CN112445004A - 光发射模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光发射模组，包括基座和两个发射模块，基座包括第一斜面和第二斜面，第一斜面和第二斜面镜像对称，且第一斜面和第二斜面的延伸方向交叉，两个发射模块分别设置在第一斜面和第二斜面上，两个发射模块发射的光线在相互靠近的一侧形成部分交叉。使得光发射模组的整体的视场角增大，从而提升光发射模组的广角范围，满足大角度的需求。

Description

光发射模组和电子设备

技术领域

本发明属于深度成像技术领域，尤其涉及一种光发射模组和电子设备。

背景技术

深度成像技术是利用光发射模组发出光线，光线照射到目标物体上并反射，光接收模组接收反射的光线，并经过计算而得到目标物体的深度信息。深度成像技术是实现VR(Virtual Reality，即虚拟现实，简称VR)或AR(Augmented Reality，即增强现实，简称AR)的重要基础。

目前的深度成像技术中，关键的器件匀光片主要包括DOE(Diffractive OpticalElements，衍射光学组件)和ROE(Refractive Optical Elements，折射光学组件)两种方案。

DOE方案是基于光波的衍射理论，利用计算机软件设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片(substrate)上刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构，通过微结构表面对透射光束进行相位调制，来控制出光强度分布调制。受限于物理限制，一般DOE较常应用在小角度的工业应用上，在大角度的表现较差，光线在较大角度处的能量极弱，无法满足应用。

ROE方案通过注塑或纳米压印在基片上构建随机或周期性的微透镜阵列，遵循几何光学的折射原理，从而得到预期照度分布的匀光器件。由于菲涅尔损耗(Fresnel Loss)，使用ROE方案制作大角度的匀光片(diffuser)，在大角度的的表现依然不够理想，无法满足需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种光发射模组和电子设备，能够增大视场角，满足大角度的需求。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，包括基座和两个发射模块，所述基座包括第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面镜像对称，且所述第一斜面和所述第二斜面的延伸方向交叉，两个所述发射模块分别设置在所述第一斜面和所述第二斜面上，两个所述发射模块发射的光线在相互靠近的一侧形成部分交叉。使得光发射模组的整体的视场角增大，从而提升光发射模组的广角范围，满足大角度的需求。

其中，所述基座还包括相对的第一底面和第一顶面，与所述第一底面连接且相对的第一侧面和第二侧面，所述第一斜面连接所述第一顶面和所述第一侧面，所述第二斜面连接所述第一顶面和所述第二侧面；在两个所述发射模块的连线的方向上，每个所述发射模块具有独立视场角，两个所述发射模块使所述光发射模组形成组合视场角；所述第一斜面与所述第一侧面连接形成第一交线，所述第二斜面与所述第二侧面连接形成第二交线，所述第一交线和所述第二交线连接形成参考面，所述第一斜面与所述参考面的夹角为倾斜角，所述倾斜角小于等于所述独立视场角的一半。使得两个发射模块发出的光线交叉时，光线的交叉点与光发射模组的距离位于光发射模组与目标物体之间，即目标物体能够被光线覆盖。

其中，所述发射模块包括基板、光源和匀光件，所述基板设置在所述第一斜面或所述第二斜面，所述基板设光源腔，所述光源设置在所述光源腔内，所述匀光件设置在所述基板上，且覆盖所述光源腔。光源发光，光线经匀光件的导光和匀光后出射到目标物体上，可用于实现深度成像。

其中，所述匀光件包括入光面和出光面，所述入光面与所述光源相对，所述光源发射的光线经所述入光面进入所述匀光件，所述光线从所述出光面出射；所述出光面设有包括多个微透镜的透镜阵列，所述透镜阵列用于改变所述光线出射的角度。

其中，所述微透镜背向所述入光面的外表面为非球面，所述外表面的顶点与过所述微透镜的几何中心且垂直于所述出光面的直线相互错开，在沿两个所述发射模块的连线的方向上，所述外表面在所述顶点两侧的弧度不同以形成非对称结构。使得出射的光线发生偏转，更利于使得两个发射模块的光线交叉，或者扩大光发射模组的整体的视场角。

其中，两个所述发射模块中所述匀光件对应的微透镜的非对称结构相同且呈镜像对称设置；其中，所述非对称结构用于使对应发射模块投射的光线的光照强度沿远离另一发射模块的方向逐渐增强。能使得边缘照度增强，从而可以使得光发射模组形成均匀的光场。

