CN109752905B - 包括元透镜在内的投影仪 - Google Patents

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Abstract

提供了投影仪，每个投影仪包括：光源，被配置为发射激光；基板，与光源间隔开一距离；图案掩模，包括在基板的第一表面上的图案，该第一表面面向光源；以及元透镜，包括在基板的第二表面上的多个第一纳米结构，该第二表面面向第一表面，纳米结构具有亚波长的形状尺寸，该亚波长小于从光源发射的光的波长。

Description

包括元透镜在内的投影仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月8日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2017-0148313的优先权，其全部公开通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及包括元透镜在内的投影仪。
背景技术
近来，对用于与各种电子设备组合的激光投影仪的小型化的需求已经增长。例如，对于在移动和可穿戴设备上实现的增强现实(AR)、虚拟现实(VR)或混合现实(MR)，可以使用超小型投影仪。此外，在识别诸如人或物之类的对象时，可以使用激光投影仪，以便在用于识别精确的三维图像的深度传感器中形成结构光。
相关技术的激光投影仪包括透镜模块，透镜模块包括若干片光学透镜以实现期望的性能。因此，透镜模块是用于减小激光投影仪尺寸的阻碍。此外，制造具有正确尺寸的若干片光学透镜是非常困难的，而且组装和对准所制造的光学透镜是困难的。
发明内容
提供了被配置为通过使用纳米结构的元透镜来发射光的投影仪。
其它方面将部分地在以下描述中阐述，且将部分地通过以下描述而变得清楚，或者可以通过所提出的示例实施例的实践来获知。
根据示例实施例的一方面，投影仪包括：光源，被配置为发射激光；基板，与光源间隔开预定的(或者备选地，期望的)距离；图案掩模，包括在基板的第一表面上的预定的(或者备选地，期望的)图案，该第一表面面向光源；以及元透镜，包括在基板的第二表面上的多个第一纳米结构，该第二表面面向第一表面，第一纳米结构具有亚波长的形状尺寸，该亚波长小于从光源发射的光的波长。
图案掩模可以包括第一部分和第二部分，第一部分是吸收或反射激光的区域，第二部分是透射激光的区域，图案掩模的图案是由第二部分形成的图像图案，且该图像图案规则地或随机地布置，以便形成预定的(或者备选地，期望的)结构光图案。
纳米结构可以接收结构光图案并将其聚焦在与元透镜间隔开的聚焦平面上。
图案掩模可以被配置为接触基板。
图案掩模可以包括金属、黑矩阵或聚合物。
光源可以相对于图案掩模直接发射光，且光源可以是表面发光二极管。
纳米结构可以包括具有比外围材料的折射率大的折射率的材料。
投影仪还可以包括壳体，其被配置为固定光源和基板，其中，投影仪是集成模块。
纳米结构可以被布置为具有比从光源发射的光的波长的一半小的布置间距。
基板可以包括第一基板和堆叠在第一基板上的第二基板。
光源可以是边缘发射设备，其上表面平行于基板，以及投影仪还可以包括路径改变构件，其将从边缘发射设备发射的光向基板的第一表面反射。
投影仪还可以包括第二元透镜，其包括在图案掩模的面向光源的表面上的多个第二纳米结构。
第二元透镜可以包括具有比外围材料的折射率大的折射率的材料。
第二元透镜可以使入射光平行化。
第二纳米结构可以包括半柱面透镜。
投影仪还可以包括保护层，其覆盖基板的第一表面上的图案掩模。
保护层可以包括具有比第二元透镜的折射率低的折射率的材料。
附图说明
根据以下结合附图对示例实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：
图1是根据示例实施例的包括元透镜在内的投影仪的结构的示意性侧面横截面图；
图2是根据示例实施例的投影仪的图案掩模的平面图；
图3是根据示例实施例的投影仪的元透镜的示意性侧面横截面图；
图4是根据另一示例实施例的投影仪的元透镜的示意性平面图；
图5是用于解释根据示例实施例的减少或防止投影仪的图像失真的方法的示意图；
图6是用于解释根据示例实施例的制造投影仪的透镜结构的方法的图；
