CN114172023A - 集成的泛光和点照明器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，发射器模块可以包括发射器层，该发射器层包括被配置为产生提供泛光照明的第一光束的第一发射器阵列，以及被配置为产生提供点照明的第二光束的第二发射器阵列。发射器模块可以包括位于发射器层前面的第一光学层，该第一光学层包括位于第一发射器阵列前面的第一准直透镜和位于第二发射器阵列前面的第二准直透镜。发射器模块可以包括位于第一光学层前面的第二光学层，该第二光学层包括位于第一准直透镜前面的光学漫射器和位于第二准直透镜前面的分束器光栅。

Description

集成的泛光和点照明器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年9月11日提交的美国临时专利申请第62/706，816号的优先权，其标题为“紧凑型泛光和点投影光学系统(COMPACT FLOOD AND SPOT PROJECTOROPTICS)”。该在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用结合到本专利申请中。
技术领域
本公开总体上涉及三维(3D)感测以及集成的泛光和点照明器。
背景技术
垂直发射器件，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)，可以包括激光器和/或光发射器，除了其它示例，其中光束在垂直于衬底表面的方向上(例如，从半导体晶片的表面垂直地)发射。多个垂直发射器件可以布置在公共衬底(common substrate)上的一个或多个发射器阵列(例如，VCSEL阵列)中。
发明内容
在一些实施方式中，垂直腔面发射激光器(VCSEL)模块包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)层，该垂直腔面发射激光器层包括衬底、设置在衬底上并被配置为产生提供泛光照明(flood illumination)的第一光束的第一垂直腔面发射激光器阵列、以及设置在衬底上并被配置为产生提供点照明(spot illumination)的第二光束的第二垂直腔面发射激光器阵列；位于垂直腔面发射激光器层前面的第一光学层，包括位于第一垂直腔面发射激光器阵列前面的第一准直透镜和位于第二垂直腔面发射激光器阵列前面的第二准直透镜；以及位于第一光学层前面的第二光学层，包括位于第一准直透镜前面的光学漫射器和位于第二准直透镜前面的分束器光栅，其中第一光束和第二光束在第二光学层前面大约1毫米的距离处具有组合尺寸，该尺寸小于在第二光学层前面大约1毫米的距离处第一光束和第二光束各自尺寸的总和。
在一些实施方式中，发射器模块包括发射器层，该发射器层包括被配置为产生提供泛光照明的第一光束的第一发射器阵列，以及被配置为产生提供点照明的第二光束的第二发射器阵列；位于发射器层前面的第一光学层，包括位于第一发射器阵列前面的第一准直透镜和位于第二发射器阵列前面的第二准直透镜；以及位于第一光学层前面的第二光学层，包括位于第一准直透镜前面的光学漫射器和位于第二准直透镜前面的分束器光栅。
在一些实施方式中，感测设备包括外壳；外壳中的孔；以及外壳内的发射器模块，包括：发射器层，包括被配置为产生提供泛光照明的第一光束的第一发射器阵列，以及被配置为产生提供点照明的第二光束的第二发射器阵列；位于发射器层前面的第一光学层，包括位于第一发射器阵列前面的第一准直透镜和位于第二发射器阵列前面的第二准直透镜；以及位于第一光学层前面的第二光学层，包括位于第一准直透镜前面的光学漫射器和位于第二准直透镜前面的分束器光栅。
附图说明
图1是这里描述的示例感测设备的横截面图。
图2是这里描述的发射器模块的示例的剖视图。
图3是这里描述的泛光发射器阵列的示例和点发射器阵列的示例的示意图。
图4是具有这里描述的具有示例光束的感测设备的孔图。
图5是具有这里描述的具有示例光束的示例感测设备的横截面图。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
具有泛光照明器的间接飞行时间(TOF)传感器可用于3D感测，例如在移动应用中(例如，用于距离感测或手势识别等示例)。然而，感测距离可能受到泛光照明器的光功率和飞行时间(TOF)传感器的灵敏度的限制。为了延长感测距离，可以使用具有点(spot)(例如，点(dot))照明器的点TOF传感器。这可以实现更长的感测距离，但是可能导致更低的分辨率。设备可以结合间接飞行时间程序和点飞行时间程序，以获得近距离的高分辨率和以较低分辨率感测远距离的能力。例如，该设备可以包括两个结构光照明器(例如，分别用于间接飞行时间和点飞行时间的泛光照明器和点照明器)，以执行间接飞行时间和点飞行时间过程。
