本實(shí)用新型涉及光學(xué)及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)投影裝置及其深度相機(jī)。

背景技術(shù)：

深度相機(jī)可以獲取目標(biāo)的深度信息借此實(shí)現(xiàn)3D掃描、場景建模、手勢交互，與目前被廣泛使用的RGB相機(jī)相比，深度相機(jī)正逐步受到各行各業(yè)的重視。例如利用深度相機(jī)與電視、電腦等結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)體感游戲以達(dá)到游戲健身二合一的效果，微軟的KINECT、奧比中光的ASTRA是其中的代表。另外，谷歌的tango項目致力于將深度相機(jī)帶入移動設(shè)備，如平板、手機(jī)，以此帶來完全顛覆的使用體驗(yàn)，比如可以實(shí)現(xiàn)非常真實(shí)的AR游戲體驗(yàn)，可以使用其進(jìn)行室內(nèi)地圖創(chuàng)建、導(dǎo)航等功能。

深度相機(jī)中的核心部件是光學(xué)投影裝置，隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，光學(xué)投影裝置將向越來越小的體積以及越來越高的性能不斷進(jìn)化。一般地，光學(xué)投影裝置由電路板、光源等部件組成，目前晶圓級大小的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列光源使得光學(xué)投影裝置的體積可以減小到被嵌入到手機(jī)等微型電子設(shè)備中。現(xiàn)有技術(shù)中，可以將VSCEL制作在半導(dǎo)體襯底上，并將半導(dǎo)體襯底與柔性電路板（FPC）進(jìn)行連接，為了解決散熱問題，還引入了半導(dǎo)體致冷器（TEC）。TEC可以很好的對光源發(fā)熱進(jìn)行控制，但由于本身的功耗較高，且占用較大的體積，使得這種形式的光學(xué)投影裝置的體積以及功耗仍不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為解決提供現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)投影裝置體積與散熱效果二者不能兼得的問題，提供一種光學(xué)投影裝置及其深度相機(jī)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種光學(xué)投影裝置，包括：

光源，包括半導(dǎo)體襯底，以及設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的光源陣列，用于發(fā)射光束；電路板，安裝在所述半導(dǎo)體襯底上并開有通孔，所述通孔使得所述光束通過；光束生成器，安裝在所述電路板上并用于接收所述光束后向外投射出圖案光束。

在一個實(shí)施例中，所述光學(xué)投影裝置還包括底座，安裝在與所述電路板相對的所述半導(dǎo)體襯底表面上，用于提供對所述光源的支撐和/或散熱。在一個實(shí)施例中，所述底座包括陶瓷底座。在一個實(shí)施例中，所述底座設(shè)置有凹槽，所述凹槽用于安裝所述半導(dǎo)體襯底，所述底座上非所述凹槽的部位與所述電路板連接。

在一個實(shí)施例中，所述光源包括VCSEL光源。在一個實(shí)施例中，所述VCSEL光源以不規(guī)則陣列排列在所述半導(dǎo)體襯底上。

在一個實(shí)施例中，所述光束生成器包括：鏡座，所述鏡座安裝在所述電路板上；透鏡，所述透鏡安裝在所述鏡座上用于準(zhǔn)直或匯聚所述光束；衍射光學(xué)元件，所述衍射光學(xué)元件安裝在所述鏡座上用于接收所述光束并向外投射出所述圖案光束。所述透鏡為微透鏡陣列，與所述衍射光學(xué)元件被設(shè)計成單個光學(xué)元件。

在一個實(shí)施例中，所述電路板為印制電路板、柔性電路板、軟硬結(jié)合板中的一種或結(jié)合。

根據(jù)本實(shí)用的一個實(shí)施例，還提供了一種采用以上權(quán)利要求任一所述的光學(xué)投影裝置的深度相機(jī)，所述深度相機(jī)用于獲取被測目標(biāo)的深度圖像。

