间，且该第二整形透镜与所述外壳为分体设置。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第二整形透镜的上端面为倾斜的平面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光学器件包括对激光光源射出的光线进行准直的激光准直元件以及调整部分经过准直的激光的光线角度的光学元件。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述光学元件包括对应形成所述光束L1的第一折射镜以及对应形成所述光束L3的第二折射镜。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第一折射镜与所述第二折射镜之间对应形成所述光束L2穿透过的空隙或平光透镜。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光整形元件包括对光束L1整形以得到线形光斑a的第一整形透镜、对光束L2整形以得到线形光斑b的第二整形透镜以及对光束L3整形以得到线形光斑c的第三整形透镜。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜的底部截面均为波浪形。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶面为平面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶面为凹面。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶部截面为波浪形。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光准直元件上设有至少三个准直部，每个所述准直部分别与所述激光光源相对应。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述光学元件上设置有安装槽，所述激光准直元件至少部分嵌入至所述安装槽内。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述多线激光投射器还包括光学支架，所述光学元件以及所述激光整形元件均设置于所述光学支架上。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述多线激光投射器还包括基板，所述激光光源设于所述基板上。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述基板上连接有用以点亮激光光源的导电体。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述导电体为FPC。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光源的数量为至少三个。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光源上设置有多个沿着直线方向排列的发光孔。
在根据本申请所述的多线激光投射器中，所述激光光源为VCSEL、HCSEL、EEL、LED中的一种。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种电子设备，其包括：
如上所述的多线激光投射器；和
用于接收所述多线激光投射器出射的激光的探测器。
通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。
本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1为本申请多线激光投射器的立体图。
图2为本申请多线激光投射器无导电体的立体图。
图3为本申请多线激光投射器的***图。
图4为本申请多线激光投射器的剖视图。
图5为本申请光学元件的结构示意图。
图6为本申请激光准直元件的结构示意图。
图7为本申请光束L1、光束L2、光束L3在多线激光投射器中的示意图。
图8为本申请线形光斑a、线形光斑b以及线形光斑c的示意图。
图9为本申请另一实施例多线激光投射器的立体图。
图10为本申请另一实施例多线激光投射器无导电体的立体图。
图11为本申请另一实施例多线激光投射器的***图。
图12为本申请另一实施例多线激光投射器的俯视图。
图13为沿图12中A-A线的剖视图。
图14为本申请另一实施例光学元件的结构示意图。
图15为本申请另一实施例激光准直元件的结构示意图。
图16为本申请另一实施例光束L1、光束L2、光束L3在多线激光投射器中的示意图。
图17为本申请另一实施例线形光斑a、线形光斑b以及线形光斑c的示意图。
具体实施方式
以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由申请人使用以使得能够清楚和一致地理解本申请。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本申请的目的而提供本申请的各种实施例的以下描述。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
