CN113113836A - 光学传感器、电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了光学传感器、电子设备。光学传感器包括阵列排布的多个光源，第一透镜，及第二透镜。阵列排布的多个光源用于发出点阵光线。第一透镜设于光源的一侧，且第一透镜的光焦度可调。第二透镜与第一透镜沿远离光源的方向层叠设置，以使点阵光线经过第一透镜与第二透镜后可在散斑光与泛光之间切换。通过第二透镜来承担主要的光焦度，并通过第一透镜光焦度可调的性质来使点阵光线经过第一透镜与第二透镜后可在散斑光与泛光之间切换，提高光学传感器的综合性能。相比于相关技术，不需要两个发射端，简化了光学传感器的结构。并且也不需要马达，更不需要为透镜预留过多的移动空间，从而减小了光学传感器的体积，降低成本。

Description

光学传感器、电子设备

技术领域

本申请属于光学传感器技术领域，具体涉及光学传感器、电子设备。

背景技术

3D光学传感器因此可提供深度信息，现广泛应用于各行各业中。目前的3D传感主流技术主要包括结构光测距和基于光飞行时间的测距(TOF)。其中，TOF技术发出的点阵光线通常包括散斑或者泛光两种方案，每种方案均具有其各自的优点和缺点，因此现在急需一种具有优异综合性能的光学传感器。

发明内容

鉴于此，本申请第一方面提供了一种光学传感器，包括：

阵列排布的多个光源，用于发出点阵光线；

第一透镜，设于所述光源的一侧，且所述第一透镜的光焦度可调；以及

第二透镜，与所述第一透镜沿远离所述光源的方向层叠设置，以使所述点阵光线经过所述第一透镜与所述第二透镜后可在散斑光与泛光之间切换。

本申请第一方面提供的光学传感器，通过第二透镜来承担主要的光焦度，并通过第一透镜光焦度可调的性质来使点阵光线经过所述第一透镜与所述第二透镜后发射出散斑光或泛光并可在散斑光与泛光之间切换，从而同时具有散斑光与泛光的优点，提高光学传感器的综合性能。相比于相关技术，不需要两个发射端，简化了光学传感器的结构。并且也不需要马达，更不需要为透镜预留过多的移动空间，从而减小了光学传感器的体积，降低成本。

本申请第二方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器、及如本申请第一方面提供的光学传感器，所述处理器电连接所述第一透镜，所述处理器用于调节施加在所述第一透镜上的电压，以调节所述光焦度。

本申请第二方面提供的电子设备，通过采用本申请第一方面提供的光学传感器，可同时具有散斑光与泛光的优点，提高光学传感器的综合性能。相比于相关技术，不需要两个发射端，简化了光学传感器的结构。并且也不需要马达，更不需要为透镜预留过多的移动空间，从而减小了光学传感器的体积，节省了装配空间，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施方式中光学传感器发出散斑光的结构示意图。

图2为本申请一实施方式中光学传感器发出泛光的结构示意图。

图3为本申请一实施方式中光源的示意图。

图4为本申请一实施方式中第一透镜与光源的结构示意图。

图5为本申请一实施方式中光电传感器光线传输的示意图。

图6为本申请另一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图7为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图8为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图9为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图10为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图11为本申请一实施方式中第二透镜包括超透镜的结构示意图。

图12为本申请一实施方式中第二透镜包括衍射透镜的结构示意图。

图13为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图14为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。

图15为本申请一实施方式中电子设备的部分结构示意图。

标号说明：

光学传感器-1，电子设备-2，光源-10，第一透镜-20，第一子透镜-200，第一表面-21，第二表面-22，衬底-23，透明弹性件-24，光学膜层-25，压电陶瓷-26，第二透镜-30，第二子透镜-300，折射透镜-31，超透镜-32，衍射透镜-33，凸出部-34，凹陷部-35，衍射光学元件-40，接收器-50，处理器-60。

具体实施方式

以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

在介绍本申请的技术方案之前，再详细介绍下相关技术中的技术问题。

3D光学传感器可提供深度信息，可作为一种新型的获取外界信息的媒介，有利于推动机器视觉的发展，实现机器人理解外部世界，同时也推动了人机交互的发展，使手机、汽车、AR/VR、游戏、医疗、军事、导航、科研等众多领域的可拓展性越来越高。目前3D传感主流技术主要包括结构光编码测距和基于光飞行时间的3D光学(Time of flight for 3Doptics，TOF)测距。