图7是根据另一示例实施例的包括元透镜在内的投影仪的结构的示意性侧面横截面图；
图8是根据另一示例实施例的包括元透镜在内的投影仪的结构的示意性侧面横截面图；
图9是图8的透镜结构的放大的侧面横截面图；
图10是示出了根据示例实施例的投影仪的第二元透镜的示例的透视图；以及
图11是示出了根据示例实施例的深度识别装置的示意性配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考所附附图来详细描述示例实施例。在附图中，为了说明书的清楚，可以夸大层或区域的厚度。本发明构思的示例实施例能够进行各种修改，并且可以以许多不同的形式来体现。
将理解的是，当元件或层被称为在另一元件或层“上”或“上方”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或在中间元件或层上。
图1是根据示例实施例的包括元透镜在内的投影仪100的结构的示意性侧面横截面图。
参考图1，投影仪100包括光源120和与光源120间隔开预定的(或者备选地，期望的)距离的基板140。基板140包括面向光源120的第一表面S1和面向第一表面S1的第二表面S2，其间为基板140。反射光的一些部分并透射光的剩余部分的图案掩模130被布置在第一表面S1上，以便接触第一表面S1。元透镜150被布置在第二表面S2上。元透镜150包括具有纳米尺寸的纳米结构(例如，纳米柱152)，并且可以聚焦通过基板140透射的光。基板140、图案掩模130和/或元透镜150构成透镜结构180。第一保护层191可以形成在基板140的第二表面S2上以覆盖元透镜150。纳米柱152的高度可以约为0.5μm。第一保护层191的高度可以比纳米柱152的高度高大约1μm。第二保护层192可以形成在基板140的第一表面S1上。第二保护层192的厚度可以约为2μm。
光源120可以是发射激光的激光二极管。光源120可以是表面发射二极管。表面发射二极管可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。例如，光源120可以是包括基于GaAs的有源层在内的VCSEL，并且可以发射波长大约850nm或940nm的激光。作为另一示例，光源120可以发射近红外波长带的光。
在光源120中，从多个发光点直接朝向图案掩模130发射光。在光源120中，可以从单个VCSEL的表面上的二维(2D)阵列中布置的发光点发射激光。光源120可以包括多个VCSEL。
基板140的第一表面S1和第二表面S2可以彼此大体平行。然而，第一表面S1和第二表面S2不必彼此完全平行，并且可以相对于彼此倾斜。基板140可以包括透明材料。透明材料可以指代具有高透光率的材料。例如，基板140可包括熔融的二氧化硅、石英、聚合物(PMMA等)和塑料。基板140可以具有亚毫米厚度或小于几毫米的厚度。
基板140可以包括堆叠并绑定(bond)在一起的第一基板141(参考图6)和第二基板142(参考图6)。第一基板141和第二基板142可以包括彼此相同的材料或彼此不同的材料。
第一保护层191和第二保护层192可以包括透明电介质。例如，第一保护层191和第二保护层192可以包括氧化硅或聚合物。
图案掩模130选择性地透射从光源120进入的光。图案掩模130包括反射或吸收入射光的第一部分131和透射入射光的第二部分132。第二部分132是图案掩模130的移除了材料的区域。图案掩模130可以包括金属(包括Cr或Al)、黑矩阵或聚合物。图案掩模130可以具有小于几百纳米的厚度。第二部分132可以是具有预定的(或者备选地，期望的)图案的图像。
图2是图1的图案掩模130的平面图。
参考图2，图案掩模130包括第一部分131和第二部分132，第一部分131反射入射光，第二部分132是由第一部分131围绕的通孔部分。入射光进入通过第二部分132暴露的基板140。第一部分131反射或吸收入射光。围绕第一部分131的第二部分132透射入射光。已经穿过图案掩模130的光通过第二部分132而具有图像。在图2中，第一部分131以2D阵列型来布置。然而，示例实施例不限于此。例如，第二部分132可以具有各种图像。第一部分131可以形成为具有大约1μm～2μm的周期。第二部分132可以形成为具有大约1μm～2μm的周期。