虽然比如“第一”、“第二”等的序数将用于描述各种组件，但是在这里不限制那些组件。该术语仅用于区分一个组件与另一组件。例如，第一组件可以被称为第二组件，且同样地，第二组件也可以被称为第一组件，而不脱离本申请构思的教导。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项目的任何和全部组合。
在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。
申请概述
本申请的发明人在激光投射器在应用于服务型机器人的时候发现，服务机器人为了获取更好的探测精度以及更广的探测面，通常需要安装多个投射出一字线形激光的激光投射器。多个激光投射器安装在服务机器人上，会直接导致成本的上升，多个激光投射器会占用许多的布局空间，造成服务机器人的器件布局难度提高。
本申请通过将多个只发出一条线形激光的激光投射器集成化于一体，减少服务机器人上激光投射器布局的数量，减少激光投射器在服务机器人上布局占用的空间；集成化的激光投射器在服务机器人的整机上所占用的成本相对多个单一化的激光投射器更低；且集成化的激光投射器可形成多条线形激光，增大激光投射器探测范围以及探测精度。
基于此，本申请提出了一种多线激光发射器，其中包括了激光光源，激光光源在通电的状态下会发出红外激光；激光准直元件，该激光准直元件对应在激光光源的上方，即激光准直元件位于激光光源的出射路径上，对激光光源所发出的激光光线准直成平行的激光光线；光学元件，对应在激光准直元件的上方，该光学元件对经过激光准直元件准直后的其中两束光束进行角度调节；激光整形元件，该激光准直元件对应于激光光线的传播路径上并且该激光整形元件具有特定形状配置以使得所有激光光线形成至少三条线形光斑的激光整形元件；在经过激光整形元件整形后形成三条线形光斑，三条线形光斑中至少两条所述线形光斑在同一平面上具有交汇点。
本申请通过对线形光斑的位置进行调节，使发出的三条线形光斑中的一条横向的线形光斑位于两条纵向的线形光斑的中点的下方，形成的线形光斑组扫描的位置更偏下，在扫描精度上提高，且安装模组时，直接嵌入本申请的模组，无需对本申请的模组的位置进行再调节，简化了模组安装要求。
下面通过以下示例以对本申请激光投射器进行详细阐述：
参考说明书附图1至附图4，根据本申请其中一个实施例的多线激光投射器被阐明；其中，所述多线激光器主要包括基板10a、激光光源20a、激光光学器件30a以及激光整形元件50a。所述激光光源20a被实施为VCSEL(垂直腔面发射激光器)型光源、EEL(边发射激光器)型光源、HCSEL(水平腔面发射激光器)型光源、LED型光源等。其中由于VCSEL型光源具有有源层体积极小且可以获得极低的工作阈值；波长和阈值对温度变化相对不太敏感，可实现单纵模出射；出射圆形光斑，易于与光纤耦合；以及封装简易且可以形成二维激光阵列的优点，因此本申请的激光光源20a优先选用VCSEL型光源。
在本实施例中激光光源20a的数量为三个，当然在其他实施例中激光光源20a的数量可以根据需求进一步选择，其数量可以根据需要选择大于三个；每个所述激光光源20a上均有一排多个发光孔，发光孔的数量为十二个；并且多个发光孔均是沿着一条直线方向等间距排列。每个所述激光光源20a在经过激光整形元件50a之后会对应形成一条线形光斑；为了最大化利用激光光源20a出射的激光光束，激光光源20a上任意两个发光孔的中心点连线所形成的直线与激光光源20a在经过激光整形元件50a整形后形成的线形光斑相平行。
进一步的，所述激光光学器件30a对应在上诉激光光源20a的光束出射路径上，所述激光光学器件30a用于将所述激光光源20a出射的激光束(即多条激光)整形为平行的准直的激光束；所述所述激光光学器件30a在本申请中为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等。
所述激光光源20a射出的激光形成所述所述激光光学器件30a的入射光线，入射光线从所述激光光学器件30a的下端面入射进所述激光光学器件30a，然后由所述激光光学器件30a的上端面射出，并且入射到激光光学器件30a内的激光光线在所述激光光学器件30a内被准直，并且改变多条激光的光路的方向，然后射出的多条激光会形成相互平行的光路。所述激光光学器件30a的结构特点将影响光斑的宽度(圆形光斑直径或椭圆光斑长轴或短轴)，进而影响所述激光投射器最终投射的光斑的线宽参数。
具体的，所述激光光学器件30a被设置为具有多个光学准直部的透光的元件，光学准直部的数量与激光光源20a的数量相匹配，即一个光学光学准直部对应一个激光光源20a。光学准直部的下镜面(靠近所述激光光源20a的镜面)为凸起的曲面。所述准直镜的下镜面与所述光源10a之间的距离将影响最终形成的光斑的线宽参数和光斑质量，需要根据需求合理设置。光学准直部的上镜面(与所述下镜面相对且距离所述激光光源20a较远的镜面)为凸起的曲面。并且三个所述光学准直部的厚度根据需要经过准直的光路折射的角度来设计。激光准直元件包括了壳体32a，壳体32a为截面大致为方形的外壳，多个准直部与所述壳体32a为集成于一体。
