本實用新型涉及光學及電子技術領域，尤其涉及一種光學投影裝置及其深度相機。

背景技術：

深度相機可以獲取目標的深度信息借此實現3D掃描、場景建模、手勢交互，與目前被廣泛使用的RGB相機相比，深度相機正逐步受到各行各業的重視。例如利用深度相機與電視、電腦等結合可以實現體感游戲以達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帶入移動設備，如平板、手機，以此帶來完全顛覆的使用體驗，比如可以實現非常真實的AR游戲體驗，可以使用其進行室內地圖創建、導航等功能。

深度相機中的核心部件是光學投影裝置，隨著應用的不斷擴展，光學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化。一般地，光學投影裝置由電路板、光源等部件組成，目前晶圓級大小的垂直腔面發射激光器（VCSEL）陣列光源使得光學投影裝置的體積可以減小到被嵌入到手機等微型電子設備中。現有技術中，可以將VSCEL制作在半導體襯底上，并將半導體襯底與柔性電路板（FPC）進行連接，為了解決散熱問題，還引入了半導體致冷器（TEC）。TEC可以很好的對光源發熱進行控制，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投影裝置的體積以及功耗仍不理想。

技術實現要素：

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

為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案：

一種光學投影裝置，包括：

光源，包括半導體襯底，以及設置在所述半導體襯底上的光源陣列，用于發射光束；電路板，安裝在所述半導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。

在一個實施例中，所述光學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。在一個實施例中，所述底座包括陶瓷底座。在一個實施例中，所述底座設置有凹槽，所述凹槽用于安裝所述半導體襯底，所述底座上非所述凹槽的部位與所述電路板連接。

在一個實施例中，所述光源包括VCSEL光源。在一個實施例中，所述VCSEL光源以不規則陣列排列在所述半導體襯底上。

在一個實施例中，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直或匯聚所述光束；衍射光學元件，所述衍射光學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，與所述衍射光學元件被設計成單個光學元件。

在一個實施例中，所述電路板為印制電路板、柔性電路板、軟硬結合板中的一種或結合。

根據本實用的一個實施例，還提供了一種采用以上權利要求任一所述的光學投影裝置的深度相機，所述深度相機用于獲取被測目標的深度圖像。

本實用新型的有益效果在于提供了一種光學投影裝置及應用其的深度相機，光學投影裝置通過直接將光源中的半導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底座以提高裝置的穩定性以及散熱性。

附圖說明

圖1是根據本實用新型一個實施例結構光深度相機系統的示意圖。

圖2是根據本實用新型一個實施例的光學投影裝置的示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型實施例所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”、“設置于”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，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型實施例和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

本實用新型提出一種光學投影裝置及其深度相機。以下對本實用新型的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應用。實施例中將對光學投影裝置及其深度相機進行說明，但并不意味著這種光學投影裝置僅能應用在深度相機中，任何其他裝置中凡是直接或間接利用該方案都應被包含在本實用新型的權利要求中。

圖1所示的是根據本實用新型一個實施例的基于結構光的深度相機示意圖。基于結構光的深度相機主要組成部件有光學投影裝置13、圖像采集裝置14、主板12以及處理器11，在一些深度相機中還配備了RGB相機16。光學投影裝置13、圖像采集裝置14以及RGB相機16一般被安裝在同一個深度相機平面上，且處于同一條基線，每個裝置或相機都對應一個進光窗口17。一般地，處理器11被集成在主板12上，而光學投影裝置13與圖像采集裝置14通過接口15與主板12連接，在一種實施例中所述的接口為FPC接口。其中，光學投影裝置13用于向目標空間中投射經編碼的結構光圖案，圖像采集裝置14采集到該結構光圖像后通過處理器的處理從而得到目標空間的深度圖像。在一個實施例中，結構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性，這里的局部不相關性指的是圖案中各個子區域都具有較高的唯一性。對應的圖像采集裝置14為與光學投影裝置13對應的紅外相機。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一步得到深度圖像。

目前單一的深度相機由于體積較大，大都是作為獨立的外設，通過USB等數據接口與其他設備如電腦、手機等連接，并將其獲取的深度等信息傳輸給其他設備進行進一步的處理。隨著深度相機的應用越來越廣泛，將深度相機與其他設備進行集成、整合將會是未來的發展方向。在主板與處理器的集成方面可以將深度相機的主板、處理器與電腦手機等設備的主板、處理器進行整合；在圖像采集裝置與激光投影裝置的集成方面，目前電腦等大型設備都有相關的方案，然而對于手機等微型設備，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、發熱較多，因此擁有較高的散熱性也是光學投影裝置的必要性能。

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

在一些實施例中，光源132為VCSEL陣列光源，即在半導體襯底上形成多個VCSEL光源以形成光源芯片，如此不僅可以提高發光功率，也可以更好地形成光束圖案。在一個實施例中，光束圖案要求是不規則的隨機斑點圖案，因此光源芯片上的多個VCSEL以不規則陣列的形式排列在半導體襯底上，光源芯片發出的第一光束圖案與VCSEL芯片上VCSEL光源布置的圖案一致，當第一光束被透鏡15準直后由DOE16向空間中發射出第二光束，一般地第二光束的數量要遠遠多于第一光束的數量，另外第二光束所形成的圖案應該是第一光束圖案的復合，具體的細節可以參見中國專利申請201610977171.9及201610977172.3。

VCSEL陣列光源132主要由半導體襯底以及VCSEL光源組成，如圖2所示，半導體襯底與鏡座137底部的面積相同，僅在其上非常小的區域內設置有VCSEL光源用于發光。

電路板131安裝在VCSEL陣列光源132上，并且在有VCSEL光源的區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）、軟硬結合板中的一種或組合。電路板131末端一般設置有連接器134以實現與其他器件的連接。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所示的光學投影裝置與已有技術相比最大的優勢在于可以將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。為了提高光學投影裝置13的穩定性，在一個實施例中，還在VCSEL陣列光源132的半導體襯底下面安裝加強底板133，加強底板133可以是金屬材料也可以是陶瓷等材料，除了起到加強穩固的作用之外，還可以增加VCSEL陣列光源132的散熱性能。

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

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

以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，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，都應當視為屬于本實用新型技術方案的保護范圍。