用于包括两个照明器的一些技术可能导致过度的形状因数，这可能妨碍小型化和包含在例如移动电话中。例如，设备可以使用可切换光学器件(例如，具有准直透镜的单个垂直腔面发射激光器、衍射光学元件和液晶可切换光学器件，以实现来自单个垂直腔面发射激光器的泛光和点照明之间的切换)。然而，用于液晶可切换光学器件的专用驱动器可能导致所得模块的尺寸过大，这可能与包含在用于组件执行距离感测的空间有限的设备中不兼容。
这里描述的一些实施方式提供了用于距离感测的小形状因数发射器模块。例如，一些实施方式可以提供能够投射泛光图案和/或点图案的光学器件。在一些实施方式中，光学器件可以在发射器模块(例如，移动电话孔径位置)上方大约1.0mm处实现小于例如4.5毫米(mm)的组合泛点光束尺寸(例如，其可以对应于移动电话孔径的可用尺寸)，泛光光束中具有最大光功率，并且泛光光学器件和点光学器件之间没有光学串扰。
本文描述的一些实施方式提供了用于基于VCSEL的泛光和点阵列投影仪的光学配置，使得泛光和点投影仪光学器件彼此相对接近地设置(例如，使用包括泛光投影仪段和点投影仪段的两段配置)在用于TOF 3D感测应用的相同紧凑尺寸的光学模块中。基于具有相对小的形状因数(form-factor)的光学器件，包括光学器件的光机械模块可以以相对小的形状因数制造，从而能够包括在例如移动电话、智能手机或平板型设备的外壳中，除了其他示例。
图1是这里描述的示例感测设备100的横截面图。除了其他示例之外，感测设备100可以对应于移动电话、智能手机或平板型设备。因此，感测设备100可以具有5毫米至10毫米之间的深度，例如大约7毫米的深度。如图1所示，感测设备100包括外壳102，例如，用于包含感测设备100的内部电路、电子组件和/或光学组件，除了其他示例。在一些示例中，外壳包括用于减少电磁干扰辐射的接地屏蔽。孔104可以在外壳102中，以限定用于通过外壳102投射光的窗口。孔104可以是圆形的。在一些实施方式中，孔104具有大约(例如，10％)6.0毫米、大约5.5毫米、大约5.0毫米、大约4.5毫米或大约4.0毫米的直径。
如图1所示，外壳102可以包含发射器模块106(例如，其在对应于标记为“前”的箭头的方向上发光)。例如，发射器模块106可以是VCSEL模块。如下所述，发射器模块106可以包括被配置为产生泛光照明的第一侧面和被配置为产生点照明的第二侧面。发射器模块106可以包括发射器层108、位于发射器层108前面(例如，在发射器模块106的发射方向上)的第一光学层110、以及位于第一光学层110前面的第二光学层112。换句话说，第一光学层110可以在发射器层108和第二光学层112之间。如图所示，发射器模块106可以设置在外壳102中，使得第二光学层112最靠近孔104，而发射器层108最远离孔104。发射器层108、第一光学层110、第二光学层112和孔104可以垂直对准，使得从发射器层108发射的光束穿过第一光学层110，然后穿过第二光学层112，然后穿过孔104。
第一光学层110和/或第二光学层112可以具有从(例如，在这之间并且包括)0.2毫米到0.6毫米的厚度，例如从0.4毫米到0.6毫米的厚度或者大约0.3毫米或者大约0.5毫米的厚度。发射器层108和第一光学层110可以分开(例如，从发射器层108的发射器阵列的顶面测量)0.2毫米至2.0毫米的距离，例如1.4毫米至1.5毫米的距离或大约1.24毫米或大约1.45毫米的距离。第一光学层110和第二光学层112可以分开0.01毫米至0.5毫米的距离，例如从0.25毫米到0.35毫米的距离或大约0.3毫米的距离。第二光学层112和孔104可以分开(例如，在第二光学层112的顶表面和孔104的底表面之间)小于或等于1.0毫米的距离，例如大约0.91毫米的距离
在一些实施方式中，发射器层108和第一光学层110，和/或第一光学层110和第二光学层112可以由介质分开。例如，介质可以是空气介质。作为另一个例子，介质可以具有从1.4到1.6的折射率，例如大约1.5的折射率。在一些示例中，除了其他示例，第一光学层110和第二光学层112可以由环氧树脂介质或聚合物介质分开。
在一些示例中，发射器层108、第一光学层110和/或第二光学层112可以包括抗反射涂层。额外地或替代地，第一光学层110和/或第二光学层112可以包括一个或多个铟锡氧化物表面区域。
