CN108885334B - 照明模块 - Google Patents

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Abstract

一种照明模块可包括电路板、安装到该电路板的基于半导体的光源、安装到该电路板的包封、以及至少部分地包含在所述包封内的一个或多个光学表面。基于半导体的光源可以以第一照明图案发射光。一个或多个光学表面可被共同地配置以用于从边缘发射的基于半导体的光源接收光。一个或多个光学表面可包括单个光学表面，该单个光学表面被配置为接收、调节和重定向来自边缘发射的基于半导体的光源的光。如此，一个或多个光学表面可被共同地配置以用于以不同于所述第一照明图案的第二照明图案从照明模块输出经调节的和经重定向的光。

Description

照明模块
背景
深度感测技术可被用于确定人相对于附近物体的位置或用于以三维(3D)生成人的直接环境的图像。深度感测技术的一个示例是飞行时间(ToF)深度相机。ToF相机具有光源以将光发射到附近物体上。反射自物体的表面的光可被ToF相机捕捉。光从ToF相机的光源行进并从物体反射回来所需的时间被转换为深度测量结果(即到物体的距离)，该深度测量结果可被处理以映射用户环境中的物理表面，并且如果需要，可以渲染用户环境的3D图像。
传统光源是需要复杂的手动组装的庞大的结构。例如，传统光源的尺寸可以是60×25×35毫米，这在物理上对于一些应用场合而言太大了。光源是庞大的，部分原因是它们利用物理上大的激光光源、具有大的光学工作距离、并且包括必须被手动插入该光源的光学元件。如此，所得到的3D感测相机在物理上庞大且笨重，并且可能无法被用于可穿戴或移动应用场合。附加地，用于制造现有光源的过程不可能与用于组装深度传感器的电子器件组件的自动化过程相结合。因此，用于制造现有光源的工艺成本高昂并导致庞大的结构，其不适合诸如深度传感器(用于移动或可穿戴应用)之类的一些应用，并且阻碍此类传感器的进一步小型化。
概述
这里介绍的是至少一个装置和至少一种方法。该至少一个装置包括照明模块，并且该至少一种方法是制造该照明模块的方法。这里介绍的照明模块适用于诸如近眼显示系统之类的应用，并可使用自动化过程进行制造。
在一些实施例中，一种照明模块可包括电路板、安装到该电路板的基于半导体的光源、安装到该电路板的包封(即光学壳体)、以及至少部分地包含在所述包封内的一个或多个光学表面。基于半导体的光源可以以第一照明图案发射光。一个或多个光学表面可被共同地配置以用于从边缘发射的基于半导体的光源接收、重定向和/或准直光。该一个或多个光学表面可进一步被共同配置以用于调节和重定向光，并用于以不同于第一照明图案的第二照明图案从照明模块输出经调节的和经重定向的光。
在某些实施例中，照明模块可在诸如头戴式显示器(HMD)设备之类的近眼显示设备中被实现，诸如虚拟现实或增强现实系统。在某些实施例中，照明模块可与相机结合实现以执行HMD设备的深度感测。
在某些实施例中，制造照明模块的方法包括使用计算机控制的机器人转移设备将边缘发射的基于半导体的光源、包封或光学元件的组合安装到电路板上。在某些实施例中，在使用计算机控制的机器人转移设备将包封安装到电路板上之前，各光学元件中的一些可被手动地插入该包封中。
根据附图和详细描述，所公开的实施例的其它方面将显而易见。
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步解释的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
附图简述
在附图中的各图中作为示例而非限制解说了本公开的一个或多个实施例，其中相同的标记指示相似的元素。
图1示出了其中可使用启用虚拟现实(VR)或增强现实(AR)的头戴式显示设备(下文中称为“HMD设备”)的环境的示例。
图2例示了HMD设备的示例的透视图。
图3示出了HMD设备的传感器组装件的一部分的正视图。
图4A示出了根据一个实施例的照明模块组装件的侧视图。
图4B示出了图4A的照明模块的正视图。
图5A示出了根据另一实施例的照明模块组装件的侧视图。
图5B示出了图5A的照明模块的正视图。
图6例示了由计算机控制的机器人转移设备制造照明模块的方法的示例。
图7例示了由计算机控制的机器人转移设备制造照明模块的方法的另一示例。
详细描述
在该描述中，对“一实施例”、“一个实施例”等的引用意味着描述的特定特征、功能、结构或特性被包括在本文中介绍的至少一个实施例中。这样的短语在本说明书中的出现不一定全部涉及同一实施例。另一方面，所涉及的各实施例也不一定是相互排斥的。