本實(shí)用新型的有益效果在于提供了一種光學(xué)投影裝置及應(yīng)用其的深度相機(jī)，光學(xué)投影裝置通過直接將光源中的半導(dǎo)體襯底作為支撐底座以減小裝置的厚度，另外還安裝有具有散熱性能的加強(qiáng)底座以提高裝置的穩(wěn)定性以及散熱性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)施例結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)系統(tǒng)的示意圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)施例的光學(xué)投影裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”、“設(shè)置于”或“安裝于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在該另一個元件上。當(dāng)一個元件被稱為是“連接于”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至該另一個元件上。另外，連接即可以是用于固定作用也可以是用于電路連通作用。

需要理解的是，術(shù)語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型實(shí)施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。

本實(shí)用新型提出一種光學(xué)投影裝置及其深度相機(jī)。以下對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。實(shí)施例中將對光學(xué)投影裝置及其深度相機(jī)進(jìn)行說明，但并不意味著這種光學(xué)投影裝置僅能應(yīng)用在深度相機(jī)中，任何其他裝置中凡是直接或間接利用該方案都應(yīng)被包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求中。

圖1所示的是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)施例的基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)示意圖?；诮Y(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)主要組成部件有光學(xué)投影裝置13、圖像采集裝置14、主板12以及處理器11，在一些深度相機(jī)中還配備了RGB相機(jī)16。光學(xué)投影裝置13、圖像采集裝置14以及RGB相機(jī)16一般被安裝在同一個深度相機(jī)平面上，且處于同一條基線，每個裝置或相機(jī)都對應(yīng)一個進(jìn)光窗口17。一般地，處理器11被集成在主板12上，而光學(xué)投影裝置13與圖像采集裝置14通過接口15與主板12連接，在一種實(shí)施例中所述的接口為FPC接口。其中，光學(xué)投影裝置13用于向目標(biāo)空間中投射經(jīng)編碼的結(jié)構(gòu)光圖案，圖像采集裝置14采集到該結(jié)構(gòu)光圖像后通過處理器的處理從而得到目標(biāo)空間的深度圖像。在一個實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)光圖像為紅外激光散斑圖案，圖案具有顆粒分布相對均勻但具有很高的局部不相關(guān)性，這里的局部不相關(guān)性指的是圖案中各個子區(qū)域都具有較高的唯一性。對應(yīng)的圖像采集裝置14為與光學(xué)投影裝置13對應(yīng)的紅外相機(jī)。利用處理器獲取深度圖像具體地指接收到由圖像采集裝置采集到的散斑圖案后，通過計算散斑圖案與參考散斑圖案之間的偏離值來進(jìn)一步得到深度圖像。

目前單一的深度相機(jī)由于體積較大，大都是作為獨(dú)立的外設(shè)，通過USB等數(shù)據(jù)接口與其他設(shè)備如電腦、手機(jī)等連接，并將其獲取的深度等信息傳輸給其他設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的處理。隨著深度相機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，將深度相機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行集成、整合將會是未來的發(fā)展方向。在主板與處理器的集成方面可以將深度相機(jī)的主板、處理器與電腦手機(jī)等設(shè)備的主板、處理器進(jìn)行整合；在圖像采集裝置與激光投影裝置的集成方面，目前電腦等大型設(shè)備都有相關(guān)的方案，然而對于手機(jī)等微型設(shè)備，只有體積小的激光投影裝置才能滿足要求，目前能滿足這些要求的較佳的方案是采用VCSEL陣列激光器。另一方面，由于激光投影的功耗較大、發(fā)熱較多，因此擁有較高的散熱性也是光學(xué)投影裝置的必要性能。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)施例的光學(xué)投影裝置的示意圖。光學(xué)投影裝置13包括電路板131、光源132、鏡座137、透鏡135以及衍射光學(xué)元件（DOE）136。透鏡135與DOE136共同構(gòu)成了光束生成器，光源132發(fā)出的光束經(jīng)透鏡135準(zhǔn)直或匯聚后由DOE136擴(kuò)束并以一定的光束圖案向空間發(fā)射。一般地透鏡135位于光源132以及衍射光學(xué)元件136之間，透鏡135與光源132之間的距離最好等于透鏡的焦距。在一個實(shí)施例中，透鏡135也可以是微透鏡陣列。在一個實(shí)施例中透鏡135與DOE136也可以整合成一個光學(xué)元件。