发射极层108是包括多个发射极阵列的平面元件。例如，发射极层108可以包括第一发射器阵列114和第二发射器阵列116。第一发射器阵列114和/或第二发射器阵列116可以是顶发射发射器阵列(例如，没有顶侧n极接触)。第一发射器阵列114和/或第二发射器阵列116可以是垂直腔面发射激光器阵列。发射器阵列(例如，垂直腔面发射激光器阵列)可以包括多个发射器(例如，多个垂直腔面发射激光器)。第一发射器阵列114可以被配置成产生提供泛光照明(例如，漫射光)的第一光束(例如，第一发射器阵列114的多个发射器的光发射)。也就是说，第一发射器阵列114可以是产生泛光光束(例如，泛光模式的光)的泛光投影仪(例如，泛光VCSEL)。因此，第一发射器阵列114在这里可以被称为泛光发射器阵列。第二发射器阵列116可以被配置成产生提供点照明(例如，分布式光)的第二光束(例如，第二发射器阵列116的多个发射器的光发射)。也就是说，第二发射器阵列116可以是产生点光束(例如，点图案的光)的点(或点)投影仪(例如，点VCSEL)。因此，第二发射器阵列116在这里可以称为点发射器阵列。泛光发射器阵列114和点发射器阵列116的光束可以与20至25度的光束发散度(beam divergence)相关联，例如23度的光束发散度。
泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以彼此相对接近。例如，泛光发射器阵列114的中心和点发射器阵列116的中心可以分开1.3毫米到1.4毫米的距离，例如大约1.36毫米的距离。发射器阵列的中心可以是发射器阵列的发射器有源区的中心点或者包括发射器阵列的芯片的中心点。泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以在各自的管芯上制造，每个管芯具有大约2.4毫米×3.6毫米的管芯尺寸(die size)。
在一些实施方式中，发射器层108可以包括衬底118。例如，衬底118可以包括高温共烧陶瓷衬底，例如氧化铝(Al2O3)陶瓷衬底。衬底118可以具有从0.8毫米到0.9毫米的厚度，例如大约0.85毫米的厚度。泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以设置在衬底118上。换句话说，泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以共享公共表面，使得泛光发射器阵列114和点发射器阵列116共面(例如，泛光发射器阵列114和点发射器阵列116在公共表面上并排)。
在一些实施方式中，泛光发射器阵列114的表面(例如，向上的表面)和第一光学层110的表面(例如，向下的表面)之间的距离不同于(例如，小于)点发射器阵列116的表面(例如，向上的表面)和第一光学层110的表面之间的距离。例如，泛光发射器阵列114可以设置在衬底118上的基板(submount)上。作为另一个例子，平台可以从衬底118突出(例如，朝向第一光学层110)，并且泛光发射器阵列114可以设置在平台上。附加地或替代地，空腔可以凹进衬底118中，并且点发射器阵列116可以设置在空腔中。
第一光学层110是包括多个透镜的平面元件。例如，第一光学层110可以包括用于泛光发射器阵列114的第一准直透镜120和用于点发射器阵列116的第二准直透镜122。因此，第一准直透镜120在这里可以称为泛光准直透镜(flood collimating lens)，第二准直透镜122在这里可以称为点准直透镜(spot collimating lens)。
泛光准直透镜120可以位于泛光发射器阵列114的前面，点准直透镜122可以位于点发射器阵列116的前面。因此，泛光发射器阵列114和泛光准直透镜120可以垂直对准，使得泛光发射器阵列114的光束穿过泛光准直透镜120。点发射器阵列116和点准直透镜122可以垂直对准，使得点发射器阵列116的光束穿过点准直透镜122。泛光准直透镜120和点准直透镜122之间可能没有光学串扰。
在一些实施方式中，泛光准直透镜120的有效焦距和点准直透镜122的有效焦距可以相同或不同。例如，泛光准直透镜120的有效焦距可以比点准直透镜122的有效焦距长。因此，泛光发射器阵列114和泛光准直透镜120之间的间隔量可以小于泛光准直透镜120的有效焦距。点准直透镜122可以与大约300的光学放大率(optical magnification)相关联。准直透镜120、122中的每一个可以与从大约0.9到2.0的f数(或焦距比，其是透镜焦距与入射光瞳直径(entrance pupil diameter)的比)相关联，例如从0.9到1.1的f数或大约1的f数。这样，第一光学层110的厚度最小，以便为发射器模块106提供低轮廓。
