一种3D结构光模组及一种终端设备的制作方法

本发明涉及3d视觉传感，具体涉及一种应用于智能门锁的3d结构光模组。

背景技术：

1、随着居家安防需求升级，搭载3d结构光识别的智能门锁已成为主流产品。3d结构光模组依靠vcsel散斑投射器发射红外散斑，红外相机采集反射光并解算深度信息，可精准完成活体防伪与人脸身份核验，相比2d图像识别具备更高安全等级。

2、现有应用于智能门锁的3d结构光模组在实际使用中存在多项缺陷，具体如下：

3、识别视场受限：受衍射光学元件衍射角、模组安装方式限制，常规模组有效识别范围偏小；高个子用户近距离站在门前时人脸超出视场范围，无法完成解锁，严重影响用户使用体验。

4、光学串光问题突出：不同品牌、型号的智能锁体内部结构、开窗布局存在差异，常规模组的光源、相机布局未做针对性防串光设计，装配至部分锁体后，光源出射的光线易直接或通过锁体的盖板入射红外接收相机，形成光学串光，造成画面杂散光激增、识别失效。

5、组装倾角精度差：现有模组依靠锁体不同定位柱的高度差实现整体倾斜，以此适配人脸识别区域。该方式受锁体加工公差、装配公差影响极大，不同门锁搭载同款模组后，实际倾斜角度、有效视场范围偏差明显，产品一致性差，批量生产与使用稳定性难以保障。

6、因此，针对智能门锁的使用工况，研发一款大识别视场、有效抑制串光、组装精度高的3d结构光模组，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种3d结构光模组及一种终端设备，通过在前壳的前表面与后表面之间设置预设倾角，使模组在小倾角安装条件下即可实现垂直方向超大视场的人脸覆盖，同时确保了3d结构光模组装配至任意终端设备均可保持统一倾角，减少装配偏差，提升装配精度与结构稳定性。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种3d结构光模组，安装于终端设备上，包括前壳和光学模组；前壳包括相对设置的前表面和后表面，前表面与后表面之间形成预设倾角；

3、光学模组安装于前壳的后表面一侧；

4、光学模组包括散斑投射器、红外补光光源、红外接收相机和电路板；散斑投射器、红外补光光源、和红外接收相机均固定于电路板上；红外补光光源排布于散斑投射器与红外接收相机之间；

5、其中，预设倾角为5°~15°。

6、可选的，前壳上还设有定位锁紧孔位，定位锁紧孔位结构包括第二固定孔和第一固定孔，第二固定孔用于与终端设备上的定位柱扣合实现预定位，第一固定孔用于供紧固件穿过，以实现前壳和终端设备的固定。

7、可选的，散斑投射器包括衍射光学元件，衍射光学元件的垂直方向衍射角≥100°，深度加工公差控制在±5%以内，套刻偏差控制在100nm以内；

8、红外接收相机包括红外接收镜头，红外接收镜头的垂直方向视场角≥100°，红外接收镜头的镜头整体光学畸变≤2%。

9、可选的，终端设备上朝向使用者的表面上设有开口，开口的位置与前壳相对应，开口上安装有透光盖板，透光盖板的厚度为t，对红外光的折射率为n；

10、前壳的前表面与透光盖板平行；

11、前壳还包括拦光结构，拦光结构位于红外补光光源与红外接收相机之间；拦光结构用于限制红外补光光源射向透光盖板的最大出射角θ3，并隔断红外补光光源与红外接收相机在透光盖板下方的直接光束传输路径；

12、在红外补光光源和红外接收相机的基线平面内，红外补光光源上出射的光线，与红外接收相机入射的光线，在透光盖板靠近前壳的一侧的落点之间的最小水平间距l满足：

13、l≥7*t*tan(arcsin(sinθ3/n))。

14、可选的，最小水平间距l满足：l≤9*t*tan(arcsin(sinθ3/n))。

15、可选的，红外补光光源包括光芯片，在红外补光光源和红外接收相机的基线平面内，红外补光光源经拦光结构限定的最小出光角θ2满足：

16、θ2≥arctan((d*tanθ0+b-s/2)/d)；

17、其中，θ0为红外接收相机远离红外补光光源一侧的半机械视场角，b为红外接收相机光轴与红外补光光源光轴的基线距离，s为红外补光光源的光芯片在基线方向的宽度，d为最近测量物体到光芯片的距离。