参考附图3和附图7，在本申请中激光光源20a的数量为三个，且三个激光光源20a沿着直线方向排列，且其中分别位于两端的两个激光光源20a的宽边与三个激光光源20a排列所沿的直线形成平行，而位于中间的激光光源20a的长边与三个激光光源20a排列所沿的直线相平行。因此每个光学准直部对应准直单独的激光光源20a发出的激光，形成三条经过准直的激光光束并且相互平行的激光光束。设置与激光光源20a形成一一对应的光学准直部可以使得激光准直元件30与激光光源20a之间的间距控制在最小的范围内对更多的激光进行准直，从而控制整个多线激光投射器的体积，为服务机器人在设计时，预留出更多其他零器件的布局空间。当然在其他方案中，激光准直元件30a也可以仅仅只有一个光学准直部，即一个光学准直部对应对三个激光光源20a所发出的激光进行准直。
如附图3-附图7所示，三个所述光学准直部分别为第一光学准直部311a、第二光学准直部312a以及第三光学准直部313a，第一光学准直部311a、第二光学准直部312a以及第三光学准直部313a集成为一体。其中第一光学准直部311a的底面为向下(靠近激光芯片一侧的面)的曲面，顶面(远离激光芯片一侧的面)为倾斜的曲面，激光光源的激光从第一光学准直部311a的底面射入，经过第一光学准直部311a的顶面射出，从而形成折射的光束L1。所述第三光学准直部313a与第一光学准直部311a相对称，即第一光学准直部311a与第三光学准直部313a的形状相一致，该第三光学准直部313a的底面为向下(靠近激光芯片一侧的面)的曲面，顶面(远离激光芯片一侧的面)为倾斜的曲面，激光光源的激光从第三光学准直部313a的底面射入，经过第三光学准直部313a的顶面射出，从而形成折射的光束L3。
第一光学准直部311a与第三光学准直部313a之间具有第二光学准直部312a，该第二光学准直部312a为厚度等于或小于第一光学准直部311的厚度的透光的透镜，部分激光光线从第二光学准直部312a的底面射入，激光光线在第二光学准直部内被准直，然后再经第二光学准直部312a的顶面射出，形成光束L2；其中光束L1和光束L3以光束L2的中心光轴为对称轴相对称，由此光束L1、光束L2以及光束L3在同一平面上互不干涉，即光束L1、光束L2以及光束L3无交集。
参考附图7和附图8，对应光束L1、光束L2以及光束L3的传播路径上设置有激光整形元件50a，该激光整形元件50a具有特定的形状配置从而使得光束L1、光束L2以及光束L3分别形成三条线形光斑。其中所述激光整形元件50a包括第一整形透镜51a、第二整形透镜52a以及第三整形透镜53a，第一整形透镜51a对应于光束L1的光路上，光束L1经过第一整形透镜51a整形后会形成线形光斑a，第二整形透镜52a对应光束L2的光路上，光束L2在经过第二整形透镜52a后形成线形光斑b；而第三整形透镜53a则对应光束L3的光路上，光束L3在经过第三整形透镜53a后形成光斑c；其中线形光斑a、线形光斑c在同一平面上相平行，所述线形光斑a与所述线形光斑b在同一平面上相垂直。
进一步的，所述线形光斑a的FOV为60°～100°，优选FOV为80°；该线形光斑a在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。所述线形光斑b的FOV为100°～150°，优选FOV为100°；且所述线形光斑b在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。所述线形光斑c的FOV为60°～100°，优选FOV为80°，且线形光斑c在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。
参考附图3-附图5，本申请激光整形元件还包括外壳54a，所述外壳54a、第一整形透镜51a以及第三整形透镜53a集成于一体。在第一整形透镜51a和第三整形透镜53之间存在第二整形透镜52a，第二整形透镜52a与外壳54a为分体设置。
本申请中整形透镜(即第一整形透镜51a、第二整形透镜52a以及第三整形透镜53a)的材料将影响对激光束的折射率，在本申请实施例中，第一整形透镜51a为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第一整形透镜51的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着X轴方向延伸。所述第一整形透镜51的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形。
在本申请实施例中，第二整形透镜52a对应光束L2的光束上，光束L2经过第二整形透镜52a整形后形成线形光斑b；在本实施例中，第二整形透镜52为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第二整形透镜52的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着Y轴方向延伸，且第二整形透镜52的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形的面。