其中，结构光编码测距主要基于三角定位原理测距，精度高，距离近，但成本高，并且随着距离的增加，测距精度会急剧下降。TOF是通过向目标物体发射光源，然后用传感器接收反射光线，测量光在镜头和物体间的传输时间，通过光飞行时间差来计算被测物体离相机的距离。该技术抗干扰性强、FPS刷新率更高，深度信息计算量小，算法要求低，成本低，逐步在嵌入式设备，特别是智能手机、信息家电中得到应用和推广。因此TOF方案未来有着更广阔的应用市场。例如，目前已经有多款手机搭载了TOF摄像头，并且随着3D应用的逐渐拓展，TOF摄像头渗透率将进一步提升。

目前，典型的TOF结构包括发射端(Tx)和接收端(Rx)。发射端的光源(例如垂直墙面激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL))发出的光线后经过各种部件件(例如准直镜、衍射复制光学元件(Diffractive OpticalElements，DOE)、均光元件(Diffuser))之后可以散斑形式或者泛光形式投影在观察物体上，散斑光或者泛光的漫反射光经接收端达到传感器完成信号的收集，最终得到观察物体的深度信息。其中泛光方案的横向分辨率高，适用暗光环境。并且在近距离范围内可计算得到细节丰富的深度点云信息；但随着照射距离的变远，照射光的能量急剧下降，易受环境光的影响，导致无法探测远距离物体的深度信息；并且模组功耗较高，传感器的信噪比较低。散斑方案照射方式的能量密度更高，可以投射到更远的距离，可得到远距离物体的点云信息，但由于散斑点数量有限，对应得到的点云比较稀疏，缺少目标物体的点云细节。

综上，现在正在研发一种可兼容散斑和泛光两种方案的3D光学传感器，解决功耗较高、工作距离不够远，低反射率及镜面反射等表面存在信息缺失等问题，提高光学传感器的综合性能。通常有两种方案：第一种方案，直接采用两个发射端，一个散斑发射端，一个泛光发射端，通过组合完成散斑与泛光的切换。但这种结构的体积大，成本高，组装复杂，这样做无疑会使模组变的复杂，给整体模组体积造成负担，也会导致成本增加。第二种方案，在一个发射端中完成散斑和泛光功能的切换。例如采用多个镜片，随后通过移动镜片来调节光源与各个镜片之间的距离，进而达到离焦的目的，实现散斑和泛光的切换。但这种方案需要马达驱动，还需要给镜片留出移动的空间，因此这种方案的结构尺寸，并且还存在VCM额定行程、姿势差、磁滞问题，散斑模式下的散斑大小匹配有待解决等等。

因此，目前仍然缺少一种可以良好兼容散斑和泛光两种方案的光学传感器，并且具有优异的综合性能。

鉴于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种光学传感器。请一并参考图1-图3，图1为本申请一实施方式中光学传感器发出散斑光的结构示意图。图2为本申请一实施方式中光学传感器发出泛光的结构示意图。图3为本申请一实施方式中光源的示意图。本实施方式提供了一种光学传感器1，具体地，光学传感器1包括阵列排布的多个光源10、第一透镜20、以及第二透镜30。其中，阵列排布的多个光源10用于发出点阵光线。第一透镜20设于所述光源10的一侧，且所述第一透镜20的光焦度可调。第二透镜30与所述第一透镜20沿远离所述光源10的方向层叠设置，以使所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后可在散斑光与泛光之间切换。

本实施方式提供的光学传感器1主要应用于各种电子设备2中，将光学传感器1装设于电子设备2内，并在电子设备2的壳体上开孔，使其可以发射光线和接收光线，从而为电子设备2提供拍摄物体的深度、距离等信息。例如，本实施方式提供的光学传感器1应用到手机上时有自动打开与关闭屏幕、防止一些误操作的功能。当用户的脸靠近手机屏幕时，根据光学传感器1获得的距离信息，屏幕会自动关闭；而当用户的脸远离手机屏幕的时候，屏幕会自动点亮。此外，手机放在口袋中的时候，光学传感器1还可以防止手机被无意唤醒。可选地，本实施方式以光学传感器1为TOF进行示意。