18、可选的，还包括光源垫高块；

19、红外补光光源通过光源垫高块固定于电路板；

20、在红外补光光源和红外接收相机的基线平面内，红外补光光源的顶面与电路板之间的第一距离，小于红外接收相机的顶面与电路板之间的第二距离，第一距离与第二距离的差值为0~0.2mm。

21、可选的，前壳的前表面上沿第一方向依次开设有散斑投射器出光避让孔、红外补光光源出光避让孔、红外补光光源出光避让槽和红外接收相机出光避让孔；

22、前壳具有在第二方向上相对的第一端和第二端，前壳的厚度自第一端向第二端逐渐增大；

23、红外补光光源出光避让槽设置于红外补光光源出光避让孔靠近红外接收相机出光避让孔的一侧的拦光结构上，靠近第二端的一侧，

24、用于为红外补光光源的出射光线提供无遮挡光路，避免前壳遮挡补光光线。

25、可选的，散斑投射器出光避让孔、红外补光光源出光避让孔、红外接收相机出光避让孔的边缘均设有密封点胶槽；密封点胶槽内用于填充密封胶，使散斑投射器出光避让孔与散斑投射器之间、红外补光光源出光避让孔与红外补光光源之间、以及红外接收相机出光避让孔与红外接收相机之间形成密闭连接。

26、第二方面，本发明实施例提供了一种终端设备，终端设备包括智能门锁；

27、智能门锁包括锁体外壳、透光盖板以及第一方面中任一项的3d结构光模组；

28、锁体外壳为朝向使用者的表面，锁体外壳上设有开口，开口的位置与3d结构光模组的前壳相对应，开口上安装有透光盖板；

29、前壳的前表面与透光盖板平行；

30、3d结构光模组的出光侧朝向透光盖板。

31、本发明实施例提供了一种3d结构光模组及一种终端设备，通过在前壳的前表面与后表面之间设置5°~15°的预设倾角，使模组在小倾角安装条件下即可实现垂直方向超大视场的人脸覆盖，从而有效降低了模组在终端设备上的安装倾斜角度，大幅减少了因大倾角安装导致的人脸透视畸变，提升了人脸识别算法的稳定性和识别成功率，同时确保了3d结构光模组装配至任意终端设备均可保持统一倾角，减少装配偏差，提升装配精度与结构稳定性；通过将散斑投射器的衍射光学元件垂直方向衍射角设计为≥100°、红外接收镜头的垂直方向视场角设计为≥100°且镜头畸变控制在≤2%以内，使模组在保持小倾角壳体外观的同时实现了超大人脸覆盖范围，并通过八台阶微结构设计和严格的加工公差管控（深度公差±5%、套刻偏差100nm以内）保障了全视场散斑亮度均匀、高信噪比，从而解决了传统结构光模组因垂直视场不足（通常≤70°）导致必须采用大倾角安装、进而产生严重透视畸变影响识别精度的问题；通过在前壳上设置位于红外补光光源与红外接收相机之间的拦光结构，并结合公式化约束（l≥7*t*tan(arcsin(sinθ3/n))）控制透光盖板内侧两束光线的落点间距，从结构上阻断红外补光光源与红外接收相机之间的直接光束传输路径，有效规避了光源光线经透光盖板折射后串入相机视场导致的图像泛白和对比度下降，同时通过设置红外补光光源出光避让结构确保光源有效发光区域的光线无遮挡出射，并通过光源垫高块调节光源与相机的高度差在0~0.2mm范围内，保证了补光光斑与相机视场在目标工作距离处的精确重合，兼顾了防串光与补光效果。