在本申请实施例中，第三整形透镜53a对应光束L3的光束上，光束L3经过第三整形透镜53a整形后形成线形光斑c。第三整形透镜53a为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第三整形透镜53的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着X轴方向延伸。所述第三整形透镜53的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形。
在本申请的一个具体示例中，所述激光光源20a安装于所述基板10a。具体的，所述基板10a被实施为陶瓷基板，所述陶瓷基板包括陶瓷基片11a和形成于所述陶瓷基片11a的电路层12a，所述激光光源20a电连接于所述电路层12a。更具体地，可通过导电胶和电连接线等导电结构将所述激光光源20a电连接于所述电路层12a。应可以理解，激光光源20a的数量为至少三个，基板10a上设置有三个相互电连接的电路层12a，而每个激光光源20a则分别对用通过导电胶或电连接线连接到对应的电路层12a上。其中每个电路层12a由正极导电体和负极导电体组成。所述基板10a还可以被实施为其他类型的基板，所述激光光源20a也可通过其他方式电连接于所述基板10a，对此，并不为本申请所局限。并且在所述基板上连接有导电体13a，该导电体13a用以向基板10a上的电路层12a供应电流以点亮激光光源，所述导电体13a为FPC，当然也可以根据需要选择不同的导电线。
另一实施例
如图9-13所示，在本申请的其他实施例中，所述多线激光器主要包括基板10b、激光光源20b、激光光学器件以及激光整形元件50b。其中激光光学器件包括激光准直元件30b以及光学元件40b。所述激光光源20b被实施为VCSEL(垂直腔面发射激光器)型光源、EEL(边发射激光器)型光源、HCSEL(水平腔面发射激光器)型光源、LED型光源等。其中由于VCSEL型光源具有有源层体积极小且可以获得极低的工作阈值；波长和阈值对温度变化相对不太敏感，可实现单纵模出射；出射圆形光斑，易于与光纤耦合；以及封装简易且可以形成二维激光阵列的优点，因此本申请的激光光源20b优先选用VCSEL型光源。
在本实施例中激光光源20b的数量为三个，当然在其他实施例中激光光源20b的数量可以根据需求进一步选择，其数量可以根据需要选择大于三个；每个所述激光光源20b上均有一排多个发光孔201b，发光孔201b的数量为十二个；并且多个发光孔201b均是沿着一条直线方向等间距排列。每个所述激光光源20b在经过激光整形元件50b之后会对应形成一条线形光斑；为了最大化利用激光光源20b出射的激光光束，激光光源20b上任意两个发光孔201b的中心点连线所形成的直线与激光光源20b在经过激光整形元件50b整形后形成的线形光斑相平行。
进一步的，所述激光准直元件30b对应在上诉激光光源20b的光束出射路径上，所述激光准直元件30b用于将所述激光光源20b出射的激光束(即多条激光)整形为平行的准直的激光束；所述激光准直元件30b在本申请中为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等。所述激光光源20b射出的激光光束形成所述激光准直元件30b的入射光线，入射光线从激光准直元件30b的下端面入射进激光准直元件30b，然后由激光准直元件30b的上端面射出，射出的多条激光会形成相互平行的光路。所述激光准直元件30b的结构特点将影响光斑的宽度(圆形光斑直径或椭圆光斑长轴或短轴)，进而影响所述激光投射器最终投射的光斑的线宽参数。
具体的，所述激光准直元件30b被设置为具有多个准直部31b的透光的元件，准直部31b的数量与激光光源20b的数量相匹配，即一个准直部31b对应一个激光光源20b。准直部的下镜面(靠近所述激光光源20b的镜面)和上镜面(与所述下镜面相对且距离所述激光光源20b较远的镜面)为曲面。所述准直镜的下镜面与所述光源10之间的距离将影响最终形成的光斑的线宽参数和光斑质量，需要根据需求合理设置。
参考附图11和附图15，在本申请中激光光源20b的数量为三个，且三个激光光源20b沿着直线方向排列，且其中分别位于两端的两个激光光源20b的宽边与三个激光光源20b排列所沿的直线形成平行，而位于中间的激光光源20b的长边与三个激光光源20b排列所沿的直线相平行。因此每个准直部31b对应准直单独的激光光源20b发出的激光，形成三条经过准直的激光光束并且相互平行的激光光束。设置与激光光源20b形成一一对应的准直部31b可以使得激光准直元件30b与激光光源20b之间的间距控制在最小的范围内对更多的激光进行准直，从而控制整个多线激光投射器的体积，为服务机器人在设计时，预留出更多其他零器件的布局空间。当然在其他方案中，激光准直元件30b也可以仅仅只有一个准直部31b，即一个准直部31b对应对三个激光光源20b所发出的激光进行准直。
参考附图14，光学元件40b对应的设置在经准直后的激光传输路径上，激光在经过光学元件时，部分激光经过光学元件进行出射角度调节，其对经过三个准直部准直出的激光进行光学折射，所述光学元件为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等。