下面的描述通常假定显示设备的“用户”是人类。然而，需要注意，所公开的实施例的显示设备可潜在地由非人类的用户(诸如机器或动物)使用。因此，术语“用户”可指代这些可能性中的任一种，除非可能另有说明或者根据上下文显而易见。此外，术语“光学接收器(optical receptor)”在此用作通用术语来指代人眼、动物眼睛或被设计为以与人眼类似的方式检测图像的机器实现的光学传感器。
虚拟现实(VR)或增强现实(AR)使得头戴式显示器(HMD)设备和其他近眼显示系统能够包括透明显示元件，该透明显示元件使得用户能够同时看到他们周围的现实世界以及由HMD设备显示的AR内容两者。HMD设备可包括诸如发光元件(例如，发光二极管(LED))、波导、各种类型的传感器和处理电子器件之类的组件。HMD设备可进一步包括一个或多个成像器设备，以基于从HMD设备中包括的各组件确定的测量结果和计算，根据穿戴该HMD设备的用户的环境生成图像(例如，3D视觉的立体对图像)。
HMD设备还可包括深度感测系统，该深度感测系统解析用户所穿戴的HMD设备与用户紧邻的附近物体的物理表面(例如，墙壁、家具、人和其他物体)之间的距离。深度感测系统可包括用于产生场景的3D图像的ToF相机。捕捉到的图像具有与HMD设备和场景的点之间的距离相对应的像素值。
例如，HMD设备可具有基于经解析的距离生成全息图像的成像器设备，使得全息物体在用户的环境中出现在相对于物理物体的特定位置处。HMD设备还可具有一个或多个显示设备，以在HMD设备被用户穿戴时显示覆盖在用户的光学接收器的视图上的所生成的图像。具体而言，HMD设备的一个或多个透明波导可被布置成使得它们在该HMD设备由用户穿戴时被定位在直接位于用户的每只眼睛的前方，以将表示所生成的图像的光发射到用户的眼睛中。利用这样的配置，由HMD设备生成的图像可覆盖在用户对现实世界的三维视图上。
图1至7和相关文本描述了在近眼显示系统的上下文中的照明模块的某些实施例。然而，所公开的各实施例不限于近视显示系统，并且具有各种可能的应用，包括诸如用在主动光投射系统或任何主动相机模块中的任何主动照明系统(即，主动使用光源)。所有这些应用、改进或修改都被认为处于这里所公开的概念的范围内。
图1示意性地示出了其中HMD设备可被使用的环境的示例。在所例示的示例中，HMD设备10被配置成通过连接14将数据传递到外部处理系统12并从外部处理系统12接收数据，连接3可以是有线连接、无线连接、或其组合。然而，在其他使用情况中，HMD设备10可用作独立设备。连接14可以被配置成承载任何种类的数据，诸如图像数据(例如，静止图像和/或完全运动视频，包括2D和3D图像)、音频、多媒体、语音、和/或任何其他类型的数据。处理系统12可以是例如游戏控制台、个人计算机、平板计算机、智能电话、或其他类型的处理设备。连接14可以是例如通用串行总线(USB)连接、Wi-Fi连接、蓝牙或蓝牙低能量(BLE)连接、以太网连接、电缆连接、数字订户线(DSL)连接、蜂窝连接(例如，3G、LTE/4G或5G)、等或其组合。附加地，处理系统12可经由网络18与一个或多个其他处理系统16通信，网络4可以是或包括例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、内联网、城域网(MAN)、全球因特网、或其组合。
图2示出了根据某些实施例的可结合在此引入的特征的HMD设备20的透视图。HMD设备20可以是图1中的HMD设备10的一个实施例。HMD设备20具有包括底座24的保护性密封护目镜组装件22(下文称为“护目镜组装件22”)。底座24是这样的结构组件：显示器元件、光学器件、传感器和电子器件都通过它耦合到HMD设备20的其余部分。底座24可以由例如模制塑料、轻质金属合金或聚合物形成。
护目镜组装件22分别包括左和右AR显示器26-1和26-2。AR显示器26-1和26-2被配置为，例如，通过将光投射到用户眼睛中，显示覆盖在用户对现实世界环境的视野上的图像。左和右侧镜腿28-1和28-2分别是经由柔性或刚性紧固机制(包括一个或多个钳夹、铰链等)分别在底座24的左和右开口端处附连到底座24的结构。HMD设备20包括附连到侧镜腿28-1和28-2的可调节头带(或其他类型的头部适配物)30，HMD设备20可以通过该可调节头带被穿戴在用户头部上。
底座24可包括各种固定件(例如，螺丝孔、抬升的平坦表面等)，传感器组装件32和其他组件可通过其来进行附连。在一些实施例中，传感器组装件32被包含在护目镜组装件22内并经由轻质金属框架(未示出)被安装到底座24的内表面。承载HMD 20的电子组件(例如，微处理器、存储器)的电路板(未在图2中示出)也可被安装在护目镜组装件22内的底座24上。