准直透镜120、122可以由聚合物(例如，塑料)或玻璃，或者玻璃层和聚合物层(例如，复制衍射或菲涅耳(Fresnel)结构)组成。在一些实施方式中，准直透镜可以是衍射透镜或菲涅耳透镜。例如，准直透镜可以包括一个或多个(例如，两个)衍射表面。在一些实施方式中，准直透镜可以是折射透镜(例如，其可以使发射器层108和第一光学层110分开小于0.5毫米的距离)。例如，准直透镜可以包括一个或多个(例如，两个)折射表面(例如，两个凸面折射表面，以提供光束尺寸减小)。在一些实施方式中，泛光准直透镜120可以是折射透镜，并且折射透镜的引导表面(例如，更靠近泛光发射器阵列114的表面)可以是平坦的(例如，为了增加折射透镜的有效焦距，例如，用于衍射光学漫射器，如下所述)。
在一些实施方式中，第一光学层110可以包括衬底124。例如，基板124可以包括玻璃基板。泛光准直透镜120和点准直透镜122可以设置在基板124上。例如，泛光准直透镜120和点准直透镜122可以是衍射透镜或菲涅耳透镜的相应部分(例如，相应的透镜)，它们设置在单个衬底124上、在其上形成图案或包含在其中。在一些实施方式中，泛光准直透镜120是第一光学层110的第一段，点准直透镜122是第一光学层110的第二段，并且第一段和第二段邻接以限定第一光学层110。例如，泛光准直透镜120和点准直透镜122可以是折射透镜(例如，折射玻璃或塑料透镜)的各个部分(例如，各个透镜)，它们被制造(例如，模制)成限定第一光学层110的单个部件。以这种方式，第一光学层110具有紧凑的覆盖区，以便于发射器模块106的小型化。在一些实施方式中，第一光学层110的各个部分可以采用与表面浮雕衍射光学元件(surface relief diffractive optical element)结合使用的渐变折射率型透镜(例如，具有平面衬底界面)。
第二光学层112是包括多个光学部件的平面元件。例如，第二光学层112可以包括用于泛光发射器阵列114的光学漫射器126和用于点发射器阵列116的分束器光栅128。
光学漫射器126可以位于泛光准直透镜120的前面(其位于泛光发射器阵列114的前面)，分束器光栅128可以位于点准直透镜122的前面(其位于点发射器阵列116的前面)。因此，泛光发射器阵列114、泛光准直透镜120和光学漫射器126可以垂直对准，使得泛光发射器阵列114的光束穿过泛光准直透镜120，然后穿过光学漫射器126，从而产生泛光照明。特别地，泛光发射器阵列114的光学中心(例如，泛光发射器阵列114的发射器坐标的平均中心，其可以偏离泛光发射器阵列114的几何中心)与泛光准直透镜120的光学中心垂直对准。点发射器阵列116、点准直透镜122和分束器光栅128可以垂直对准，使得点发射器阵列116的光束穿过点准直透镜122，然后穿过分束器光栅128，从而产生点照明。特别地，点发射器阵列116的光学中心(例如，点发射器阵列116的发射器坐标的平均中心，其可以与点发射器阵列116的几何中心相同)与点准直透镜122的光学中心垂直对准。光学漫射器126和分束器光栅128之间可能没有光学串扰(optical crosstalk)。
在一些实施方式中，光学漫射器126可以是折射漫射器或衍射漫射器。例如，光学漫射器126可以是折射微透镜阵列(refractive micro-lens array)。作为另一个例子，光学漫射器126可以是衍射光学元件。在一些实施方式中，分束器光栅128可以是衍射光学元件。例如，分束器光栅128可以是平铺扇出衍射光学元件(tiling fan-out diffractiveoptical element)(例如，扇出分束器光栅(fan-out beamsplitter grating))。作为另一个例子，分束器光栅128可以是三乘三衍射光学元件(例如，其结合点发射器阵列116和点准直透镜122可以在观察屏幕或距离处产生点发射器阵列116的发射器的三乘三图像)。
在一些实施方式中，第二光学层112可以包括衬底130。例如，基板130可以包括玻璃基板。光学漫射器126和分束器光栅128可以设置在基板130上。例如，光学漫射器126和分束器光栅128可以是设置在单个基板130上、在单个基板130上形成图案或包含在单个基板130中的独立部件。在一些实施方式中，光学漫射器126是第二光学层112的第一段(例如，光学漫射器126在第一基板上)，分束器光栅128是第二光学层112的第二段(例如，分束器光栅128在第二基板上)，并且第一段和第二段邻接以限定第二光学层112。以这种方式，第二光学层112具有紧凑的覆盖区，以便于发射器模块106的小型化。例如，发射器模块106(例如，包括发射器阵列114、116、第一光学层110和第二光学层112)的总光学覆盖区的高度(例如，对应于标记为“前”的箭头的尺寸)可以小于2.0mm(例如，约1.76mm)乘3.0mm(例如，约2.96mm)且小于3.0mm(例如，约2.86mm)。