光学传感器1通常包括发射端与接收端，在本实施方式中主要讨论发射端的相关结构。本实施方式提供的光学传感器1包括阵列排布的多个光源10。其中，光源10数量为多个，且多个光源10呈阵列排布设置，即任意相邻的两个光源10之间间隔设置。每个光源10均可独自发出光线，这样阵列排布的多个光源10便可发出点阵光线，即本实施方式光学传感器1发射端发出的光线为散斑光线。可选地，光源10发出的光线为红外光线，其波长大于760nm。进一步可选地，阵列排布的多个光源10为垂直墙面激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)。

本实施方式提供的传感器包括第一透镜20，第一透镜20设于光源10的一侧，这样光源10发出的光线便可通过第一透镜20。并且本实施方式中第一透镜20的光焦度可调，意味着第一透镜20的光焦度并不是固定不变的，而是可以发生变化的。也可以理解为，第一透镜20为光焦度可调的透镜。但至于如何变化，如何控制第一透镜20的光焦度进行变化，本实施例在此不进行限定。

本实施方式提供的传感器还包括第二透镜30，第二透镜30与第一透镜20均设于所述光源10的同一侧，且第二透镜30与第一透镜20层叠设置，即第二透镜30与所述第一透镜20沿远离所述光源10的方向层叠设置。也可以理解为，光源10，第一透镜20，第二透镜30三者沿同一方向排列设置，但至于第一透镜20与第二透镜30具体的位置关系，本实施方式在此不进行限定。最终光源10发出的光线不仅会经过第一透镜20，还会经过第二透镜30。

并且，所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后可发射出散斑光或泛光，并在散斑光与泛光之间切换。这是通过第一透镜20的光焦度可调来实现的。具体原理如下：由于阵列排布的多个光源10可发出点阵光线，即散斑光线，因此当光焦度在第一预设范围内时，散斑光线在通过第一透镜20与第二透镜30时，其阵列排布的光源10在焦面上，因此射出的光线仍然为散斑光线。当光焦度发生变化时，例如第一光焦度在第二预设范围内时，此时阵列排布的光源10并未在焦面上，透射光板会发生弥散，并且任意相邻的两个光点在弥散后能相互覆盖，也就是说每个光点的大小都变大，当点的密度足够高时，所有点失焦后就会连成一片，进而变成光强连续分布的光输出，就可以实现泛光模式。当照射到物体上是泛光模式时具有光线横向分辨率高，适用暗环境等优点，当是散斑光模式时具有功耗低，信噪比高，工作距离长等优点。

但是需要注意的是，当所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出散斑光时，如果所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出的散斑光大小不满足接收端的要求，使接收端接收不到该光线或者接收效果不好。本实施方式通过增设第二透镜30克服以上问题，第二透镜30也具有光焦度。这里需要注意的是，第一透镜20与第二透镜30均具有光焦度，为了方便描述，在接下来的描述中，将第一透镜20的光焦度称之为第一光焦度，将第二透镜30的光焦度称之为第二光焦度。这样利用第二透镜30来承担主要的光焦度，即采用第二光焦度来弥补缺少的光焦度，也可以理解为第一光焦度是在第二光焦度的基础上对第二光焦度进行修正，从而使所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出的散斑光的大小符合接收端的要求。

另外，本实施方式仅强调了第一透镜20与第二透镜30是层叠设置的，至于第一透镜20是连接第二透镜30，还是第一透镜20与第二透镜30间隔设置，本实施方式在此并不进行限定，可根据实际情况进行调整。

综上，本实施方式通过第二透镜30来承担主要的光焦度，并通过第一透镜20光焦度可调的性质来使点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后可在散斑光与泛光之间切换，从而同时具有散斑光与泛光的优点，提高光学传感器1的综合性能。相比于相关技术，本实施方式不需要两个发射端，简化了光学传感器1的结构。并且也不需要马达，更不需要为透镜预留过多的移动空间，从而减小了光学传感器1的体积，降低成本。