传感器组装件32包括深度相机34和深度感测系统的一个或多个相关联的照明模块36(统称为照明模块36并且分别称为照明模块36-1至36-N)。照明模块36发射光以照明场景。一些光反射自场景中的物体的表面，并返回到深度相机34。深度相机34捕捉包括来自照明模块36的至少一部分光的反射光。
从照明模块36发射的“光”是适合深度感测的电磁辐射，并且不应直接干扰用户对现实世界的视图。如此，从照明模块36发射的光通常不是可见光谱的一部分。经发射的光的示例包括红外(IR)光以使得照明不引人注目。由照明模块36发射的光的源可包括诸如超发光LED之类的LED、激光二极管、或具有足够功率输出的任何其他基于半导体的光源。
深度相机34可以是或包括被配置为捕捉由照明模块36发射的光的任何图像传感器。深度相机34可包括聚集经反射的光并将环境成像到图像传感器上的透镜。光学带通滤波器可被用于仅通过具有与照明模块36发射的光相同波长的光。例如，在ToF深度感测系统中，深度相机34的每个像素可测量光从照明模块36行进到物体的表面并返回到深度相机34所花费的时间。本领域技术人员已知的各种方式中的任何一种可被用于确定定时和相应的深度计算。
HMD设备20包括电子器件电路系统(未在图2中示出)以控制和同步深度相机34和照明模块36的操作，并执行相关联的数据处理功能。电路系统可包括例如一个或多个处理器和一个或多个存储器。结果，HMD设备20可以提供表面重建以模拟用户的环境，或被用作接收人类交互信息的传感器。利用这样的配置，由HMD设备20生成的图像可适当地覆盖在用户对现实世界的3D视图上以提供虚拟或增强现实。注意，在其他实施例中，上述组件可位于HMD设备20上的不同位置处。附加地，一些实施例可省略一些前述组件和/或可包括上面未讨论的或图2中未示出的附加组件。
图3示出了HMD设备20的传感器组装件32的一部分。特别地，传感器组装件32包括安装在电路板38上的传感器和电子器件，电路板38可如上文所提及的被安装在底座24上。安装到电路板38的传感器包括深度相机34和照明模块36-1到36-4。可被包括在传感器组装件32中但未在图中示出或进一步讨论的其他传感器可包括头部跟踪相机、可见光谱相机、环境光传感器等。这些其他传感器中的一些或全部也可被安装到传感器组装件32。
在所例示的实施例中，照明模块36-1和36-2被定位成使得它们相对于深度相机34在略微向外发散的方向上发射光；而照明模块36-3和36-4被定位成使得它们直接向前发射光(即，平行于用户头部所指的向量)。此外，来自照明模块36-3和36-4的照明具有经减小的照明场和较深度相机34增大的范围，该范围大于来自深度相机34的照明模块36-1和36-2的照明范围。因此，照明模块36被共同配置为照明用户的视野，尽管用户可能看不到照明。在图3中示出的照明模块36和深度相机34相对于彼此的位置和定位仅仅是用于深度感测的配置的各示例；在这里介绍的技术的上下文中，其他各配置也是可能的。
图4A示出了根据至少一个实施例的照明模块36的侧视图。图4B示出了图4A的照明模块36的正视图。照明模块36包括电路板40(例如，图3中的电路板38)和安装在电路板40的腔44中的包封42。在某些实施例中，包封42可被安装到电路板40的顶表面而不是安装在腔44中。粘合剂(例如，环氧树脂)可被用于将包封42安装到电路板40。
边缘发射的基于半导体的光源46(下文称为“半导体光源46”)被安装到电路板40。所公开的半导体光源46可包括一个或多个边缘发射的激光二极管(通常称为平面内激光器)，以发射在基本平行于电路板40的顶表面的方向上传播的光。经发射的光可以是红外光或适合于主动照明系统的任何其他光。半导体光源46可被包含在包封42内，或者它可位于包封42的外部但被定位成将光48发射到包封42中。在某些实施例中，腔44切入电路板40的顶表面，以允许光48自然地扩散到腔44中，而不必增加光源46距电路板40的Z高度位置。
所公开的半导体光源根据照明图案发射光。照明图案可具有包括发散、光束质量、幅度等的特性。例如，从半导体光源46发射的光的照面图案包括与其上安装有半导体光源46的电路板40的表面平行或基本平行的方向。“基本平行”的方向是相对于表面方向的平行分量大于相对于表面方向的垂直分量的方向。
照明模块36包括至少部分地包含在包封42中的多个光学元件。在某些实施例中，光学元件可包括一个或多个镜面、透镜和/或其他组件。每个光学元件包括一个或多个光学表面，当光传播通过照明模块时，该一个或多个光学表面可输入或输出从半导体光源发射的光。
在某些实施例中，照明模块36的光学元件用于调节或重定向光以形成所期望的照明场。对光进行“调节”指的是在光束中改变光线相对于彼此的定向。例如，对光进行调节可影响光线的发散或会聚以使光准直或去准直。对光进行“重定向”指的是改变光束的方向。在某些实施例中，光以反射方式(例如，转向)被重定向或以透射方式(例如，偏转)被重定向，或以该两种方式被重定向。