其中，在所述入光面建立第一坐标轴和第二坐标轴，垂直所述入光面建立第三坐标轴，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴相交且互相垂直；所述外表面任意一点为特征点，所述特征点在所述第三坐标轴的坐标与所述特征点在所述第一坐标轴的坐标的不小于4的幂次和所述特征点在所述第二坐标轴的坐标的不小于4的幂次相关。

其中，所述外表面的顶点相对所述出光面突出的高度为第一高度，所述外表面在所述入光面的正投影为圆形，圆形的直径为第一直径，所述第一高度与所述第一直径的比值范围为0.4～1.2。可使得外表面的弧度合理，使得光线出射使，能够折射出射，避免全反射而使得光线不能出射。

其中，所述基板包括相对的第二底面和第二顶面，所述第二底面与所述第一斜面或所述第二斜面连接，所述光源腔开设在所述第二顶面，所述光源腔的底壁为底壁面，所述光源设置在所述底壁面，所述匀光件设置在所述第二顶面。

其中，所述光源腔包括连通的第一腔室和第二腔室，所述底壁面设置在所述第一腔室，所述第二腔室与所述第二顶面连接，所述第二腔室的尺寸大于所述第一腔室的尺寸，以在所述第一腔室与第二腔室之间形成台阶，所述匀光件设置在所述台阶上。可降低发射模块的整体厚度，利于结构的紧凑化，便于安装到内部空间局促的电子设备中。

其中，所述光发射模组还包括两块电路板，两块所述电路板分别设置在所述第一斜面和所述第二斜面上，所述发射模块设置在所述电路板上。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括光接收模组和第一方面各种实施例中任一项所述的光发射模组，所述光发射模组发射光线至目标物体，所述光接收模组接收所述目标物体反射的光线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种实施例的光发射模组的结构示意图；

图2是图1的光发射模组的光路结构示意图；

图3是一种实施例的匀光件的立体结构示意图；

图4是一种实施例的微透镜的立体结构示意图；

图5是图4的微透镜的正面结构示意图；

图6是图4的微透镜的光线传播线路示意图；

图7是光线透过匀光件后的发光强度分布示意图；

图8是在光接收模组处接收到的光线的照度分布示意图。

具体实施方式

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

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种光发射模组，包括基座10和两个发射模块30。基座10用于结构支撑，并用于散热，材质为铁合金或铝合金。发射模块30用于发射光线，光线为激光或红外光。

具体的，基座10包括相对的第一底面101和第一顶面102，第一斜面103和第二斜面104，以及相对的第一侧面105和第二侧面106。第一底面101和第一顶面102可均为平面且互相平行，第一侧面105和第二侧面106可均为平面且互相平行。第一侧面105和第二侧面106均与第一底面101连接。第一斜面103连接第一侧面105和第一顶面102，第二斜面104连接第二侧面106和第一顶面102。第一斜面103和第二斜面104镜像对称，镜像对称的对称面为对称轴所在平面，对称轴为过第一底面101和第一顶面102的几何中心的直线A，且对称面与第一底面101垂直。第一斜面103和第二斜面104的延伸方向交叉。

其中，在垂直于第一底面101的方向上，第一侧面105和第二侧面106的高度小于第一顶面102到第一底面101的垂直距离，使得第一斜面103和第二斜面104面对的方向逐渐发散。

两个发射模块30分别设置在第一斜面103和第二斜面104上，两个发射模块30也相对于对称面对称，两个发射模块30发射的光线在相互靠近的一侧部分交叉。第一斜面103和第二斜面104的边缘位置可设置多个凸起，多个凸起可用于限位，便于发射模块30的安装固定。第一斜面103和第二斜面104还可设置有散热材料，以提升散热效果。

两个发射模块30设置在第一斜面103和第二斜面104上，且发出的光线部分交叉，使得两个发射模块30的整体的发光角度部分重叠，使得光发射模组的整体的视场角增大，从而提升光发射模组的广角范围，满足大角度的需求。

一种实施例中，光发射模组还包括两块电路板20，两块电路板20分别设置在第一斜面103和第二斜面104上，发射模块30设置在电路板20上。电路板20与第一斜面103和第二斜面104的连接可以为胶接，发射模块30与电路板20的连接亦可为胶接，也可以为螺接、铆接等连接方式。电路板20用于为发射模块30供电，并提供控制发光的电信号。

另一种实施例中，也可不设单独的电路板20，而是在第一斜面103和第二斜面104上设置对应的电路，亦可实现供电和提供发光的电信号的作用。

请参考图2，图中虚线表示光线，两个发射模块30的光线交叉，在相交处形成第一夹角区域502和第二夹角区域504。第一夹角区域502处光线还未交叉，此处无光线，第二夹角区域504处光线交叉，此处的光线为两个发射模块30的光线的叠加。对目标物体进行拍摄时，可通过控制与目标物体的合理距离，该合理距离通常也是光发射模组的可用距离，避免目标物体距离过近，使得目标物体位于比第一夹角区域502更远的位置，从而使得光发射模组的光线能够覆盖目标物体。