请再次参考图1-图3，本实施方式中，所述第一透镜20具有相背设置的第一表面21及第二表面22，所述第一表面21相较于所述第二表面22远离所述光源10；所述第一表面21的曲率可调，以使所述第一透镜20的光焦度可调。

从上述内容可知，第一透镜20的光焦度可调，在本实施方式提供了一种具体的实现方式。例如，可使第一表面21的曲率可调，从而产生不同的折射率，从而改变点阵光线的聚焦点。也可以理解为，弯曲程度的不同导致对汇聚点阵光线的能力不一样，最终以使所述第一透镜20的光焦度可调。

另外，所述第一透镜20具有相背设置的第一表面21及第二表面22，所述第一表面21相较于所述第二表面22远离所述光源10。本实施方式使所述第一表面21的曲率可调，即使第一透镜20远离光源10的表面曲率可调，这样可避免当第一表面21曲率增加，即第一表面21变凸起时，凸起的部分会抵接到光源10，从而影响光线的传播，提高光线的质量。

请再次参考图1-图3，本实施方式中，所述光学传感器1具有散斑模式与泛光模式，当所述光学传感器1为所述泛光模式时，所述第一表面21的曲率为0；当所述光学传感器1为所述散斑模式时，所述第一表面21的曲率大于0。

从上述内容可知，可以第一透镜20的第一表面21曲率可调，从而改变第一透镜20的光焦度，进而使点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出散斑光或泛光。因此光学传感器1具有散斑模式和泛光模式。在本实施方式中，当所述光学传感器1为所述泛光模式时，所述第一表面21的曲率为0，即第一表面21为平面。因此当第一透镜20的第一表面21为平面时，可对光线进行离散从而形成泛光。当所述光学传感器1为所述散斑模式时，所述第一表面21的曲率大于0。即当第一表面21为弧形凸起时，可使光线继续形成散斑光。但至于第一表面21的曲率到底达到多少时才能形成散斑光，本申请将在后文进行介绍。

请一并参考图4，图4为本申请一实施方式中第一透镜与光源的结构示意图。本实施方式中，所述第一透镜20包括衬底23。透明弹性件24，设于所述衬底23背离所述光源10的一侧。光学膜层25，设于所述透明弹性件24背离所述衬底23的一侧。压电陶瓷26，设于所述光学膜层25背离所述衬底23的一侧，所述压电陶瓷26电连接处理器60，并在所述处理器60的控制下，通过调节电压的大小从而调节所述透明弹性件24背离所述衬底23一侧表面的曲率。

在本实施方式中，第一透镜20可以为可调透镜(Tunable lens，T lens)模块，或者也可以称之为自动对焦执行器：TLens(Tuneable Lens)。具体地，第一透镜20包括靠近光源10的衬底23，衬底23用于承载其他部件。透明弹性件24设于衬底23背离所述光源10的一侧。透明弹性件24具有透光性且具有一定的弹性。光学膜层25设于所述透明弹性件24背离所述衬底23的一侧，光学膜层25是用于放置其他结构件的。压电陶瓷26，设于所述光学膜层25背离所述衬底23的一侧。光学膜层25用于在透明弹性件24上设置压电陶瓷26。可选地，压电陶瓷26在衬底23上的正投影与透明弹性件24在衬底23上的正投影之间具有间距，因此压电陶瓷26通过光学膜层25可不透明弹性件24。

并且，压电陶瓷26电连接处理器60，并在处理器60的控制下，通过调节压电陶瓷26的电压的大小，从而影响透明弹性件24背离所述衬底23一侧表面的曲率，最终改变透明弹性件24背离衬底23一侧表面的曲率，从而改变第一透镜20的光焦度，以使所述点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出散斑光或泛光。但至于电压与曲率的关系，本实施例在此并不进行限定。例如当电压增加时曲率增加，电压降低时曲率降低；或者，当电压增加时曲率降低，电压降低时曲率增加，具体地可调节范围由施加电压决定。其中，透明弹性件24背离所述衬底23的一侧表面就可以理解为上述所提及的第一表面21。