如附图11-附图16所示，光学元件40b包括光学基座43b、第一折射镜41b以及第二折射镜42b，第一折射镜41b、第二折射镜42b以及光学基座43b集成为一体。其中第一折射镜41b的底面为水平的平面，顶面为倾斜的平面，经过上述位于一侧边缘的准直部31b准直的光束从第一折射镜41b的底面射入，经过第一折射镜41b的顶面射出，从而形成折射的光束L1。所述第二折射镜42b与第一折射镜41b相对称，即第一折射镜41b与第二折射镜42b的形状相一致，该第二折射镜42b的底面为水平的平面，第二折射镜42b的顶面为倾斜的平面，而经过上述位于另一侧边缘的激光光源20b与其下方对应的准直部31b准直的光束从第二折射镜42b的底面射入，经第二折射镜42b内部后由第二折射镜42b的顶面射出，从而形成折射的光束L3。
第一折射镜41b与第二折射镜42b之间留存有空隙44，该空隙44可以直接为留出的空间，又或者是通过平光透镜进行填充，余下的经过位于中间的准直部31b准直后的光束会从第一折射镜41b与第二折射镜42b之间的空隙44或平光透镜当中穿过，形成光束L2；其中光束L1和光束L3以光束L2的中心光轴为对称轴相对称，由此光束L1、光束L2以及光束L3在同一平面上互不干涉，即光束L1、光束L2以及光束L3无交集。
参考附图16和附图17，对应光束L1、光束L2以及光束L3的传播路径上设置有激光整形元件50b，该激光整形元件50b具有特定的形状配置从而使得光束L1、光束L2以及光束L3分别形成三条线形光斑。其中所述激光整形元件50b包括第一整形透镜51b、第二整形透镜52b以及第三整形透镜53b，第一整形透镜51b对应于光束L1的光路上，光束L1经过第一整形透镜51b整形后会形成线形光斑a，第二整形透镜52b对应光束L2的光路上，光束L2在经过第二整形透镜52b后形成线形光斑b；而第三整形透镜53b则对应光束L3的光路上，光束L3在经过第三整形透镜53b后形成光斑c；其中线形光斑a、线形光斑c在同一平面上相平行，所述线形光斑a与所述线形光斑b在同一平面上相垂直。
进一步的，所述线形光斑a的FOV为60°～100°，优选FOV为80°；该线形光斑a在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。所述线形光斑b的FOV为100°～150°，优选FOV为100°；且所述线形光斑b在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。所述线形光斑c的FOV为60°～100°，优选FOV为80°，且线形光斑c在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。
参考附图11-附图13，本申请中整形透镜(即第一整形透镜51b、第二整形透镜52b以及第三整形透镜53b)的材料将影响对激光束的折射率，在本申请实施例中，第一整形透镜51b为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第一整形透镜51b的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着X轴方向延伸。所述第一整形透镜51b的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形。
在本申请实施例中，第二整形透镜52b对应光束L2的光束上，光束L2经过第二整形透镜52b整形后形成线形光斑b；在本实施例中，第二整形透镜52b为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第二整形透镜52b的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着Y轴方向延伸，且第二整形透镜52b的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形的面。
在本申请实施例中，第三整形透镜53b对应光束L3的光束上，光束L3经过第三整形透镜53b整形后形成线形光斑c。第三整形透镜53b为塑料、玻璃等可透光材料制成，例如，PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃、EP5000型聚碳酸酯树脂塑料等，且第三整形透镜53b的底部截面为波浪形，该波浪形为沿着X轴方向延伸。所述第三整形透镜53b的顶面为平面、凹面或者是截面是波浪形。
在本申请的一个具体示例中，所述激光光源20b安装于所述基板10b。具体的，所述基板10b被实施为陶瓷基板，所述陶瓷基板包括陶瓷基片11b和形成于所述陶瓷基片11b的电路层12b，所述激光光源20b电连接于所述电路层12b。更具体地，可通过导电胶和电连接线等导电结构将所述激光光源20b电连接于所述电路层12b。应可以理解，激光光源20b的数量为至少三个，基板10b上设置有三个相互电连接的电路层12b，而每个激光光源20b则分别对用通过导电胶或电连接线连接到对应的电路层12b上。其中每个电路层12b由正极导电体和负极导电体组成。所述基板10b还可以被实施为其他类型的基板，所述激光光源20b也可通过其他方式电连接于所述基板10b，对此，并不为本申请所局限。并且在所述基板上连接有c，该导电体13b用以向基板10b上的电路层12b供应电流以点亮激光光源，所述导电体13b为FPC，当然也可以根据需要选择不同的导电线。