进一步的，请参考图1和图2，在两个发射模块30的连线的方向上，两个发射模组30发出光线，以使光发射模组具有组合视场角40，组合视场角40即为两个发射模块40整体形成的可视角。每个发射模块30具有独立视场角325，独立视场角325即为每个发射模块的可视角。组合视场角40小于等于独立视场角325的两倍，保证两个发射模块30发出的光线能够产生交叉。例如，如设计需求组合视场角40为120°，则独立视场角325应当大于等于60°。

进一步的，第一斜面103与第一侧面105连接形成第一交线，第二斜面104与第二侧面106连接形成第二交线，第一交线和第二交线连接形成参考面109，第一斜面103与参考面109的夹角为倾斜角108，倾斜角108小于等于独立视场角325的一半。参考面109与第一底面101和第一顶面102平行，倾斜角108用于表征第一斜面103的倾斜程度，使得两个发射模块30发出的光线交叉时，光线的交叉点与光发射模组的距离位于光发射模组与目标物体之间，即目标物体能够被光线覆盖。参照图2，使得目标物体位于第一夹角区域502和第二夹角区域504相交处之更远离光发射模组的位置。例如，如设计需求组合视场角40为120°，则独立视场角325应当大于等于60°，则倾斜角108应小于等于30°。

一种实施例中，请参考图1，发射模块30包括基板31、光源32和匀光件33。基板31设置在第一斜面103或第二斜面104。基板31设光源腔313，光源32设置在光源腔313内。匀光件33设置在基板31上，且覆盖光源腔313。光源32发光，光线经匀光件33的导光和匀光后出射到目标物体上，可用于实现深度成像。

进一步的，匀光件33包括相对的入光面331和出光面332，入光面331与光源32相对，光源32发射的光线经入光面331进入匀光件33，光线从出光面332出射。

请参考图1、图3至图6，出光面332设有包括多个微透镜335的透镜阵列，透镜阵列采用MLA(Micro lens Array Optics Films，微透镜阵列)方案，透镜阵列包括上百颗微透镜，用于改变光线出射的角度，以得到前述的第二出射角325。其中，透镜阵列可以为现有技术中的DOE(Diffractive Optical Elements，衍射光学组件)或ROE(Refractive OpticalElements，折射光学组件)的结构，也可以为其他结构。

本申请人发现，现有光发射模组投射的光线由于距离不同以及散射情况的差异，即使均匀投射的光，到光接收模组也无法接收到均匀的光线(边缘较弱)，所以需要针对边缘照度进行加强来补偿，最终使得接收端接收的照度均匀。一种实施例中，请参考图3至图6，微透镜335背向入光面332的外表面为非球面。外表面的顶点338与过微透镜335的几何中心且垂直于出光面332的直线339相互错开。在沿两个发射模块30的连线的方向上，外表面在顶点338两侧的弧度不同以形成非对称结构。结合图1、图2和图6，可使得垂直于出光面332的光轴B两侧的光线非对称分布，即使得出射的光线发生偏转。外表面的非对称结构使得两个发射模块30发出的光线在相互远离的一侧的照度更强，在相互靠近的一侧照度更弱，即能使得边缘照度增强，从而可以使得光发射模组形成均匀的光场，光接收模组接收的目标物体反射的光线的中心和边缘的照度均匀。当顶点338位于靠近另一个发射模块30的一侧时，更利于使得两个发射模块30的光线交叉；当顶点338位于远离另一个发射模块30的一侧时，能扩大光发射模组的整体的视场角40。应当理解，外表面的非球面一般而言顶点338是一个点，例外情况是顶点338是位于外表面远离入光面332最远端的一条直线上。本实施例是为了使得微透镜335上出射的光线为非对称分布，在此构思下，外表面的非球面的具体形状、顶点两侧的具体弧度和光线在外表面的具体分布均可以有多种变异，在此不过多的进行限定。

一种实施例中，请参考图4和图5，在入光面331建立第一坐标轴X和第二坐标轴Y，垂直入光面331建立第三坐标轴Z，第一坐标轴X、第二坐标轴Y和第三坐标轴Z相交且互相垂直。外表面任意一点为特征点，特征点在第三坐标轴Z的坐标与特征点在第一坐标轴X的坐标的不小于4的幂次和特征点在第二坐标轴Y的坐标的不小于4的幂次相关。