在一些實(shí)施例中，光源132為VCSEL陣列光源，即在半導(dǎo)體襯底上形成多個VCSEL光源以形成光源芯片，如此不僅可以提高發(fā)光功率，也可以更好地形成光束圖案。在一個實(shí)施例中，光束圖案要求是不規(guī)則的隨機(jī)斑點(diǎn)圖案，因此光源芯片上的多個VCSEL以不規(guī)則陣列的形式排列在半導(dǎo)體襯底上，光源芯片發(fā)出的第一光束圖案與VCSEL芯片上VCSEL光源布置的圖案一致，當(dāng)?shù)谝还馐煌哥R15準(zhǔn)直后由DOE16向空間中發(fā)射出第二光束，一般地第二光束的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于第一光束的數(shù)量，另外第二光束所形成的圖案應(yīng)該是第一光束圖案的復(fù)合，具體的細(xì)節(jié)可以參見中國專利申請201610977171.9及201610977172.3。

VCSEL陣列光源132主要由半導(dǎo)體襯底以及VCSEL光源組成，如圖2所示，半導(dǎo)體襯底與鏡座137底部的面積相同，僅在其上非常小的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有VCSEL光源用于發(fā)光。

電路板131安裝在VCSEL陣列光源132上，并且在有VCSEL光源的區(qū)域開有通孔以使得光束通過。電路板131可以是印制電路板（PCB）、柔性電路板（FPC）、軟硬結(jié)合板中的一種或組合。電路板131末端一般設(shè)置有連接器134以實(shí)現(xiàn)與其他器件的連接。連接器134可以是USB、mini USB、MIPI等連接器。

電路板132用于控制VCSEL陣列光源132發(fā)光，二者之間的連接方式有多種，一種是通過金線連接，另一種方式是通過球形陣列連接方式。圖2所示的光學(xué)投影裝置與已有技術(shù)相比最大的優(yōu)勢在于可以將VCSEL陣列光源封裝并在表面生成球形陣列，在進(jìn)行安裝時可以利用倒裝工藝將VCSEL陣列光源132通過球形陣列直接安裝在電路板131上。其他任何合適的連接方式均可以用到本實(shí)施方案中。

光束生成器通過鏡座137安裝在電路板131上。為了提高光學(xué)投影裝置13的穩(wěn)定性，在一個實(shí)施例中，還在VCSEL陣列光源132的半導(dǎo)體襯底下面安裝加強(qiáng)底板133，加強(qiáng)底板133可以是金屬材料也可以是陶瓷等材料，除了起到加強(qiáng)穩(wěn)固的作用之外，還可以增加VCSEL陣列光源132的散熱性能。

在一個實(shí)施例中，VCSEL陣列光源132的面積小于鏡座以及加強(qiáng)底板133，此時可以在空洞區(qū)域填充硅膠等材料以保證連接穩(wěn)固以及散熱性。在一個實(shí)施例中，加強(qiáng)底板133設(shè)置有凹槽，凹槽用于安裝VCSEL陣列光源132，非凹槽部位與電路板131連接。

本實(shí)用新型通過將VCSEL陣列光源倒裝的方式，與傳統(tǒng)在電路板131上安裝光源的相比，將大大降低光學(xué)投影裝置的厚度，另外配置有強(qiáng)度高且導(dǎo)熱的材料為底座，以保證整體光學(xué)投影裝置的穩(wěn)定性。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。