CN109471324B - 投影装置及其设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置，包括光源，其包括多个用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案；投影装置还包括光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。本发明还公开了一种设备和投影装置制造方法。本发明投影装置和设备能够用于对象特征识别，具有较好的用户体验。

Description

投影装置及其设备和方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种具有较好用户体验的投影装置及其设备和方法。

背景技术

随着技术进步和人们生活水平提高，包括手机，平板电脑等在内的电子设备具有更多的新功能，例如：面部识别解锁，籍此获得更好的用户体验。为了实现上述功能，设备需要能够获取对象的二维或三维信息以实现对象特征识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对象特征识别的投影装置及其设备和方法。

本发明的一个方面提供了一种投影装置，包括光源，其包括多个用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案；和光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。

可选的，所述宏单元为发光单元的不具有周期性的分布的最小区域，并且在一个宏单元中，9个或9个以上的发光单元以彼此间距在任一方向上不完全相等的方式分布在其中。

可选的，所述发光单元的二维图案中的宏单元按照网格进行周期复制，或者所述发光单元的二维图案中的宏单元不按照网格进行复制，或者所述发光单元的二维图案中的宏单元按照网格进行扩展。可选的，所述发光单元的二维图案中的宏单元不按照网格进行复制。

可选的，所述光束是红外光，紫外光，可见光的一种或几种。

可选的，所述光学组件包括衍射光学元件和/或透镜。

可选的，所述投影装置还包括基板，所述发光单元设置在所述基板上，所述光学组件正对所述发光单元设置在所述基板上。

本发明的一个方面还提供了一种设备，包括投影装置和接收装置，所述投影装置投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束并被所述接收装置接收，所述投影装置包括多个发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案。

可选的，所述宏单元为所述多个发光单元的不具有周期性分布的最小区域，且在一个宏单元中包括至少9个在任一方向上间距不完全相等的发光单元。

本发明的一个方面还提供了一种制造投影装置的方法，包括提供基板；在基板上形成多个具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案的发光单元，所述发光单元构成用于发射多个光束的光源；在基板上设置用于将对应所述二维图案的光束复制并投影到外界的光学组件。

可选的，所述宏单元为所述多个发光单元的不具有周期性分布的最小区域，且在一个宏单元中包括至少9个在任一方向上间距不完全相等的发光单元。

相较于现有技术，本发明投影装置及其设备和方法能够用于对象特征识别，具有较好的用户体验。

附图说明

图1是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图2是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图3是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图4是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图5是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图6是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图7是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图8是是图6的投影装置投影形成的斑点图案示意图；

图9是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图10是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图11是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图12是本发明设备的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明的一个实施例中，投影装置10包括光源20和光学组件30。所述光源20发射光束到所述光学组件30，所述光束经所述光学组件30优化处理后可照射到外部对象上，例如照射到人脸上。本实施例中，所述光束可以是红外光。本发明其他实施例中，所述光源20发射的光束可以是可见光，紫外光，电磁波，声波，超声波中的一种或多种。

一般地还有至少一个接收装置配合所述投影装置10，用于接收至少部分被外部对象反射的所述光束，从而获取外部对象的深度信息。

所述光源20包括多个发光单元21，所述多个发光单元21的排列分布又可称为发光单元21的阵列。所述发光单元21可以是LED，VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器)或LD(Laser Diode)。所述光学组件能够将所述发光单元21发射的一个光束复制成多个光束。

本发明的一些实施例中，所述投影模组10还包括基板(substrate)22，所述发光单元21呈周期的二维图案分布在所述基板22上。所述光学组件30设置在所述基板22的垫层上，所述光学组件30正对所述光源20的多个发光单元21设置。本实施例中，所述基板22是半导体基板。本发明其他实施例中，所述基板22还可以是玻璃基板，金属基板等。

在本发明说明书及权利要求书中，定义“宏单元(Macro Block)”为发光单元21的不具有周期性的分布的最小区域，且在一个宏单元中，9个或9个以上的发光单元21以彼此间距在任一方向上不完全相等的方式分布在其中，这里的任意方向可以理解为所述宏单元对应二维图案所在二维平面内的任意一个方向。本发明其他实施例中，所述宏单元还可以具有不同设置，均属于本发明保护范围。所述多个发光单元21具有二个或多个所述宏单元复制或扩展形成的二维图案。相应的，所述光源20发射的光束具有和所述多个发光单元21对应的二维图案。

所述光学组件30可包括衍射光学元件(DOE,Diffraction Optical Element)。本发明一些实施例中，所述光学组件30还包括设置在衍射光学元件和光源20之间的透镜或透镜组。所述光学组件30可用于将所述光源20发射的光束进行分束处理，即将入射光束复制并扩展成多个光束。将每个发光单元21看作点光源，其所发射光束被所述光学组件30复制成多个光斑，那么所述光学组件30可以将所述多个发光单元21具有的二维图案复制成由光斑组成的多个对应的图案。请参阅图2，本发明的一个变更实施例中，所述光学组件30包括衍射光学元件31和透镜32。所述透镜32可以是凸透镜或者凹透镜，可以用于汇聚或发散光束。所述衍射光学元件31用于将光源30发射的多个光束复制并投影。所述透镜32例如可以是准直透镜。