在图4A和4B所例示的实施例中，光学元件50和54共同形成光学组装件。光学组装件包括光学表面49、52和58。光学元件50(被示为转向棱镜)包括转向反射器，诸如用于将来自光源的大致水平传播的光向上转向(例如，反射)以远离电路板40的光学表面52。在某些实施例中，转向反射器可包括平面或曲面镜。
准直光学器件由光学表面49和58定义。如此，光学组装件形成具有折叠光学设计的准直光学器件，其中转向反射器(即光学表面52)位于传播穿过光学组装件的光48的光学通路中。具体而言，光学表面49折射从半导体光源46接收的光48，并且光学表面58对从光学表面52接收的光48进行准直。因此，准直光学器件具有两个光学表面49和58，该两个光学表面49和58分别接收和输出光，并且共同地对光48进行准直。如此，与从半导体光源46发射的光48的照明图案相比，传播通过光学组装件的光48被重定向和调节。
具有楔形形状的棱镜60(下文称为“楔形棱镜60”)被包含在包封42内并接收来自光学组装件(50和54的组合)的光48。楔形棱镜60用于透射地重定向从光学组装件接收的光48。具体而言，楔形棱镜60具有分别接收和输出光，并共同地用于折射和重定向来自光学组装件的光48的两个光学表面62和64。如此，与从半导体光源46发射的光48的照明图案相比，传播通过楔形棱镜60的光48以经反射地重定向的、经准直的和经透射地重定向的照明图案被输出。
漫射器66被安装到包封42的开口端并且被部分地包含在包封42内，基本上形成针对包封42的帽件。漫射器66从楔形棱镜60接收经调节和经重定向的光48。漫射器66漫射从楔形棱镜60接收到的光48。任何适当地设计的漫射器可被用于创建特定应用所需的照明场。具体而言，漫射器66具有分别接收和输出光，并共同地用于漫射来自楔形棱镜60的光48的两个光学表面68和70。如此，与从半导体光源46发射的光48的照明图案相比，传播通过漫射器66的光48以经折射的、经反射地重定向的、经准直的、经透射地重定向的和经漫射的照明图案被输出。
结果，从某些实施例的照明模块发射的光远离其上安装有照明模块的包封的电路板进行传播。例如，从照明模块36发射的光48远离电路板40进行传播。在某些实施例中，从照明模块发射的光具有照明图案方向，使得该方向的垂直分量大于相对于照明模块的电路板的方向的平行分量。例如，从照明模块36发射的光48的照明图案具有基本垂直于电路板40的方向。
根据这里介绍的技术，除了图4A和4B所示的配置之外的配置也是可能的。例如，楔形棱镜60、漫射器66或其两者都是可选的。例如，在某些实施例中，转向镜可被放置在靠近边缘发射的激光二极管的位置，以将激光束垂直地重定向到电路板的表面，接着是准直光学器件和漫射器。因此，照明模块36可包括具有适合特定应用的光学特性的任何数量和类型的光学元件。
在某些实施例中，照明模块的光学元件可包括任何数量或类型的光学表面，其共同地对从半导体光源发射的光进行调节和重定向。例如，光学表面49、52、58、62、64、68和70至少部分地被包含在包封42内，并且被共同地配置以用于接收、调节和重定向从半导体光源46发射的光。结果，照明模块36以与从半导体光源46发射的光48的照明图案不同的照明图案输出经调节的和经重定向的光48。
图4A和4B中所示的光学表面的数量、类型和有序组合可以与根据这里介绍的技术所示的不同。在某些实施例中，照明模块36包括输入或输出光48的多于三个的光学表面，以及多达七个或八个光学表面或其组合。在某些实施例中，照明模块36的不同光学表面被配置为单独地或共同地调节或重定向光48。例如，照明模块36的三个不同的光学表面可接收或输出光48，并且单独地准直、反射地重定向和透射地重定向光48。
图5A和5B示出了根据另一实施例的照明模块72。除了其它特征之外，图5A和5B的实施例具有较少的光学表面，并可以比图4A和4B的实施例更容易地批量制造。例如，如下文证明的，光学元件50和54以及照明模块36的楔形棱镜60可由照明模块72中的单个抛物面反射光学元件代替。图5A示出了照明模块72的侧视图，而图5B示出了图5A的照明模块72的正视图。照明模块72包括电路板74和安装在电路板74的腔78中的包封76。在某些实施例中，包封76可被安装到电路板74的顶表面而不是安装在腔78中。粘合剂(例如，环氧树脂)可被用于将包封76安装到电路板74。
诸如边缘发射的激光二极管之类的边缘发射的基于半导体的光源80(下文称为“半导体光源80”)被安装到电路板74。半导体光源80位于包封76的外部，但定位成通过开口84将光82发射到包封76中。在某些实施例中，腔78切入电路板74的顶表面，以允许光82自然地扩散到腔78中。在某些实施例中，半导体光源80可被包含在包封76内。照明模块72包括至少部分地包含在包封76中的一个或多个光学元件。