可选地，衬底23包括但不限于支撑玻璃，透明弹性件24包括但不限于硅胶，光学膜层25包括但不限于玻璃薄膜，

另外，在本实施方式中，所述光学传感器1具有第一离散角，所述第一透镜20具有第二离散角，所述第二离散角大于或等于所述第一离散角，以使所述点阵光线经过所述第二透镜30与所述第一透镜20后可在所述散斑光与所述泛光之间切换。

从上述内容可知，当第一表面21的曲率降低，即趋近于平面状态时，光线在经过第一透镜20与第二透镜30后会发生离散，从而使光点弥散成圆，当相邻的两个弥散圆相接触时，散斑光就会变成泛光。因此光学传感器1具有第一离散角，第一离散角即为想要使相邻的两个光点形成弥散圆并相接触时所需要的离散角的大小。而第二离散角代表第一透镜20可提供的离散角度，由于第一透镜20的离散角度是可以变化的，因此本实施方式需要使所述第二离散角大于或等于所述第一离散角，即第二离散角不小于第一离散角，这样才能保证通过第一透镜20的控制来使点阵光线经过所述第二透镜30与所述第一透镜20后可在所述散斑光与所述泛光之间切换。

具体地，请一并参考图5，图5为本申请一实施方式中光电传感器光线传输的示意图。本实施方式中，所述第一离散角为θ₁＝arctan(a/f′)；其中，θ₁代表第一离散角，a代表任意相邻的两个所述光源10之间的间距(如图3中L1，L2，L3所示的距离)，f′代表所述泛光模式时的焦距。本实施方式可通过间距a以及泛光模式时的焦距f′来计算得到第一离散角的大小。

另外，所述泛光模式时的焦距为f′＝(1+2a/φ)f；其中，φ代表通光半径，f代表所述散斑光模式时的焦距。其中泛光模式时的焦距f′与散斑光模式时的焦距f具有一定的关系，可以通过间距a、通光半径φ，散斑光模式时的焦距f来替换泛光模式时的焦距f′。其中通光半径指的是光源10在发出光线时通过第一透镜20的区域的尺寸大小。

请再次参考图5，本实施方式中，所述第二离散角为

其中，θ₂代表第二离散角，φ代表通光半径，

代表光焦度。在本实施方式中，第二离散角可通过通光半径φ，光焦度

计算得到。这样第二离散角不小于第一离散角便可转换为

显然地，能不能实现散斑到泛光的切换，要看第一透镜20允许的光焦度和光源10的间隙。因此光焦度的变化便可影响其他参数的变化。从而通过调节光焦度来使第二离散角大于或等于第一离散角。

换句话说，如图5所示，本申请可先从散斑光模式出发，选用1片第一透镜20与1片第二透镜30，利用第一透镜20的最大光焦度参数参与光学设计，一般散斑光模式时的焦距在1-4mm之间，可得到满足要求的设计。此时该光学系统和传统折射透镜31模组一样，能很好地实现散斑透射功能。

当电压减小时，第一透镜20的光焦度逐渐减小，直到成为平板结构。此时，光源10并未在焦面上，投射光斑会发生弥散，如果投射光斑在该离散角度下能相互覆盖，就可以实现泛光模式。显然地，在T-lens允许的条件下，想要从散斑切换到泛光，对光源10的大小和间隙有一定的限制。下面具体来说：

如图5所示，散斑模式下的焦距为f，泛光模式下的焦距为f＇。考虑这种情况，在泛光模式下，某一视场角的光线经过光源10面与光轴的交点，达到此时的焦面上，像高为a(即任意相邻的两个光源10之间的间距)。那么，光源10面与光轴的交点所发出的光经过系统投射后会从一个点弥散成圆，见图5最左边。其中黑色点代表散斑点点，黑色圆圈代表弥散的范围。当光源10点的弥散范围扩展到相邻光源10点的投射位置时，整个投射光斑会弥散成泛光模式。

另外，本申请还提供了效果实施例：目前第一透镜20的规格为通光口径为1.9mm，最大光焦度为15m^-1，因此通过上述公式可以得到第一透镜20允许的离散角为0.82°，使用最大的间距a约为37.15微米。另外，由于上述公式并未考虑到光源10点本身并不是一个真的点，它实际上是具有一定尺寸的小圆，也具有一定的半径，一般在8-20微米，因此使用的间距a可以更大，约45-57微米。现在常用的阵列光源10点阵中相邻的两个光源10的间距一般为10-30微米，因此采用申请人的第一透镜20和光源10便可实现点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出散斑光或泛光，满足本申请的方案设计。