请参阅图3，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元按3X3矩阵周期复制9次形成。其中，每个宏单元分布有9个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图4，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元按六边形网格周期复制7次形成。其中，每个宏单元分布有9个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图5，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元按3X5矩阵周期复制15次形成。其中，每个宏单元分布有4个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图6，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元按2X2矩阵周期复制4次形成。其中，每个宏单元分布有8个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图7，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元按2X1矩阵周期复制2次形成。其中，每个宏单元分布有60个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图8，是图6所示发光单元21的阵列所发射光束经光学组件30复制和投影后形成的斑点图案，其中每一个小圆圈代表一个斑点。上述斑点图案在某些时候也被称作结构光图案或泛光图案。在所述实施例中，所述光学组件30包括衍射光学元件，所述衍射光学元件将所述发光单元21形成的阵列按照3X3矩阵进行复制，每个小矩阵方框和所述多个发光单元21形成的二维图案相对应。

所述斑点图案照射到外部对象上，并被接收装置接收后，图像处理器能够通过计算每个斑点的光束对应的局部位移并利用三角测量得到该斑点处对应的深度坐标，从而获取外部对象的深度信息。

本发明上述及其他变更实施例中，所述宏单元可以按照矩阵或网格进行周期复制，也可以不按照矩阵或网格进行复制，例如可以是随机性复制，或者无规律复制。

请参阅图9，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案由一个宏单元随机性复制6次形成。其中，每个宏单元分布有5个不具有周期性的分布的发光单元21。

请参阅图10，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21的二维图案由一个宏单元按照六边形网格扩展10次形成，每个宏单元由7个不具有周期性的分布的发光单元21构成。

请参阅图11，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21的二维图案由一个宏单元按照八边形网格扩展16次形成，每个宏单元由10个不具有周期性的分布的发光单元21构成。

本发明上述及其他实施例中，所述宏单元进行复制操作后，得到的二维图案中对应的发光单元21的数目可以认为是一个宏单元中的发光单元21的个数的根据复制次数的叠加。所述宏单元进行扩展操作后，得到的二维图案中对应的发光单元21的数目可以认为是一个宏单元中的发光单元21的个数的根据扩展次数的叠加，再减去位于网格节点上的发光单元21重复计算的部分。也就是说，扩展过程中会有部分发光单元21的位置重合。

本发明还提供一种设备，其包括上述本发明投影装置10，所述设备例如但不限于手机，平板电脑，笔记本电脑，监控设备，车载设备，智能家居设备等具有3D对象识别功能的设备。

请参阅图12，本发明的一个实施例中，设备100包括投影装置101、接收装置102和收容所述投影装置101和接收装置102的主体103。所述投影装置101投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束并被所述接收装置102接收。所述投影装置101和投影装置10具有大致相同的结构。所述投影装置101包括多个发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案。所述投影装置101能够投影具有多个对应所述发光单元的二维图案的斑点图案的光束到外部对象上。所述宏单元为所述多个发光单元的不具有周期性分布的最小区域，且在一个宏单元中包括至少9个彼此间距不相等的发光单元。

所述主体103还包括处理器，所述处理器可以根据接收装置102接收到的光束获取对象的二维信息或深度信息。例如，处理器能够通过计算每个斑点的光束对应的局部位移并利用三角测量得到该斑点处对应的深度坐标，从而获取对象的深度信息。

所述光束可以是红外光，紫外光或可见光。本实施例中以红外光为例，所述接收装置102包括红外传感器，所述投影装置101包括多个VCSEL。所述主体还包括处理器，所述处理器可以根据接收到的红外光获取对象的深度信息。一些实施例中，所述主体103还包括显示屏和摄像头，所述显示屏可用于显示画面，所述摄像头可用于拍照或摄像。

本实施例中，所述设备100利用3D结构光获取对象的深度信息，进行对象的三维特征识别或三维图像绘制。本发明的另一些实施例中，所述设备100包括二个或者多个接收装置102，根据所述二个或多个接收装置102接收到的光束，所述设备100可以根据双目成像原理绘制对象的三维图像和获取对象的深度信息。

本发明的另一些实施例中，所述投影装置10和设备100还可以用作二维图像绘制或者二维对象特征识别。

相较于现有技术，本发明投影装置和设备能够获取对象深度信息，绘制对象三维图像，具有较好的用户体验。此外，本发明投影装置和设备的光源具有至少二个宏单元组成的图案，从而具有更好的照明强度，较好的识别精确度。

本发明的描述中，需要说明的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定设置，也可以是可拆卸设置，或一体地设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种投影装置，包括：

光源，其包括多个用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案；所述宏单元为发光单元的不具有周期性的分布的最小区域；

光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，并且在一个宏单元中，9个或9个以上的发光单元以彼此间距在任一方向上不完全相等的方式分布在其中。

3.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述发光单元的二维图案中的宏单元按照网格进行周期复制，或者所述发光单元的二维图案中的宏单元不按照网格进行复制，或者所述发光单元的二维图案中的宏单元按照网格进行扩展。

4.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述光束是红外光，紫外光，可见光的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述光学组件包括衍射光学元件和/或透镜。

6.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括基板，所述发光单元设置在所述基板上，光学组件正对所述发光单元设置在所述基板上。

7.一种设备，包括投影装置和接收装置，所述投影装置投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束被所述接收装置接收，所述投影装置包括多个发光单元，所述多个发光单元具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案，所述宏单元为所述多个发光单元的不具有周期性分布的最小区域。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，且在一个宏单元中包括至少9个在任一方向上间距不完全相等的发光单元。

9.一种制造投影装置的方法，所述投影装置如权利要求1-6任一所述，所述方法包括：

提供基板；

在基板上形成多个具有二个或多个宏单元复制或扩展形成的二维图案的发光单元，所述发光单元构成用于发射多个光束的光源；所述宏单元为所述多个发光单元的不具有周期性分布的最小区域；

在基板上设置用于将对应所述二维图案的光束复制并投影到外界的光学组件。

10.根据权利要求9所述的方法，且在一个宏单元中包括至少9个在任一方向上间距不完全相等的发光单元。