CN207460318U - 便于固定的光学模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便于固定的光学模组，包括电路板、芯片、镜座和镜头，所述芯片和所述镜座安装在所述电路板上，所述镜头安装在所述镜座上，所述镜头上设有至少一个定位结构；还提供一种应用这种光学模组的移动终端。通过在光学模组的镜头上设置定位结构，方便其固定；在移动终端放置光学模组的支架上设置有与之耦合的固定结构，从而使得多个光学模组可以更加精确地进行组装、整体结构更加稳定，从而提高光学模组以及深度相机的结构稳定性，防止磕碰、跌落等影响其性能。

Description

便于固定的光学模组

技术领域

本实用新型涉及光学及电子技术领域，尤其涉及一种便于固定的光学模组。

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，深度相机需要向体积小、功耗低、结构稳定等方向发展，才能被更多的智能设备作为嵌入式元器件采用。消费者在使用智能设备特别是移动设备时，不可避免的会遭受磕碰、跌落等问题，传统的单相机在轻微磕碰等情况下，一般不会影响其性能，而对于深度相机，轻微磕碰会使得深度相机内的光学模组相对位置发生偏离，导致深度图像的精度下降。

另外，在深度相机组装过程中，相机内的光学模组的相对位置需要进行严格精确定位，偏离或偏转都会降低深度图像的精度。

现有技术中光学模组在组装或使用过程中容易发生松动、偏离等造成深度图像精度下降。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中光学模组在组装或使用过程中容易发生松动、偏离等造成深度图像精度下降的问题，提出一种便于固定的光学模组。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种便于定位的光学模组，包括电路板、芯片、镜座和镜头，所述芯片和所述镜座安装在所述电路板上，所述镜头安装在所述镜座上，所述镜头上设有至少一个定位结构。

在一个实施例中，所述定位结构的形式为平面、凸起、凹槽或不规则形状中的一种或组合。

在一个实施例中，所述芯片为图像传感器芯片或激光芯片，当所述芯片为激光芯片时，所述镜头包括镜筒以及安装在镜筒内部的透镜以及衍射光学元件，所述透镜用于准直所述激光阵列芯片发出的光束，所述衍射光学元件用于将所述光束衍射后向外投射出图案化光束。

在一个实施例中，所述电路板包括柔性电路板、印制电路板、软硬结合板中的一种或组合,所述电路板还包括加强板，所述加强板是在所述电路板外设置金属材料或陶瓷材料。

本实用新型还提供一种移动终端，包括：至少两个如上所述的光学模组；支架，用于支撑所述光学模组并设置有与所述光学模组的定位结构耦合的固定结构，所述固定结构与所述定位结构接触并固定所述光学模组。所述光学模组包括用于投影的投影模组和用于采集图像的成像模组；所述支架上设置处理器。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种便于固定的光学模组和应用这个光学模组的移动终端，通过在光学模组的镜头上设置定位结构，方便其固定；在移动终端放置光学模组的支架上设置有与之耦合的固定结构，从而使得多个光学模组可以更加精确地进行组装、整体结构更加稳定，从而提高光学模组以及深度相机的结构稳定性，防止磕碰、跌落等影响其性能。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的光学模组的立体示意图。

图2是本实用新型又一些实施例的光学模组示意图。

图3是本实用新型一个实施例的3D成像装置的示意图。

图4是本实用新型一个实施例的移动终端结构示意图。

其中，1-光学模组，11-电路板，12-连接器，13-电路板与镜座之间的连接，14-镜座，15-镜座与镜头之间的连接，16-镜筒，17-定位结构，18-光学元件，3-3D成像装置，31-成像模组，32-RGB相机模组，33-投影模组，34-支架、4-移动终端、41-外壳、42-屏幕、43-主板、44-电池、45-专用处理器。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

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、体积小且高散热的光学模组的结构方案。本实用新型所提出的结构方案适用了所有类型的包括深度相机在内的移动终端，移动终端的类型不受限制，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、PC终端、电子书、个人数字助理、MP3/4/5、摄像机、相机等设备，应当理解，上述虽然列举了所述移动电子设备可以被实施的类型，但是其仅为举例性的说明，并不能够被视为对本发明的内容和范围的限制。换言之，移动终端还可以有其他的实施方式。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的思想。

下文中所说的光学模组可以是基于结构光技术的投影模组、成像模组或RGB相机模组，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和接收模组。