以一种微透镜为例，微透镜335在入光面331的正投影的长度×宽度的尺寸为100um x 100um，且外表面的顶点338相对出光面332突出的高度为42um，且外表面在顶点处关于第一坐标轴X对称，顶点338处的曲率为2.2，则外表面的特征点的在第三坐标轴Z的坐标z和第一坐标轴X的坐标x及第二坐标轴Y的坐标y的关系可用下述多项式方程描述：

z＝-0.24x+11.15x^2+0.24y^2+32.2x^3-15.5x^4+10.5x^2y^2-2.8y^4

上述方程中，由于外表面关于第一坐标轴X对称，因此，y的奇次项幂次的系数固定为0。一般而言，微透镜335在入光面331的正投影除了矩形(特殊情况为正方形)外，还可以为六边形、圆形，当为圆形时，圆形的直径范围为20um-100um，外表面的顶点338相对出光面332突出的高度小于50um，顶点的曲率小于10。特征点的坐标的幂次数根据需要，还可以为5、6、7、8等。

一种实施例中，请参考图5，外表面的顶点338相对出光面332突出的高度(即矢高)为第一高度337，外表面在入光面331的正投影为圆形，圆形的直径为第一直径，第一高度337与第一直径的比值范围为0.4～1.2，优选为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2。如此，可使得外表面的弧度合理，使得光线出射时，能够折射出射，避免全反射而使得光线不能出射。入光面331到出光面332的垂直距离为第二高度336，第一高度337和第二高度336之和构成匀光件33的整体厚度。

一种实施例中，请参考图1，基板31包括相对的第二底面311和第二顶面312，第二底面311与第一斜面103或第二斜面104连接。光源腔313开设在第二顶面312，光源腔313的底壁为底壁面314，光源32设置在底壁面314。匀光件33设置在第二顶面312。

基板31的材质可为陶瓷。在底壁面314上还可设置导电块，该导电块与光源32之间通过银胶连接固定，并实现电连接，底壁面314与第二底面311之间设有贯穿的连接引线，连接引线可为金线或银线。连接引线与电路板20连接，或者连接引线与第一斜面103或第二斜面104的电路连接，使得光源32电性导通。

一种实施例中，光源腔313包括连通的第一腔室和第二腔室，底壁面314设置在第一腔室，第二腔室与第二顶面312连接，第二腔室的尺寸大于第一腔室的尺寸，以在第一腔室的侧壁形成台阶315，匀光件33设置在台阶315上。通过第一腔室和第二腔室的设计而形成台阶315，并将匀光件33设置在台阶315上，可降低发射模块30的整体厚度，利于结构的紧凑化，便于安装到内部空间局促的电子设备中。

请参考图5和图6，一种实施例中，多束不同角度的光线入射进入匀光件33时，光线在入光面331发生一次折射，在微透镜335的外表面处再发生一次折射，从而使得从外表面出射的光线为多束平行的光线。通过包含多个微透镜335的透镜阵列结构对不同角度的光线的折射作用，能够实现出射满足第二出射角325(参考图1)的光线，且每个微透镜出射的光线大约平行。使得照射到目标物体上的光线均匀，便于后续光线的接收和分析计算深度信息。

请参考图1和图7，采用本发明一种实施例的光发射模组，光线透过匀光件33后的发光强度分布中，在水平方向(H-deg)，强度分布在左侧最强，向右侧慢慢递减，在左侧32°附近强度分布达到峰值。在上下的垂直方向上(V-deg)，强度分布相对均匀，且在±4°处收敛至零，能满足大角度出射的光强的需求，避免中心区域光强过强而边缘区域过弱，使得边缘区域的光线照射到目标物体上的光线能够反射的量增加，能够补偿光接收模组的相对照度，提升后续光线的接收的效率，使得目标物体的深度信息包括更大的范围。

请参考图8，采用本发明一种实施例的光发射模组的单个发射模块发射光线，并经目标物体反射后，在光接收模组中得到的照度分布中，水平H方向在-32°处的照度值，约为+32°处照度值的两倍，将两个发射模块的边缘区域对于光发射模组的中心轴拼接在一起，则形成一均匀的光场，可用于克服原本广角发射接收模组在大角度边缘照度较低的问题。

一种实施例中，在使用本发明实施例提供的光发射模组时，两个发射模块同时启用，则在两个发射模块的光线交叉的区域，相当于对目标物体发射了两次光线，提高了采样频率，可提升目标物体的深度信息的精确性。另一种实施例中，两个发射模块间隔启用，则在相同的驱动电功率条件下，探测距离较单发射模块方案提升近50％。