光学元件包括包含在包封76内的抛物面镜86。抛物面镜86的光学表面88接收来自半导体光源80的光82。光学表面88用于准直和重定向(例如，转向和/或偏转)从半导体光源80接收的光82。如此，与从半导体光源80发射的光82的照明图案相比，由抛物面镜86接收的光82以经准直的和经重定向的照明图案反射。
漫射器90被安装到包封76的开口端并且被部分地包含在包封76内，基本上形成针对包封76的帽件。漫射器90从抛物面镜86接收经调节和经重定向的光82。包封76具有凸缘结构92，该凸缘结构92从包封76的内侧壁朝向包封76的中心延伸。在某些实施例中，漫射器90位于凸缘结构92的表面的顶上。漫射器90漫射从抛物面镜86接收到的光82。具体而言，漫射器90具有两个光学表面94和96，该两个光学表面94和96分别输入和输出光82，并共同地用于漫射来自抛物面镜86的光82。如此，与从半导体光源80发射的光82的照明图案相比，传播通过漫射器90的光82以经漫射的、经反射地重定向的、经准直的和/或经透射地重定向的照明图案被输出。
结果，从照明模块72发射的光82远离电路板74进行传播。在某些实施例中，从照明模块72发射的光具有照明图案，该照明图案具有方向，使得该方向的垂直分量大于相对于电路板74的方向的平行分量。如此，从照明模块72发射的光82的照明图案具有基本垂直于电路板74的方向。相比于照明模块36，照明模块72需要较少的光学组件、允许更多的自动化组装件、具有更小的物理空间、并由于自动化组装，允许照明模块72对半导体光源80的更紧密的对准公差。
图5A和5B中所示的光学表面的数量、类型和有序组合可以与根据这里介绍的技术所示的不同。例如，漫射器90是任选的。照明模块72可包括具有适合特定应用的光学特性的任何数量和类型的光学元件。
在某些实施例中，照明模块72的光学元件可包括任何数量或类型的光学表面，其被共同地配置以用于对从半导体光源80发射的光82进行调节和重定向。例如，光学表面88、94和96至少部分地被包含在包封76内，并且被共同地配置以用于接收、调节和重定向从半导体光源80发射的光82。结果，照明模块72以与从半导体光源80发射的光82的照明图案不同的照明图案输出经调节的和经重定向的光82。
图5A和5B的照明模块72的光学表面的数量、类型和有序组合不限于所示的组装件。在某些实施例中，照明模块72仅包括输入或输出光82的一个光学表面，不超过三个光学表面或其组合。在某些实施例中，仅一个光学表面被配置为准直和重定向光82。在某些实施例中，照明模块72的不同光学表面被组合以单独地或共同地调节或重定向光82。
在某些实施例中，照明模块具有合适的大小以安装到诸如HMD设备20之类的紧凑电子器件之上或之中。例如，照明模块36可具有12×6×8毫米的尺寸，并且照明模块72可具有3×4×3毫米的尺寸。如此，制造照明模块36或72涉及组装相对较小的组件，包括边缘发射的基于半导体的光源、光学元件和全部安装到电路板的包封。
所公开的照明模块能够由计算机控制的转移设备进行组装，该转移设备用于将诸如电容器、电阻器和集成电路之类的电子器件高速地、高精度地放置在计算机、消费者电子器件等的电路板上。计算机控制的转移设备的示例包括表面安装技术(SMT)组件放置系统，其通常被称为取放机器(P&P)。例如，在某些实施例中，边缘发射的基于半导体的光源可通过使用板上芯片(COB)技术安装到电路板，并且/或者个体光学元件可通过使用P&P技术安装到照明模块。
通过计算机控制的机器人转移设备制造照明模块的方法可包括将边缘发射的激光二极管、包封或光学元件的任何组合安装到电路板。在某些实施例中，可手动地将一个或多个光学元件插入到包封中，并随后将包括该一个或多个光学元件的包封安装到电路板上。
图6例示了通过使用一个或多个计算机控制的机器人转移设备制造照明模块36的方法600的示例。在步骤602中，计算机控制的机器人转移设备被用于将半导体光源46安装到电路板40上。半导体光源46可被安装成使得光48根据照明图案从其发射。在步骤604中，机器人转移设备被用于将包封42安装到电路板40的腔44中。包封42被安装以使得从半导体光源46发射的光48可被包含在包封42内的光学元件(例如，光学元件50)接收。如此，照明模块36可根据与从半导体光源46发射的光48的照明图案不同的照明图案输出光48。
在某些实施例中，当由机器人转移设备安装到电路板40时，包封42可包含光学元件50、光学元件54或两者。在某些实施例中，当包封42由机器人转移设备安装到电路板40时，包封42包含楔形棱镜60、漫射器66或两者，与光学元件50和54结合。这里，包封42的光学组件可以以“自上而下”的方式手动插入组装件中。具体而言，各光学元件以如下顺序被插入包封42中：首先是漫射器66(任选的)，然后是(任选地)楔形棱镜60，接着是光学元件54，以及最后是光学元件50。光学元件可被压合在一起并胶合到包封42上。