如图1所示，本实用新型一个实施例的光学模组的立体示意图。光学模组1包括芯片(图中未示出)，电路板11、镜座14、镜头(包括镜筒16、光学元件18)，芯片安装在电路板上，并可以由电路板提供电流实现对芯片的控制，电路板11与镜座14之间通过13连接，镜座14与镜头之间通过15连接，连接方式13和15包括但不限于螺纹、胶水、粘贴、卡扣、焊接等方式。电路板11包括柔性电路板(FPC)、印制电路板(PCB)、软硬结合板等，有时也可以在电路板上设置有金属材料，比如铜片来增加电路板的硬度，同时也可以起到散热的作用；也可以在电路板上设置陶瓷材料，陶瓷材料为氧化铝、氧化铍及氮化铝其中之一。电路板还包括连接器12，连接器包括任何形式，比如板对对(BTB)连接器、零***力(ZIF)连接器等。

芯片根据光学模组的种类一般有图像传感器芯片和激光芯片，当光学模组为成像模组时，芯片为图像传感器芯片，比如CMOS、CCD等，此时光学元件一般为成像透镜，对于不同的成像模组，图像传感器还需要配备相应的滤光片，比如拜尔滤光片用来获取彩色图像，红外滤光片用来获取红外图像。当光学模组为投影模组时，芯片为激光芯片，用来发射出光束，此时光学元件一般包括透镜以及衍射光学元件，透镜用于准直光束，而衍射光学元件则将光束衍射后向外发射出图案化光束。

光学模组使用可以单个使用也可以多个模组组合在一起使用，在将单个或多个光学模组安装在一起时，一般是通过固定住镜头部分从而固定于该光学模组。但是目前大部分镜头是采用圆形的镜头截面形式，导致固定组装过程中难以精确定位；使用过程中，光学模组在跌落或磕碰后也容易发生偏离。针对这个问题，可以从两方面着手进行解决：一是加强镜头的固定方式，比如改进镜头的定位方法有以下几种，可以V形块定槽、弹性夹头定位、三爪卡盘定位、锥度顶针等以镜头轴线为基准的定位方式来加强镜头的定位；二是改变镜头的截面形式，使其便于固定。显然，第一种方式需要改进较大，而且不易实现，容易增大光学模组的面积。

在本实用新型中，主要是通过改变镜头的截面形式使光学模组便于固定。具体是通过在镜头部分设置定位结构17。如图1所示的实施例中，该定位结构17可以看成是原本圆形的镜头被切割掉了一部分，新形成的平面部分即为定位结构17。可以理解的是，由于是平面，使得镜头不容易发生偏转，更加稳定。但此处所说的定位结构17的形式是不固定的，可以理解为便于固定产生的新的接触面。本实用新型是在没有增加任何部件的基础上，解决镜头容易偏转的问题。

在本实用新型的变通实施例中，也可以将定位结构17设置成需要的形式，比如凸起、凹槽或不规则形状等形式，不规则形状可以凸起和凹槽的结合，也可以是其他的卡合结构；在固定光学模组的结构上或应用光学模组的移动终端中设置与定位结构17的形状相互配合的配合结构即可将光学模组稳定的固定住。

定位结构的数量可以是一个，也可以有多个；当有多个定位结构式，定位结构可以是多种形式的组合，通过数量上的增加可以提升结构组装精度以及结构稳定性。这里所说的个数是指图1中，新形成的平面的个数，在其他的具体实施例中，相应的是指改进镜头的截面形式时产生的新的便于固定的界面的个数。

图2所示的是根据本实用新型一些实施例的光学模组示意图。其中图2(a)即为光学模组包括1个定位结构的情形，图2(b)、2(c)则分别为光学模组包括2、3个定位结构的情形。

图3所示的是根据本实用新型一个实施例的3D成像装置的示意图。3D成像装置3(即深度相机)包括用于3D成像的投影模组33及相应的成像模组31，其中投影模组33用于向空间中投射结构光图案，成像模组31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33用于投射不可见光图案，比如红外光，相应的，成像模组31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。