上述内容介绍了光学传感器1的原理以及具体的公式，接下来本申请将介绍几种光学传感器1的具体排列方式。

请再次参考图1与图2，本实施方式中，所述第二透镜30相较于所述第一透镜20靠近所述光源10；或者，所述第二透镜30相较于所述第一透镜20远离所述光源10。

从上述内容可知，光源10、第一透镜20、第二透镜30沿同一方向排列排列设置。在本实施方式中，所述第二透镜30相较于所述第一透镜20靠近所述光源10；或者，所述第二透镜30相较于所述第一透镜20远离所述光源10。即无论哪一个更靠近光源10都是可以的。但每种方案均具有各自的优点。由于后续需要将光学传感器1装配壳体上，并在壳体上开设通孔。因此，当所述第二透镜30相较于所述第一透镜20靠近所述光源10时，此时第一透镜20更靠近壳体，从而可降低装配难度，但由于第一透镜20具有上述提及的结构特征，因此上述结构特征会增加通孔的尺寸。当所述第二透镜30相较于所述第一透镜20远离所述光源10时，此时第二透镜30靠近壳体，因此可降低通孔的尺寸。

请一并参考图6，图6为本申请另一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述第二透镜30包括层叠设置的多个第二子透镜300，所述多个第二子透镜300沿远离所述光源10的方向层叠设置。

在本实施方式中，第二透镜30可包括多个第二子透镜300，并且多个第二子透镜300沿远离所述光源10的方向层叠设置，使光源10，第一透镜20，第二透镜30沿光的传播排列设置。本实施方式通过设置多个第二子透镜300，可提供更多的光焦度，从而降低每个第二子透镜300所需的光焦度。另外，多个第二子透镜300与第一透镜20也可像上述实施方式一样，第一透镜20相对更靠近光源10，或者多个第二子透镜300更靠近光源10。本实施方式以多个第二子透镜300更靠近光源10进行示意。

请一并参考图7，图7为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述第一透镜20设于任意相邻的两个所述第二子透镜300之间。

在本实施方式中，第一透镜20和第二子透镜300还具有第三种排列方式，即所述第一透镜20可设于任意相邻的两个所述第二子透镜300之间。这样在提供更多光焦度的基础上，可降低装配难度，降低壳体上的开孔大小。至于当第二子透镜300的数量大于2个时，第一透镜20到底设在哪两个第二子透镜300之间，本实施方式在此并不进行限定。

请一并参考图8，图8为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述第一透镜20包括层叠设置的多个第一子透镜200，所述多个第一子透镜200沿远离所述光源10的方向层叠设置。

在本实施方式中，所述第一透镜20包括层叠设置的多个第一子透镜200，并且所述多个第一子透镜200沿远离所述光源10的方向层叠设置，使光源10，第一透镜20，第二透镜30沿光的传播排列设置。本实施方式通过设置多个第一子透镜200，可增加第一透镜20的最大光焦度，使其第二离散角更大，即光点弥散的圆更大，更易使第二离散角大于或等于第一离散角。另外，多个第一子透镜200与第二透镜30也可像上述实施方式一样，多个第一子透镜200相对更靠近光源10，或者第二透镜30更靠近光源10。本实施方式以第二透镜30更靠近光源10进行示意。

请一并参考图9，图9为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述第二透镜30设于任意相邻的两个所述第一子透镜200之间。

在本实施方式中，第一子透镜200和第二透镜30还具有第三种排列方式，即所述第二透镜30设于任意相邻的两个所述第一子透镜200之间。这样在提供更多离散角的基础上，降低装配难度。

请一并参考图10，图10为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述光学传感器1还包括衍射光学元件40，所述衍射光学元件40相较于所述第二透镜30与所述第一透镜20远离所述光源10。