图7例示了由一个或多个计算机控制的机器人转移设备制造照明模块72的方法700的示例。在步骤702中，计算机控制的机器人转移设备被用于将半导体光源80安装到电路板74上。安装半导体光源80使得从其发射的光82符合所需的照明图案。在步骤704中，机器人转移设备被用于将包封76安装到电路板74的腔78中。包封76被安装以使得从半导体光源80发射的光82可被包封76的光学元件(例如，抛物面镜86)接收。
在步骤706中，机器人转移设备被用于将抛物面镜86安装在被安装到电路板74的包封76内。抛物面镜86被安装以使得从半导体光源80发射的光82可通过包封76的开口84被抛物面镜86的光学表面88接收。如此，照明模块72可根据与从半导体光源80发射的光82的照明图案不同的照明图案输出光82。例如，由照明模块72输出的光82可被准直和重定向。
在步骤708中，制造照明模块72的方法700可选地包括使用机器人转移设备将漫射器90安装到包含抛物面镜86的包封76的凸缘结构92。安装漫射器90使得从抛物面镜86接收的光82可被漫射器90漫射。如此，照明模块72可根据与从半导体光源80发射的激光82的照明图案不同的照明图案输出激光82。
例如，由照明模块72输出的光82可被准直、重定向和漫射。这里，可使用机器人转移设备以“自下而上”的方式将包封76的光学组件插入包封76中。具体而言，光学元件可以以如下顺序被插入包封76中：首先是抛物面镜86，接着是(任选地)漫射器90。在某些实施例中，在光学元件被安装到电路板74的腔78内之前，光学元件可被手动地或通过使用机器人转移设备插入到包封76中。
以上描述的机器实现的操作可至少部分地由通过软件和/或固件来编程/配置的可编程电路系统，或者完全由专用电路系统，或者由这样的形式的组合来实现。这样的专用电路系统(如果有的话)可采用例如一个或多个专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SOC)等的形式。
用于实现本文中引入的各实施例的软件或固件可被存储在机器可读存储介质上，并可由一个或多个通用或专用可编程微处理器来执行。如本文中所使用的术语“机器可读介质”包括可存储机器(机器可以是例如计算机、网络设备、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、制造工具、具有一个或多个处理器的任意设备等)可访问的形式的信息的任何机制。例如，机器可访问介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质、光学存储介质；闪存设备等)等。
某些实施例的示例
本文中介绍的技术的某些实施例被概括在以下被编号的示例中：
1.一种照明模块，包括：电路板；被安装在该电路板上的边缘发射的基于半导体的光源，该边缘发射的基于半导体的光源用于以第一照明图案发射光；安装在该电路板上的包封；以及至少部分地被包含在包封内的一个或多个光学表面，该一个或多个光学表面包括单个光学表面，该单个光学表面被配置为接收、调节和重定向来自边缘发射的基于半导体的光源的光，使得该一个或多个光学表面被共同地配置成以不同于第一照明图案的第二照明图案输出来自照明模块的经调节的和经重定向的光。
2.如示例1的照明模块，其中边缘发射的基于半导体的光源是边缘发射的激光二极管或一个或多个超发光发光二极管。
3.如示例1或示例2的照明模块，其中从边缘发射的基于半导体的光源发射的光是红外光。
4.如示例1至3中任一项的照明模块，其中第一照明图案具有方向，使得相对于电路板的方向的平行分量大于相对于电路板的方向的垂直分量。
5.如示例1至4中任一项的照明模块，其中第一照明图案具有第一方向，而第二照明图案具有第二方向，该第一方向基本垂直于该第二方向。
6.如示例1至5中任一项的照明模块，其中一个或多个光学表面包括不多于三个的光学表面。
7.如示例1至6中任一项的照明模块，其中调节光包括准直或漫射光中的至少一种。
8.如示例1至7中任一项的照明模块，其中重定向光包括反射地重定向光。
9.如示例1至8中任一项的照明模块，其中一个或多个光学表面的单个光学表面被配置为准直光并且反射地重定向光。
10.如示例1至9中任一项的照明模块，其中边缘发射的基于半导体的光源被安装到电路板的第一平面，并且包封被安装到电路板的第二平面，第二平面与第一平面不同。
11.如示例1至10中任一项的照明模块，其中边缘发射的基于半导体的光源在包封外部的位置处被安装到电路板。