成像模组31与投影模组33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3D成像装置3拥有更多的功能，一般地，还在3D成像装置3中配置了彩色相机模组，比如RGB相机模组32，在后文的说明中均以RGB相机模组为例进行说明，可以理解的是本实用新型并不限于此。配置了RGB相机模组32的3D成像装置3则拥有了同步获取目标深度图像以及RGB图像的能力。由于成像模组31与RGB相机模组32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，往往需要对成像模组31与RGB相机模组32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。成像模组31与RGB相机模组32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32会相对靠近成像模组31一些，如图3所示。

在本实施例的变通实施例中，也可以配置除RGB模组外的其他模组，比如在投影模组33的另一边同样也设置一个与成像模组31相同的模组，即三者在同一基线上，但两个成像模组分别位于两侧，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，两个成像模组31与投影模组33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成像模组31与投影模组33来进行测量；或者同时开启两个成像模组31，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，成像模组31中的透镜的焦距也不相同。

在后续的说明中将投影模组33、成像模组31以及RGB相机模组32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。

深度相机与传统单个相机相比，对含有的各个光学模组之间的相对稳定性要求更高，这是由于深度图像的精度取决于投影模组33与成像模组31之间的基线距离。一般地，为了满足这一稳定性，深度相机除了包含这些光学模组外，还包括用于固定的支架34，支架34上含有与各个模组一一对应的固定结构，该固定结构与光学模组1的镜头直接连接，当光学模组含有定位结构后，比如平面，支架上的固定结构需要与该平面耦合，相对于传统光学模组结构，本实用新型提供带有定位结构的光学模组更容易与支架的固定结构契合，在深度相机组装过程中将可以实现快速精确定位，在使用过程中出现跌落或磕碰现象时，光学模组之间的相对位置将更加的稳定。

如图3所示，投影模组33的镜头部分拥有4条平面形式的定位结构，而成像模组31以及RGB相机模组32拥有2条平面形式的定位结构。

支架34一般由刚性较好的材料制成，比如钢、铝合金、锌合金等，厚度约为0.5mm～5mm，支架34也可以是电子设备中的主板或用于固定其他器件的支架。支架34与各个光学模组之间还可以通过胶水、焊接等形式进一步增强结构稳定性。

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4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4包括外壳41、屏幕42、成像模组31、RGB相机模组32、投影模组33，另外在移动终端4内部还包括电池44以及主板43。这里，深度相机被设置在获取移动终端4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4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3所示的实施例中的结构。在一些实施例中，移动终端主板43与支架34可以合二为一，深度相机上的其他元器件，比如专用处理器45也可以直接放置到移动终端4的主板43上，甚至可以由主板43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。

本实用新型中的光学模组通过在其镜头上设置至少一个定位结构，从而可以提升光学模组在组装过程实现快速精确定位以及在使用过程中提升其整体结构稳定性，以提升抗摔性能。

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。

Claims (10)

1.一种便于固定的光学模组，其特征在于，包括电路板、芯片、镜座和镜头，所述芯片和所述镜座安装在所述电路板上，所述镜头安装在所述镜座上，所述镜头上设有至少一个定位结构。

2.如权利要求1所述的便于固定的光学模组，其特征在于，所述定位结构的形式为平面、凸起、凹槽或不规则形状中的一种或组合。

3.如权利要求1所述的便于固定的光学模组，其特征在于，所述芯片为图像传感器芯片或激光芯片。

4.如权利要求3所述的便于固定的光学模组，其特征在于，当所述芯片为激光芯片时，所述镜头包括镜筒以及安装在镜筒内部的透镜以及衍射光学元件，所述透镜用于准直所述激光阵列芯片发出的光束，所述衍射光学元件用于将所述光束衍射后向外投射出图案化光束。

5.如权利要求1所述的便于固定的光学模组，其特征在于，所述电路板包括柔性电路板、印制电路板、软硬结合板中的一种或组合。

6.如权利要求5所述的便于固定的光学模组，其特征在于，所述电路板还包括加强板，所述加强板是在所述电路板外设置金属材料或陶瓷材料。

7.如权利要求1所述的便于固定的光学模组，其特征在于，所述电路板还包括连接器。

8.一种移动终端，其特征在于，包括：

至少两个如权利要求1～7任一所述的光学模组；

支架，用于支撑所述光学模组并设置有与所述光学模组的定位结构耦合的固定结构，所述固定结构与所述定位结构接触并固定所述光学模组。

9.如权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述光学模组包括用于投影的投影模组和用于采集图像的成像模组。

10.如权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述支架上设置处理器。