在本实施方式中，光学传感器1除了上述结构件之外，还可增设衍射光学元件40(Diffractive Optical Elements，DOE)。其中，衍射光学元件40相较于所述第二透镜30与所述第一透镜20远离所述光源10。即衍射光学元件40与光源10的距离最远，光线在传播过程中，会先经过第一透镜20与第二透镜30，最终才经过衍射光学元件40。另外，衍射光学元件40的作用是将经过第一透镜20与第二透镜30的光线进行复制。例如，当点阵光线经过所述第一透镜20与所述第二透镜30后发射出10个散斑光线，这10个散斑光线在经过衍射光学元件40后可形成100个散光光线照射到物体上，增加了光线的数量。

请一并参考图1，图11-图12。图11为本申请一实施方式中第二透镜包括超透镜的结构示意图。图12为本申请一实施方式中第二透镜包括衍射透镜的结构示意图。本实施方式中，所述第二透光镜包括折射透镜31、衍射透镜33、及超透镜32中的至少一种。

在本实施方式中，第二传感器可以为折射透镜31与衍射透镜33中的至少一种。衍射透镜33包括衍射透镜33与超透镜32。其中，折射透镜31利用的是光的折射原理从而提供光焦度。衍射透镜33是通过改变光的相位来提供光焦度。其中在折射透镜31(如图1所示)、衍射透镜33(如图12所示)、及超透镜32(如图11所示)。其中超透镜32(也叫平板透镜)能较大程度的减小投影模组的体积，例如折射透镜31的厚度一般在微米级，而超透镜32的厚度一般在纳米级。另一方面，超透镜32的设计自由度多，光学性能上可以更加优秀，具有很大的潜在优势。

请一并参考图13，图13为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述第二透镜30背离所述光源10的一端包括多个凸出部34与多个凹陷部35。

在本实施方式中，所述第二透镜30背离所述光源10的一侧表面并不是均以的弧形凸起，而是包括多个凸出部34与多个凹陷部35。多个凸出部34与多个凹陷部35可使所述第二透镜30背离所述光源10的一侧表面形成凹凸不平的表面，从而减小光源10能量的损失，提高光学传感器1的稳定性。

请再次参考图13，本实施方式中，任意相邻的两个所述凸出部34之间夹设有所述凹陷部35。

在本实施方式，可使任意相邻的两个所述凸出部34之间夹设有所述凹陷部35，即凸起部与凹陷部35依次排列设置，可使第二透镜30背离所述光源10的一侧表面的形状更加均匀，提高了光学传感器1的均匀性。

可选地，在本实施方式中，所述凸出部34与所述凹陷部35背离所述光源10的表面的形状为弧形，且所述凸出部34与所述凹陷部35背离所述光源10的表面光滑连接。

在本实施方式中，所述凸出部34与所述凹陷部35背离所述光源10的表面的形状为弧形，且所述凸出部34与所述凹陷部35背离所述光源10的表面光滑连接。也可以理解为，第二透镜30背离所述光源10的一侧表面的形状为波浪形。

请一并参考图14，图14为本申请又一实施方式中光学传感器的结构示意图。本实施方式中，所述光学传感器1还包括接收器50，用于接收所述散斑光或所述泛光。

上述内容详细地从各个方面介绍了光学传感器1关于发射器的相关结构，光学传感器1除了包括发射器外，还包括接收器50，接收器50可设于发射器的一侧，接收器50用于所述散斑光或所述泛光，并将光信息传输给处理器60，处理器60会通过该光信息计算得到物体的距离信息。

请一并参考图15，图15为本申请一实施方式中电子设备的部分结构示意图。本实施方式提供了一种电子设备2，所述电子设备2包括处理器60、及如本申请上述实施方式提供的光学传感器1，所述处理器60电连接所述第一透镜20，所述处理器60用于调节施加在所述第一透镜20上的电压，以调节所述光焦度。

本实施方式提供的电子设备2包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人计算机(Personal Computer，PC)、个人数字助理(Personal DigitalAssistant，PDA)、便携式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。可选地，本申请以电子设备2为手机进行示意说明。