所述基板上设置有光学支架60b，光学支架采用黑色阳光PC；该光学支架60b的底部胶接到基板10b上，并且该光学支架60b将上述的所有激光光源20b罩在光学支架60b内；所述激光准直元件30b以及光学元件40b均位于光学支架60b内部，其中光学元件40b的底部在一定程度上为扩口状，准直元件30嵌入到光学元件40b的底部，并且胶连在一起。所述光学元件40b嵌入至光学支架60b的内部。在所述光学支架60b的顶部位置开设有三个窗口，三个窗口分别为第一窗口601b、第二窗口602b以及第三窗口603b，其中每个窗口分别对应一个整形透镜，即第一整形透镜51b对应安装于第一窗口601b、第二整形透镜52b对应安装于第二窗口602b，第三整形透镜53b对应安装于第三窗口603b，并且整形透镜上半部的边缘与窗口内壁之间留存有间距62b，该间距62b作为填充胶水以固定整形透镜于窗口61b内壁。
综上，所述多线激光投射器被阐明，所述多线激光投射器能够投射三条线形光斑，并且其中两条线形光斑为相互平行，另一条线形光斑为与两条线形光斑垂直相交，使其能够满足特定的应用场景，例如，服务机器人避障。
示意性电子设备
根据本申请的另一方面，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的激光投射器和用于接收所述激光投射器出射的激光的探测器，所述激光投射器的具体结构和功能已经在上面图1至图6所示意的激光投射器的描述中得到了详细介绍，并因此，将省略其重复描述。
所述电子设备可被实施为扫地机器人，也可被实施为其他需要能够投射形成在X轴方向上有两条平行且中部激光能量与边缘激光能量保持基本一致的一字线形光斑a和一字线形光斑c,同时在Y轴方向上有一条中部能量激光能量与边缘激光能量保持基本一致的一字线形光斑b，其中线形光斑a、线形光斑c在同一平面上相平行，所述线形光斑a和线形光斑c同时与所述线形光斑b在同一平面上相垂直。
需要指出的是，在本申请的装置和方法中，不同实施例中的各部件或各步骤在没有背离本申请的原理下是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为包含在本申请的申请构思之内。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
Claims (38)
1.一种多线激光投射器，其中，包括
激光光源，用于产生激光的；
激光光学器件，供激光光源所产生的激光穿透，对应于所述激光出射路径上以准直并调整部分经过准直的激光光线角度；
激光整形元件，对应于激光光线的传播路径上且具有特定形状配置以使得激光光线形成至少三条线形光斑，其中，至少两条所述线形光斑在同一平面上具有交汇点；
其中，经过所述激光光学器件的激光形成至少三条光束，每条所述光束分别对应形成所述线形光斑，且每条所述光束在同一平面上互不干涉。
2.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，其中三条所述光束分别为光束L1、光束L2以及光束L3，其中所述光束L1与所述光束L3以所述光束L2的光轴为对称轴相对称。
3.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，三条所述线形光斑分别为线形光斑a、线形光斑b以及线形光斑c；线形光斑a和线性光斑c为沿着纵向分布的光斑，线性光斑b为沿着横向分布的光斑。
4.根据权利要求3所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑a与所述线形光斑b在同一平面上相交。
5.根据权利要求3所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑c与所述线性光斑b在同一个平面上相交。
6.根据权利要求4所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑a与所述线形光斑b的交点为远离线性光斑b的中点。
7.根据权利要求5所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑c与所述线形光斑b的交点为远离线性光斑b的中点。
8.根据权利要求6所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑a与所述线形光斑b的交点为在线性光斑b的中点的下方。
9.根据权利要求7所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑c与所述线形光斑b的交点为在线性光斑b的中点的下方。
10.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，每条所述线形光斑在线长方向上的边缘激光能量与中心激光能量之间的比值为1.0～2.0：1.0。