在基板140的第一表面S1上形成金属层、黑矩阵层或聚合物层之后，可以通过刻蚀金属层、黑矩阵层或聚合物层来形成图案掩模130。图案掩模130可以形成为各种形状。
图案掩模130将入射光改变为具有预定的(或者备选地，期望的)图案的结构光并将其输出。当光从光源120进入图案掩模130时，图案掩模130形成在空间中行进的光线的分布。光线在空间上形成具有预定的(或者备选地，期望的)角度的束斑(beam spot)。束斑可以具有各种分布，该各种分布由向图案掩模130应用的详细情况来确定。这被称为结构光。
在图案掩模130中产生的结构光可以是第一图案，该第一图案在数学上被编码以唯一地具有朝向每个点行进的光线的角度和方向，并且具有聚焦平面FP(将在以下描述)上的对应的点的位置坐标。第一图案的形状可以通过具有3D形状的对象而变化，且第二图案是通过利用诸如相机之类的图像拾取设备进行成像来获得。比较第一图案和第二图案，并且跟踪每个坐标中的图案的形状变化的程度，由此可以提取具有3D形状的对象的深度信息。
元透镜150可以包括具有比基板140的折射率大的折射率的材料。例如，元透镜150的折射率比基板140的折射率大超过1。元透镜150可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、Si3N4、GaP、TiO2、AlSb、AlAs、AlGaAs、AlGaInP、BP或ZnGeP2。此外，元透镜150可以包括金属材料。
元透镜150可以包括导电材料。导电材料可以是具有导电性以引起表面等离子体激发的金属材料。例如，导电材料可以包括Cu、Al、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、Pt、Ag、锇(Os)、铱(Ir)或Au、以及这些材料的合金。此外，元透镜150可以包括具有高导电性的2D材料，诸如石墨烯或导电氧化物。导电氧化物可包括氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)或氧化铝锌(AZO)。
元透镜150的纳米柱152中的一些可以包括具有高折射率的电介质材料，并且纳米柱152中的一些可以包括导电材料。
图3是图1的元透镜150的示意性侧面横截面图。参考图3，元透镜150包括在基板140的第二表面S2上的多个纳米结构。纳米结构可以是纳米柱152。
纳米柱152具有亚波长的形状尺寸，该亚波长小于从光源120发射的光的波长λ。形状尺寸指代限定纳米柱152的形状的尺寸，例如，纳米柱152的高度H和纳米柱152的横截面的宽度W。此外，纳米柱152的布置间距P具有小于波长λ的值。在图3中，描绘了具有恒定布置间距P的纳米柱152，然而示例实施例不限于此。例如，纳米柱152可以布置成其间具有恒定的间隙。
纳米柱152的形状尺寸和布置间距P可以小于从光源120发射的光的波长的一半。纳米柱152的布置间距P比从光源120发射的光的波长越小，就越可以将入射光控制为期望的形状而不执行高阶衍射。
纳米柱152的横截面形状，即，与XY平面平行的横截面的形状可以是各种形状，例如，圆形形状、椭圆形形状、矩形形状、多边形形状、十字形状、蜂窝形状或非对称形状。此外，纳米柱152的所有形状可以是相同的，然而示例实施例不限于此。纳米柱152的横截面形状可以包括各种形状。纳米柱152的宽度W可以是圆形形状的直径、椭圆形形状的平均直径、矩形形状的边的平均长度、多边形形状的平均直径、十字形状的横向长度、蜂窝形状的平均直径或非对称形状的平均直径。在下文中，为方便起见，将横截面的尺寸称为“直径”。
纳米柱152的纵横比可以在大约2至大约7的范围内。
元透镜150被设计成用作凸透镜或聚焦透镜。图3中的纳米柱152的形状分布可以被确定为执行凸透镜的功能。可以确定纳米柱152的形状分布，使得纳米柱152被布置成具有从预定的(或者备选地，期望的)参考点朝向外侧逐渐减小的宽度。可以重复纳米柱152的示例形状分布，且形状分布的重复周期可以不是恒定的并且可以变化。