本实施方式提供的电子设备2，通过采用本申请上述实施方式的光学传感器1，使所述处理器60电连接所述第一透镜20，具体地，处理器60电连接的是第一透镜20中的压电陶瓷26。所述处理器60用于调节施加在所述第一透镜20上的电压，从而调节第一透镜20表面的曲率，进而调节所述光焦度。因此本实施方式提供的电子设备2可同时具有散斑光与泛光的优点，提高光学传感器1的综合性能。相比于相关技术，不需要两个发射端，简化了光学传感器1的结构。并且也不需要马达，更不需要为透镜预留过多的移动空间，从而减小了光学传感器1的体积，节省了装配空间，降低成本。

以上对本申请实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本申请的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (20)

1.一种光学传感器，其特征在于，包括：

阵列排布的多个光源，用于发出点阵光线；

第一透镜，设于所述光源的一侧，且所述第一透镜的光焦度可调；以及

第二透镜，与所述第一透镜沿远离所述光源的方向层叠设置，以使所述点阵光线经过所述第一透镜与所述第二透镜后可在散斑光与泛光之间切换。

2.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第一透镜具有相背设置的第一表面及第二表面，所述第一表面相较于所述第二表面远离所述光源；所述第一表面的曲率可调，以使所述第一透镜的光焦度可调。

3.如权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述第一透镜包括：

衬底；

透明弹性件，设于所述衬底背离所述光源的一侧；

光学膜层，设于所述透明弹性件背离所述衬底的一侧；以及

压电陶瓷，设于所述光学膜层背离所述衬底的一侧，所述压电陶瓷电连接处理器，并在所述处理器的控制下，通过调节电压的大小从而调节所述透明弹性件背离所述衬底一侧表面的曲率。

4.如权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器具有散斑模式与泛光模式，当所述光学传感器为所述泛光模式时，所述第一表面的曲率为0；当所述光学传感器为所述散斑模式时，所述第一表面的曲率大于0。

5.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器具有第一离散角，所述第一透镜具有第二离散角，所述第二离散角大于或等于所述第一离散角，以使所述点阵光线经过所述第二透镜与所述第一透镜后可在所述散斑光与所述泛光之间切换。

6.如权利要求5所述的光学传感器，其特征在于，所述第一离散角为θ₁＝arctan(a/f′)；其中，θ₁代表第一离散角，a代表任意相邻的两个所述光源之间的间距，f′代表所述泛光模式时的焦距。

7.如权利要求6所述的光学传感器，其特征在于，所述泛光模式时的焦距为f′＝(1+2a/φ)f；其中，φ代表通光半径，f代表所述散斑光模式时的焦距。

8.如权利要求6所述的光学传感器，其特征在于，所述第二离散角为

其中，θ₂代表第二离散角，φ代表通光半径，

代表光焦度。

9.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第二透镜相较于所述第一透镜靠近所述光源；或者，所述第二透镜相较于所述第一透镜远离所述光源。

10.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第二透镜包括层叠设置的多个第二子透镜，所述多个第二子透镜沿远离所述光源的方向层叠设置。

11.如权利要求10所述的光学传感器，其特征在于，所述第一透镜设于任意相邻的两个所述第二子透镜之间。

12.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第一透镜包括层叠设置的多个第一子透镜，所述多个第一子透镜沿远离所述光源的方向层叠设置。

13.如权利要求12所述的光学传感器，其特征在于，所述第二透镜设于任意相邻的两个所述第一子透镜之间。

14.如权利要求1-13任一项所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器还包括衍射光学元件，所述衍射光学元件相较于所述第二透镜与所述第一透镜远离所述光源。

15.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第二透光镜包括折射透镜、衍射透镜、及超透镜中的至少一种。

16.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述第二透镜背离所述光源的一端包括多个凸出部与多个凹陷部。

17.如权利要求16所述的光学传感器，其特征在于，任意相邻的两个所述凸出部之间夹设有所述凹陷部。

18.如权利要求17所述的光学传感器，其特征在于，所述凸出部与所述凹陷部背离所述光源的表面的形状为弧形，且所述凸出部与所述凹陷部背离所述光源的表面光滑连接。

19.如权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述光学传感器还包括接收器，用于接收所述散斑光或所述泛光。

20.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器、及如权利要求1-19任一项所述的光学传感器，所述处理器电连接所述第一透镜，所述处理器用于调节施加在所述第一透镜上的电压，以调节所述光焦度。

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