12.如示例1至11中任一项的照明模块，其中一个或多个光学表面被包括在一个或多个光学元件中，该一个或多个光学元件包括：包含在包封内的抛物面镜，该抛物面镜用于从边缘发射的基于半导体的光源接收光并用于准直并重定向从边缘发射的基于半导体的光源接收的光，使得第二照明图案包括经准直的和经重定向的光。
13.如示例1至12中任一项的照明模块，其中多个光学元件进一步包括：至少部分地被包含在包封内的漫射器，该漫射器用于从抛物面镜接收经准直的和经重定向的光，并用于漫射经准直的和经重定向的光使得第二照明图案包括经准直的、经重定向的和经漫射的光。
14.一种近眼显示系统，包括：底座；被安装在该底座上的照明模块，该照明模块包括：电路板；被安装在该电路板上的边缘发射的基于半导体的光源，该边缘发射的基于半导体的光源用于以第一照明图案发射光；安装在该电路板上的包封；以及包含在该包封内的抛物面镜，该抛物面镜用于从边缘发射的基于半导体的光源接收光并用于准直并重定向光，照明模块被配置成以不同于第一照明图案的第二照明图案输出经准直的和经重定向的光；被安装在底座上的相机，该相机用于接收包括由照明模块输出的经准直的和经重定向的光的至少一部分的经反射的光；用于基于经反射的光生成图像的成像器；以及用于当用户穿戴近眼显示系统时，将图像覆盖在该用户的光学接收器的视图上的至少一个显示器。
15.如示例14的近眼显示系统，其中该近眼显示系统是头戴式显示系统。
16.如示例14或示例15的近眼显示系统，其中边缘发射的基于半导体的光源是边缘发射的激光二极管，并且从该边缘发射的激光二极管发射的光是红外光。
17.如示例14至16中任一项的近眼显示系统，其中第一照明图案具有第一方向，而第二照明图案具有第二方向，该第一方向基本垂直于该第二方向。
18.如示例14至17中任一项的近眼显示系统，进一步包括：至少部分地被包含在包封内的漫射器，该漫射器用于从抛物面镜接收经准直的和经重定向的光，并用于漫射经准直的和经重定向的光使得第二照明图案包括经准直的、经重定向的和经漫射的光。
19.一种通过一个或多个计算机控制的机器人转移设备制造照明模块的方法，该方法包括：使用机器人转移设备将边缘发射的基于半导体的光源安装到电路板上；使用机器人转移设备将包封安装到电路板的腔上；使用机器人转移设备将抛物面镜安装在被安装到该电路板上的该包封内。
20.如示例19的方法，进一步包括：使用机器人转移设备将漫射器安装到包括抛物面镜的包封的凸缘上。
如本领域普通技术人员显而易见的，以上描述的特征和功能中的任意或全部可彼此组合，除了被以其它方式在上文中言明或者任何这样的实施例可能因为其功能或结构而不兼容。除了与物理可能性相违背，设想了(i)本文描述的方法/步骤可以任意顺序和/或以任意组合来执行，并且(ii)各个实施例的组件可以任意方式组合。
尽管已用结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现权利要求书的示例而公开的，并且其他等价特征和动作旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种用于近眼显示系统的照明模块，所述照明模块，包括：
电路板；
被安装在所述电路板上的边缘发射的基于半导体的光源，所述边缘发射的基于半导体的光源用于以第一照明图案发射光；
安装在所述电路板上的包封；以及
至少部分地被包含在所述包封内的一个或多个光学表面，所述一个或多个光学表面包括单个光学表面，所述单个光学表面被配置为接收、调节和重定向来自所述边缘发射的基于半导体的光源的光，使得所述一个或多个光学表面被共同地配置成以不同于所述第一照明图案的第二照明图案输出来自所述照明模块的经调节的和经重定向的光，其中所述单个光学表面被进一步配置为准直所述光并且反射地重定向所述光；以及
腔，所述腔切入所述电路板的顶表面以允许所述光自然地扩散到所述腔中，而不必增加光源距电路板的Z高度位置。
2.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述边缘发射的基于半导体的光源是边缘发射的激光二极管或一个或多个超发光发光二极管。
3.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，从所述边缘发射的基于半导体的光源发射的光是红外光。
4.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述第一照明图案具有方向，使得相对于所述电路板的所述方向的平行分量大于相对于所述电路板的所述方向的垂直分量。
5.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述第一照明图案具有第一方向，而所述第二照明图案具有第二方向，所述第一方向与所述第二方向夹角大于45度。