11.根据权利要求3所述的一种多线激光投射器，其中，所述线形光斑a的FOV为60°～100°；所述线形光斑b的FOV为100°～150°；所述线形光斑a的FOV为60°～100°。
12.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光学器件包括多个对应形成所述光束的光学准直部，所述光学准直部具有凸起的曲面。
13.根据权利要求12所述的一种多线激光投射器，其中，所述光学准直部顶面的顶面为球面。
14.根据权利要求12所述的一种多线激光投射器，其中，所述光学准直部的底面为球面。
15.根据权利要求12所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光学器件还包括壳体，所述光学准直部与所述壳体为集成于一体。
16.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光整形元件包括对光束L1整形以得到线形光斑a的第一整形透镜、对光束L2整形以得到线形光斑b的第二整形透镜以及对光束L3整形以得到线形光斑c的第三整形透镜。
17.根据权利要求16所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜的底部截面均为波浪形。
18.根据权利要求16所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光整形元件还包括外壳，所述第一整形透镜、第三整形透镜以及外壳集成于一体。
19.根据权利要求18所述的一种多线激光投射器，其中，所述第二整形透镜位于所述第一整形透镜与第二整形透镜之间，且该第二整形透镜与所述外壳为分体设置。
20.根据权利要求16所述的一种多线激光投射器，其中，所述第二整形透镜的上端面为倾斜的平面。
21.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光学器件包括对激光光源射出的光线进行准直的激光准直元件以及调整部分经过准直的激光的光线角度的光学元件。
22.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述光学元件包括对应形成所述光束L1的第一折射镜以及对应形成所述光束L3的第二折射镜。
23.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一折射镜与所述第二折射镜之间对应形成所述光束L2穿透过的空隙或平光透镜。
24.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光整形元件包括对光束L1整形以得到线形光斑a的第一整形透镜、对光束L2整形以得到线形光斑b的第二整形透镜以及对光束L3整形以得到线形光斑c的第三整形透镜。
25.根据权利要求24所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜的底部截面均为波浪形。
26.根据权利要求25所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶面为平面。
27.根据权利要求25所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶面为凹面。
28.根据权利要求25所述的一种多线激光投射器，其中，所述第一整形透镜、第二整形透镜以及第三整形透镜中一个或多个的顶部截面为波浪形。
29.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光准直元件上设有至少三个准直部，每个所述准直部分别与所述激光光源相对应。
30.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述光学元件上设置有安装槽，所述激光准直元件至少部分嵌入至所述安装槽内。
31.根据权利要求21所述的一种多线激光投射器，其中，所述多线激光投射器还包括光学支架，所述光学元件以及所述激光整形元件均设置于所述光学支架上。
32.根据权利要求1所述的一种多线激光投射器，其中，所述多线激光投射器还包括基板，所述激光光源设于所述基板上。
33.根据权利要求32所述的一种多线激光投射器，其中，所述基板上连接有用以点亮激光光源的导电体。
34.根据权利要求33所述的一种多线激光投射器，其中，所述导电体为FPC。
35.根据权利要求32所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光源的数量为至少三个。
36.根据权利要求32所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光源上设置有多个沿着直线方向排列的发光孔。
37.根据权利要求32所述的一种多线激光投射器，其中，所述激光光源为VCSEL、HCSEL、EEL、LED中的一种。
38.一种电子设备，其中，包括：
如权利要求1至37任一所述的多线激光投射器；和
用于接收所述激光投射器出射的激光的探测器。
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