元透镜150可以聚焦从基板140发射的光，并且可以在与基板140间隔开预定的(或者备选地，期望的)距离的聚焦平面FP上形成焦点。聚焦平面FP可以位于一倍或多倍元透镜150的焦距的距离到无限远距离处。例如，聚焦平面FP可以位于距元透镜150几十厘米到几米的距离处。元透镜150聚焦具有预定的(或者备选地，期望的)图案的入射的结构光SL，并将结构光SL投影到聚焦平面FP上。进入聚焦平面FP的结构光SL可以是图像图案，其被编码以便具有朝向聚焦平面FP上的每个点行进的光线的角度和方向，并且具有这些点的位置坐标。可以通过3D对象来改变图像图案的形状。将图像图案与由对象反射的图像图案相比较，其中，由3D对象反射的图像图案由诸如相机之类的图像捕捉设备来成像，且由此可以提取3D对象的深度信息。
根据每个纳米柱152的材料和形状，上述纳米柱152可以具有唯一的透射强度值和透射相位。通过控制纳米柱152的形状分布，可以控制通过元透镜150透射的光的相位或强度。在下文中，“形状分布”可以指代以下至少一项：纳米柱152的形状、纳米柱152的尺寸、纳米柱152的尺寸分布、纳米柱152的布置间距和/或纳米柱152的布置间距的分布。
图3中描绘的纳米柱152在示例中具有相同的高度，但不限于此。例如，可以通过根据纳米柱152的位置或纳米柱152的构成材料控制沿水平方向或垂直方向的尺寸来形成期望的透射强度分布或期望的透射相位分布。为了形成期望的透射强度分布或期望的透射相位分布，可以针对包括多个纳米柱152在内的预定的(或者备选地，期望的)组来确定根据位置的纳米柱152的形状分布。此外，以这种方式形成的纳米柱组可以按预定的(或者备选地，期望的)周期重复布置。纳米柱152的形状分布可以是规则的、周期性的或伪周期性的，但不限于此，即，可以是随机的。
当与相关技术的微型光学部件相比时，元透镜150的纳米柱152具有非常小的间距和非常薄的厚度，且由此可以形成任意图案而没有相对于广角范围的高阶衍射。因此，投影仪100可以具有超小型尺寸。例如，投影仪100的高度可以小于4mm。
图4是根据另一示例实施例的元透镜150’的示意性平面图。参考图4，元透镜150’可以是基板140上包括多个纳米柱152在内的元表面(参考图1)。
元透镜150’可以是菲涅耳透镜。在图4中，下部示出了与元透镜150’相对应的菲涅耳透镜的侧面横截面图。元透镜150’包括布置成2D阵列的多个纳米柱152，并且通过半导体工艺制造，且由此可以对元透镜150’进行小型化。
元透镜150’可以布置成以纳米柱152的中心作为参考的对称结构，以便具有聚焦光学设备的功能。例如，参考图4，为了用作菲涅耳透镜，元透镜150’可以包括多个环区域。每个环区域的纳米柱152的直径随着其远离第一环区域的中心而逐渐减小。例如，元透镜150’可以包括远离元透镜150’的中心的第一至第三环区域。然而，示例实施例不限于此。例如，元透镜150’还可以包括大于这三个环区域的环区域。
返回参考图1，投影仪100可以是集成模块。即，投影仪100还可以包括用于支撑光源120的支撑件110和固定基板140的壳体170。
根据示例实施例的投影仪100使用元透镜150，而不是包括相关技术的多个透镜在内的透镜模块。因此，可以对投影仪100进行小型化。此外，不需要用于对准透镜模块的多个透镜的工艺，制造工艺简单。
根据示例实施例的投影仪100可以将图案掩模130的图像投影到聚焦平面FP上，并且还可以用于照明。
此外，根据示例实施例的投影仪100将由结构光形成的图像投影到对象上，并且捕捉由对象反射的图像，且由此可以用作深度传感器的光照射装置。当与在照射普通光之后捕捉由对象反射的光的情况相比时，当在照射由结构光形成的图像之后捕获由对象反射的光时，可以获得更准确的深度信息。
图5是用于解释根据示例实施例的减少或防止投影仪100的图像失真的方法的示意图。
作为图案掩模的暴露区域的图像被设计为预先包括桶形失真。桶形失真被设计为补偿元透镜中的枕形失真。因此，投影到聚焦平面的图像可以是没有失真的图像。
图6是用于解释根据示例实施例的制造透镜结构180的方法的图。相似的附图标记用于与图1的元件大体相同的元件，并且将省略其描述。
参考图6，在第一基板141上形成第一层，该第一层包括金属层、黑矩阵层和聚合物层。接下来，通过对第一层进行图案化来形成图案掩模130。
在第二基板142上形成第二层，该第二层包括用于形成元透镜的材料。通过对第二层进行图案化在第二基板142上形成元透镜150。
接下来，当第一基板141和第二基板142绑定以彼此接触时，可以形成透镜结构180，在该透镜结构180上，在基板140的两个表面上分别形成图案掩模130和元透镜150。