6.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述一个或多个光学表面包括不多于三个的光学表面。
7.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，调节所述光包括准直或漫射所述光中的至少一种。
8.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，重定向所述光包括反射地重定向所述光。
9.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述边缘发射的基于半导体的光源被安装到所述电路板的第一平面，并且所述包封被安装到所述电路板的第二平面，所述第二平面与所述第一平面不同。
10.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述边缘发射的基于半导体的光源在所述包封外部的位置处被安装到所述电路板。
11.如权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述一个或多个光学表面被包括在一个或多个光学元件中，所述一个或多个光学元件包括：
包含在所述包封内的抛物面镜，所述抛物面镜用于从所述边缘发射的基于半导体的光源接收所述光并用于准直并重定向从所述边缘发射的基于半导体的光源接收的光，使得所述第二照明图案包括经准直的和经重定向的光。
12.如权利要求11所述的照明模块，其特征在于，所述多个光学元件进一步包括：
至少部分地被包含在所述包封内的漫射器，所述漫射器用于从所述抛物面镜接收所述经准直的和经重定向的光，并用于漫射所述经准直的和经重定向的光使得所述第二照明图案包括所述经准直的、经重定向的和经漫射的光。
13.一种近眼显示系统，包括：
底座；
被安装在所述底座上的照明模块，所述照明模块包括：
电路板；
被安装在所述电路板上的边缘发射的基于半导体的光源，所述边缘发射的基于半导体的光源用于以第一照明图案发射光；
安装在所述电路板上的包封；
包含在所述包封内的抛物面镜，所述抛物面镜用于从所述边缘发射的基于半导体的光源接收所述光并用于准直并重定向所述光，所述照明模块被配置成以不同于所述第一照明图案的第二照明图案输出经准直的和经重定向的光；以及
腔，所述腔切入所述电路板的顶表面以允许所述光自然地扩散到所述腔中，而不必增加光源距电路板的Z高度位置；
被安装在所述底座上的相机，所述相机用于接收包括由所述照明模块输出的所述经准直的和经重定向的光的至少一部分的经反射的光；
成像器，所述成像器用于基于所述经反射的光生成图像；以及
至少一个显示器，所述至少一个显示器用于当用户穿戴所述近眼显示系统时，将所述图像覆盖在所述用户的光学接收器的视图上。
14.如权利要求13所述的近眼显示系统，其特征在于，所述近眼显示系统是头戴式显示系统。
15.如权利要求13所述的近眼显示系统，其特征在于，所述边缘发射的基于半导体的光源是边缘发射的激光二极管，并且从所述边缘发射的激光二极管发射的所述光是红外光。
16.如权利要求13所述的近眼显示系统，其特征在于，所述第一照明图案具有第一方向，而所述第二照明图案具有第二方向，所述第一方向与所述第二方向夹角大于45度。
17.如权利要求13所述的近眼显示系统，其特征在于，进一步包括：
至少部分地被包含在所述包封内的漫射器，所述漫射器用于从所述抛物面镜接收所述经准直的和经重定向的光，并用于漫射所述经准直的和经重定向的光使得所述第二照明图案包括所述经准直的、经重定向的和经漫射的光。
18.一种通过一个或多个计算机控制的机器人转移设备制造如权利要求1所述的用于近眼显示系统的照明模块的方法，所述方法包括：
使用机器人转移设备将边缘发射的基于半导体的光源安装到电路板上，所述边缘发射的基于半导体的光源用于以第一照明图案发射光；
使用机器人转移设备将包封安装到所述电路板的腔上；
使用机器人转移设备将抛物面镜安装在被安装到所述电路板上的所述包封内，所述抛物面镜用于从所述边缘发射的基于半导体的光源接收所述光并用于准直并重定向所述光，所述照明模块被配置成以不同于所述第一照明图案的第二照明图案输出经准直的和经重定向的光；以及
使用机器人转移设备使所述腔切入所述电路板的顶表面以允许所述光自然地扩散到所述腔中，而不必增加光源距电路板的Z高度位置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用机器人转移设备将漫射器安装到包括所述抛物面镜的所述包封的凸缘上。
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