一种实施例中，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括光接收模组和本发明实施例提供的光发射模组，光发射模组发射光线至目标物体，光接收模组接收目标物体反射的光线。该电子设备可以为智能手机、平板电脑、智能手表、个人移动助理(PDA)等。采用本发明实施例的光发射模组，可增大光发射模组的视场角，能将更大范围的光线照射到目标物体上，再经光接收模组接收光线，可用于实现广角的深度成像。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种光发射模组，其特征在于，包括基座和两个发射模块，所述基座包括第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面镜像对称，且所述第一斜面和所述第二斜面的延伸方向交叉，两个所述发射模块分别设置在所述第一斜面和所述第二斜面上，两个所述发射模块发射的光线在相互靠近的一侧形成部分交叉。

2.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述基座还包括相对的第一底面和第一顶面，与所述第一底面连接且相对的第一侧面和第二侧面，所述第一斜面连接所述第一顶面和所述第一侧面，所述第二斜面连接所述第一顶面和所述第二侧面；在两个所述发射模块的连线的方向上，每个所述发射模块具有独立视场角，两个所述发射模块使所述光发射模组形成组合视场角；所述第一斜面与所述第一侧面连接形成第一交线，所述第二斜面与所述第二侧面连接形成第二交线，所述第一交线和所述第二交线连接形成参考面，所述第一斜面与所述参考面的夹角为倾斜角，所述倾斜角小于等于所述独立视场角的一半。

3.如权利要求1或2所述的光发射模组，其特征在于，所述发射模块包括基板、光源和匀光件，所述基板设置在所述第一斜面或所述第二斜面，所述基板设光源腔，所述光源设置在所述光源腔内，所述匀光件设置在所述基板上，且覆盖所述光源腔。

4.如权利要求3所述的光发射模组，其特征在于，所述匀光件包括入光面和出光面，所述入光面与所述光源相对，所述光源发射的光线经所述入光面进入所述匀光件，所述光线从所述出光面出射；所述出光面设有包括多个微透镜的透镜阵列，所述透镜阵列用于改变所述光线出射的角度。

5.如权利要求4所述的光发射模组，其特征在于，所述微透镜背向所述入光面的外表面为非球面，所述外表面的顶点与过所述微透镜的几何中心且垂直于所述出光面的直线相互错开，在沿两个所述发射模块的连线的方向上，所述外表面在所述顶点两侧的弧度不同以形成非对称结构。

6.如权利要求5所述的光发射模组，其特征在于，两个所述发射模块中所述匀光件对应的微透镜的非对称结构相同且呈镜像对称设置；其中，所述非对称结构用于使对应发射模块投射的光线的光照强度沿远离另一发射模块的方向逐渐增强。

7.如权利要求5所述的光发射模组，其特征在于，在所述入光面建立第一坐标轴和第二坐标轴，垂直所述入光面建立第三坐标轴，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴相交且互相垂直；所述外表面任意一点为特征点，所述特征点在所述第三坐标轴的坐标与所述特征点在所述第一坐标轴的坐标的不小于4的幂次和所述特征点在所述第二坐标轴的坐标的不小于4的幂次相关。

8.如权利要求5所述的光发射模组，其特征在于，所述外表面的顶点相对所述出光面突出的高度为第一高度，所述外表面在所述入光面的正投影为圆形，圆形的直径为第一直径，所述第一高度与所述第一直径的比值范围为0.4～1.2。

9.如权利要求3所述的光发射模组，其特征在于，所述基板包括相对的第二底面和第二顶面，所述第二底面与所述第一斜面或所述第二斜面连接，所述光源腔开设在所述第二顶面，所述光源腔的底壁为底壁面，所述光源设置在所述底壁面，所述匀光件设置在所述第二顶面。

10.如权利要求9所述的光发射模组，其特征在于，所述光源腔包括连通的第一腔室和第二腔室，所述底壁面设置在所述第一腔室，所述第二腔室与所述第二顶面连接，所述第二腔室的尺寸大于所述第一腔室的尺寸，以在所述第一腔室与第二腔室之间形成台阶，所述匀光件设置在所述台阶上。

11.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，所述光发射模组还包括两块电路板，两块所述电路板分别设置在所述第一斜面和所述第二斜面上，所述发射模块设置在所述电路板上。

12.一种电子设备，其特征在于，包括光接收模组和如权利要求1至11任一项所述的光发射模组，所述光发射模组发射光线至目标物体，所述光接收模组接收所述目标物体反射的光线。

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