根据示例实施例的制造透镜结构180的方法不需要额外的对准工艺，且由此透镜结构180的制造容易，并且增加了制造透镜结构180的产量。
图7是根据另一示例实施例的包括元透镜在内的投影仪200的结构的示意性侧面横截面图。相似的附图标记用于与图1的元件大体相同的元件，并且将省略其描述。
参考图7，投影仪200包括作为支撑件210上的光源220的边缘发射二极管。光源220可以是法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光二极管或DFB激光二极管。
基板140与光源220间隔开预定的(或者备选地，期望的)距离。基板140包括面向光源220的第一表面S1(参考图1)和面向第一表面S1的第二表面S2(参考图1)，其间为基板140。图案掩模130附接到基板140的第一表面S1，图案掩模130反射光的一些部分，使光的剩余部分成为结构光并透射它们。元透镜150布置在第二表面S2上。元透镜150包括具有纳米尺寸的纳米柱152，并且可以在聚焦平面FP上聚焦通过基板140透射的光。例如，聚焦平面FP可以位于距元透镜150几十厘米到几米的距离处。
可以在基板140的第二表面S2上形成第一保护层(参考图1的第一保护层191)，以覆盖图案掩模130。可以在基板140的第一表面S1上形成第二保护层(参考图1的第二保护层192)。为方便起见，未在图7中示出第一保护层191和第二保护层192。
改变从光源220发射的光的路径的路径改变构件270可被布置在光源220的一侧。路径改变构件270可以包括反射表面272，该反射表面272以预定的(或者备选地，期望的)角度反射从光源220发射的光的路径。
路径改变构件270上形成的反射表面272可以是镜面涂层。考虑到图案掩模130相对于光源220的光发射表面的相对位置，反射表面272被布置成将光路弯曲到预定的(或者备选地，期望的)角度。在图7中，其被描绘为光轴沿垂直方向弯曲。
分别附接到基板140的第一表面S1和第二表面S2的图案掩模130和元透镜150可以与图1的图案掩模130和元透镜150相同。根据本示例性实施例的投影仪200的图案掩模130和元透镜150可以使用相同的图案掩模和预先设计的元透镜，而不管光源的类型如何，例如，表面发射二极管或边缘发射二极管。
投影仪200使用边缘发射二极管作为光源220，并且可以根据需要来设计路径改变构件270以适应光源220和基板140之间的位置。此外，当将投影仪200与投影仪100相比较时，可以在投影仪200中形成比在投影仪100中窄的基板140和光源220之间的间隙，由此可以进一步实现投影仪200的小型化。
可以使用根据本示例实施例的包括图案掩模、基板、元透镜在内的透镜结构180，而不管光源的类型如何。
图8是根据另一示例实施例的包括元透镜在内的投影仪300的结构的示意性侧面横截面图。相似的附图标记用于与图1和图7的元件大体相同的元件，并且将省略其描述。
参考图8，投影仪300包括作为支撑件310上的光源320的边缘发射二极管。基板140与光源320间隔开预定的(或者备选地，期望的)距离。基板140包括面向光源320的第一表面S1(参考图1)和面向第一表面S1的第二表面S2(参考图1)，其间为基板140。图案掩模130附接到基板140的第一表面S1，图案掩模130反射光的一些部分，并将光的剩余部分转换为结构光并透射它们。元透镜150被布置在基板140的第二表面S2上。元透镜150可以包括具有纳米尺寸的纳米柱152(参考图1)，并且可以在聚焦平面FP上聚焦穿过基板140的光。例如，聚焦平面FP可以位于距元透镜150几十厘米到几米的距离处。
图9是图8的透镜结构的放大的侧面横截面图。参考图9，图案掩模130附接到基板140的第一表面S1，图案掩模130反射光的一些部分并透射光的剩余部分。覆盖图案掩模130的保护层335形成在基板140的第一表面S1上。保护层335可以包括比第二元透镜360(将在以下描述)的折射率低的折射率的材料。例如，保护层335的折射率可以比第二元透镜360的折射率小超过1。保护层335可以具有足以完全覆盖图案掩模130的厚度，例如，大约2μm。保护层335可以包括氧化硅或聚合物。保护层335提供用于形成第二元透镜360的平坦表面。