如上所述，图1是一个例子。其他示例可能与图1中描述的不同。图1所示组件的数量和排列是一个例子。实际上，与图1所示的组件相比，可能有额外的组件、更少的组件、不同的组件或不同排列的组件。此外，图1中所示的两个或多个组件可以在单个组件中实现，或者图1中所示的单个组件可以实现为多个组件。额外地，或者，可替换地，图1所示的一组组件(例如，一个或多个组件)可以执行被描述为由图1所示的另一组组件执行的一个或多个功能。
图2是这里描述的发射器模块106的示例的剖视图。在图2的剖视图中，示出了包括泛光发射器阵列114和用于泛光照明的光学器件的发射器模块106的第一侧面，而没有示出包括点发射器阵列116和用于点照明的光学器件的发射器模块106的第二侧面。如图2所示，如上所述，发射器模块106包括发射器层108(例如，包括衬底118)、第一光学层110和第二光学层112。
在一些实施方式中，发射极层108可以包括驱动器132。也就是说，驱动器132可以设置在发射极层108的衬底118上。驱动器132可以被配置为操作(例如，将电流引导至)泛光发射器阵列114和/或点发射器阵列116。例如，驱动器可以被配置为在发射器模块106的泛光照明模式下操作泛光发射器阵列114，在发射器模块106的点照明模式下操作点发射器阵列116，和/或在发射器模块106的泛光照明和点照明的组合模式下操作泛光发射器阵列114和点发射器阵列116。以这种方式，发射器模块106可以用于距离感测应用，其中同时或顺序投射泛光照明图案和点照明图案。
在一些实施方式中，发射器模块106可以包括外壳134。外壳134可以提供支撑和/或包含发射器层108、第一光学层110或第二光学层112中的一个或多个的结构。例如，衬底118可以形成外壳134的底侧，使得外壳134包含泛光发射器阵列114、点发射器阵列116和/或驱动器132。此外，外壳134可以包括支撑第一光学层110和第二光学层112的结构(例如，槽或壁架(ledges)等，除了其它示例)。外壳134可以由塑料构成，并且可以使用激光直接结构化技术(laser-direct structuring technique)形成。
如上所述，图2是一个例子。其他示例可能与图2中描述的不同。
图3是这里描述的泛光发射器阵列114的示例和点发射器阵列116的示例的示意图。如图3所示，泛光发射器阵列114可以包括在第一芯片136中，点发射器阵列116可以包括在第二芯片138中。
泛光发射器阵列114可以包括第一多个发射器140，点发射器阵列116可以包括第二多个发射器140。在一些实施方式中，泛光发射器阵列114的发射器有源区(emitteractive area)的尺寸(例如，面积)和/或形状以及点发射器阵列116的发射器有源区的尺寸(例如，面积)和/或形状可以不同。如图3所示，泛光发射器阵列114的发射器有源区可以是非矩形的(例如，泛光发射器阵列114的发射器有源区的形状可以是梯形或不规则五边形)。也就是说，泛光发射器阵列114的发射器140可以布置成非矩形图案(例如，如图3所示，穿过泛光发射器阵列114的最外面的发射器140的至少两条直线相交线可以以斜角相交)。这样，泛光发射器阵列114的有效面积可以最大化(例如，发射器140的数量可以最大化)，从而最大化泛光发射器阵列114的光功率，同时将泛光发射器阵列114的光束保持在孔104内(例如，其是圆形的)，如下面结合图4所述。如图3所示，点发射器阵列116的发射器有源区可以是矩形的。也就是说，点发射器阵列116的发射器140可以布置成矩形图案(例如，如图3所示，穿过点发射器阵列116的最外面的发射器140的任何两条直线相交线可以以直角相交)。
如图3进一步所示，泛光发射器阵列114和点发射器阵列116的相应横向侧(例如，在图3中显示为右侧)可以横向对齐。因此，泛光发射器阵列114的光学中心(和/或几何中心)和点发射器阵列116的光学中心(和/或几何中心)可以彼此横向偏移(例如，因为泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以是不同的形状和/或尺寸)。因此，泛光准直透镜120和点准直透镜122的相应光学中心可以彼此横向偏移(例如，对应于泛光发射器阵列114和点发射器阵列116的相应光学中心之间的横向偏移量)。
如上所述，图3是一个例子。其他示例可能与图3中描述的不同。