可以在基板140的第二表面S2上形成第一保护层(参考图1的第一保护层191)以覆盖元透镜150。为方便起见，图9中未示出第一保护层191。
第二元透镜360形成在保护层335上。第二元透镜360可以包括多个第二纳米结构。第二元透镜360可以像元透镜150一样包括多个纳米柱362。第二元透镜360可以是将入射光转换为平行光的准直透镜。
此外，第二元透镜360可以包括多个柱面透镜或半柱面透镜。用作光源320的边缘发射二极管发射具有大的漫射角的光。光源320可以发射点光，在该点光中，长轴(x轴)的直径大于短轴(y轴)的直径。因此，已经穿过图案掩模130的光可以以未期望的角度发散，且由此可以减少有效光。
柱面透镜和半柱面透镜可以是其上形成有相对于发射光的长轴(x轴)的弯曲表面的透镜。图10示出了包括多个半柱面透镜362在内的第二元透镜360的示例。在图10中，描绘了具有9个柱面透镜362的第二元透镜360，但是根据示例实施例的第二元透镜360不限于此。第二元透镜360可以是图10的半柱面组沿x方向和y方向重复的透镜。
当与投影仪200相比时，由于将入射到第二元透镜360的光加以准直，因此根据示例实施例的投影仪300可以减少光损失。
图11是示出了根据示例实施例的深度识别装置400的示意性配置的框图。
深度识别装置400包括：投影仪410，其被配置为将结构光SLi照射到对象OBJ；传感器420，其接收从对象OBJ反射的结构光SLr；以及计算单元430，其被配置为通过比较从投影仪410照射的结构光SLi和由传感器420接收的结构光SLr来计算对象OBJ的深度位置。
投影仪410将从光源发射的光转换为结构光图案并输出结构光图案，且投影仪410可以是根据上述示例实施例的投影仪100、200和300之一。
传感器420感测由对象OBJ反射的结构光SLr。传感器420可以包括光学检测元件的阵列。传感器420还可以包括散射元件，其用于针对每个波长来分析由对象OBJ反射的光。
计算单元430通过比较向对象OBJ照射的结构光SLi和由对象OBJ反射的结构光SLr来获得与对象OBJ相关的深度信息，并且可以分析对象OBJ的3D形状、位置和移动。从投影仪410产生的结构光SLi可以是图案，其被数学编码以唯一地具有朝向聚焦平面FP的点行进的光线的角度和方向，并且具有对应的点的位置坐标。当编码图案被对象OBJ反射时，所反射的结构光SLr的图案具有相比于所照射的结构光SLi的图案改变了的形状。可以通过比较图案并在每个坐标中跟踪图案来提取对象OBJ的深度信息。可以从结果中提取与对象OBJ的形状和移动有关的三维信息。
可以进一步在投影仪410和对象OBJ之间布置用于控制从投影仪410发射的朝向对象OBJ行进的结构光SLi的方向或用于控制另外调制的的光学元件。
此外，深度识别装置400还可以包括控制器，该控制器通常控制对投影仪410中包括的光源的驱动或传感器420的操作。此外，深度识别装置400还可以包括存储器，其用于存储要在计算单元430中执行的用于提取3D信息的计算程序。计算单元430可以是处理器，并且其功能可以以软件和/或硬件实现。
计算单元430中的计算结果，即，可以向另一个单元发送关于对象OBJ的形状和位置的信息。例如，可以向深度识别装置400中采用的电子设备的控制器发送上述信息。被发送了结果的其它单元可以是输出结果的显示器或打印机。除上述之外，其他单元可以包括智能电话、移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机PC、可穿戴设备以及其他移动或非移动设备，但不限于此。
深度识别装置400可以用作精确地获取与前面的对象OBJ有关的3D信息的传感器，且由此可以在各种电子设备中使用。电子设备可以是自动驾驶设备，例如自动驾驶汽车、无人驾驶汽车、机器人、无人驾驶飞机等。除上述之外，电子设备可以是移动通信设备或物联网(IOT)设备。
在根据示例实施例的投影仪中，使用薄的元透镜，而不是包括相关技术的多个透镜在内的透镜模块，且由此可以对投影仪进行小型化。此外，为了制造投影仪，不需要对准透镜模块的透镜的工艺，且由此简化了投影仪的制造。
根据示例实施例的投影仪可以投影图案掩模的图像，并且还可以用作照明器。
此外，根据示例实施例的投影仪将由结构光形成的图像照射到对象并捕捉由对象反射的图像，且由此可以用作深度传感器的光照射设备。当与将一般光照射到对象相比时，当通过照射由结构光形成的图像来捕捉由对象反射的光时，可以获得更准确的深度信息。
可以使用根据示例实施例的投影仪的透镜结构而不管光源如何。
尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (19)

1.一种投影仪，包括：
光源，被配置为发射激光；
基板，与所述光源分开；
图案掩模，包括在所述基板的第一表面上的图案，所述第一表面面向所述光源，所述图案被配置为形成结构光；以及
第一元透镜，被配置为将所述结构光聚焦在预定聚焦平面上，并且包括在所述基板的第二表面上的多个第一纳米结构，所述第二表面面向所述第一表面，所述多个第一纳米结构具有亚波长的形状尺寸，所述亚波长小于从所述光源发射的光的波长，
其中，所述图案掩模包括第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分是吸收或反射激光的区域，所述第二部分是移除了所述第一部分的材料并且透射激光的区域，并且通过所述第二部分的图像图案形成结构光图案。
2.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述多个第一纳米结构接收所述结构光图案并将所述结构光图案聚焦在与所述第一元透镜间隔开的聚焦平面上。
3.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述图案掩模被配置为接触所述基板。
4.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述图案掩模包括金属、黑矩阵或聚合物。
5.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述光源是表面发光设备，被配置为相对于所述图案掩模直接发射光。
6.根据权利要求5所述的投影仪，其中，所述光源是表面发光二极管。
7.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述多个第一纳米结构包括具有比外围材料的折射率大的折射率的材料。
8.根据权利要求1所述的投影仪，还包括壳体，所述壳体被配置为固定所述光源和所述基板，其中，所述投影仪是集成模块。
9.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述多个第一纳米结构具有比从所述光源发射的光的波长的一半小的间距。
10.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述基板包括第一基板和堆叠在所述第一基板上的第二基板。
11.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述光源是边缘发射设备，其上表面平行于所述基板，以及
所述投影仪还包括路径改变构件，其将从所述边缘发射设备发射的光向所述基板的第一表面反射。
12.根据权利要求11所述的投影仪，还包括第二元透镜，所述第二元透镜包括在所述图案掩模的面向所述光源的表面上的多个第二纳米结构。
13.根据权利要求12所述的投影仪，其中，所述第二元透镜包括具有比外围材料的折射率大的折射率的材料。
14.根据权利要求12所述的投影仪，其中，所述第二元透镜使入射光平行化。
15.根据权利要求14所述的投影仪，其中，所述多个第二纳米结构包括半柱面透镜。
16.根据权利要求12所述的投影仪，还包括保护层，所述保护层覆盖所述基板的第一表面上的所述图案掩模。
17.根据权利要求16所述的投影仪，其中，所述保护层包括具有比所述第二元透镜的折射率低的折射率的材料。
18.根据权利要求1所述的投影仪，还包括所述基板的第二表面上的保护层，以覆盖所述元透镜。
19.一种深度识别装置，包括：
根据权利要求1所述的投影仪，被配置为将结构光照射到对象；
传感器，被配置为接收由所述对象反射的所述结构光；以及
计算单元，被配置为通过比较从所述投影仪照射的所述结构光与由所述传感器接收的所述结构光来计算所述对象的深度位置。
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