图4是具有这里描述的示例光束142、144的感测设备100的孔104的示意图。光束142表示由泛光发射器阵列114、泛光准直透镜120和光学漫射器126在孔104处(例如，在距发射器模块106大约1mm的距离处)产生的泛光光束的形状。如图4所示，泛光发射器阵列114的非矩形发射器有源区在孔104处产生相应的非矩形光束，这相对于矩形光束提供了对孔104的额外覆盖。光束144代表由点发射器阵列116、点准直透镜122和分束器光栅128在孔104处(例如，在距发射器模块106大约1mm的距离处)产生的点光束的形状。如图4所示，点发射器阵列116的矩形发射器有源区在孔104处产生相应的矩形光束。
如图所示，泛光光束和点光束可以在孔104处重叠。如图4进一步所示，在孔104处，泛光光束和点光束的组合尺寸可以小于孔104的尺寸。例如，在孔104处，组合的泛光光束和点光束的最大横向尺寸可以小于孔104的直径。作为另一个例子，在孔104处，组合的泛光光束和点光束的面积可以小于孔104的面积。在一些实施方式中，孔104处的泛光光束和点光束的组合尺寸(例如，在第二光学层112前面大约1.0毫米的距离处)小于孔104处的泛光光束和点光束的相应尺寸的总和。也就是说，泛光光束和点光束可以在孔处重叠，使得泛光光束和点光束的组合尺寸(例如，重叠尺寸)小于泛光光束和点光束的单独尺寸的总和。在一些实施方式中，泛光光束和点光束在孔104处(例如，在第二光学层112前面大约1.0毫米的距离处)具有小于或等于大约6.0毫米宽、5.5毫米宽、5.0毫米宽、4.5毫米宽或4.0毫米宽的组合尺寸。
这种紧凑的组合光束尺寸归因于在泛光发射器阵列114和光学漫射器126之间使用泛光准直透镜120。此外，相对于没有泛光准直透镜120的泛光发射器阵列114和光学漫射器126的使用，泛光准直透镜120的使用可以产生带限的或尖锐的远场(例如，在距孔104约500mm处)。
如上所述，图4是一个例子。其他示例可能与图4中描述的不同。
图5是具有这里描述的示例性光束142、144的示例性感测设备100的截面图。具体而言，图5示出了光束142、144在发射器层108、第一光学层110、第二光学层112和孔104处的传播。在第一光学层110的表面(例如，光束142、144进入第一光学层110的表面)，光束142、144可以不重叠(例如，在发射器模块106发射方向的横向方向上)，例如，以避免干涉。在第二光学层112的表面(例如，光束142、144进入第二光学层112的表面)，光束142、144可以不重叠(例如，在发射器模块106发射方向的横向方向上)，例如，以避免干涉。第一光学层的准直透镜可以减小第二光学层112处的光束142、144的相应尺寸，使得光束142、144在第二光学层112处没有重叠。因此，泛光发射器阵列114和点发射器阵列116可以位于非常接近的位置，以便于发射器模块106的小型化。在孔104的表面(例如，光束142、144进入孔104的表面)，光束142、144可以重叠(例如，在发射器模块106发射方向的横向方向上)，如以上结合图4所述。例如，光束142、144可以重叠，以便减小光束142、144在孔104处的组合光束尺寸。
如上所述，图5是一个例子。其他示例可能与图5中描述的不同。
前述公开内容提供了说明和描述，但不旨在穷举或将实施方式限制于所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得修改和变化。此外，这里描述的任何实施方式都可以被组合，除非前述公开明确地提供了一个或多个实施方式不能被组合的理由。
即使特征的特定组合在权利要求中被引用和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中没有具体叙述和/或说明书中没有公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接引用仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括每个从属权利要求以及权利要求书的每个其他权利要求。如这里所使用的，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”意在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及相同项目的多个的任意组合。
除非明确描述，否则这里使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外。如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关联的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，术语“集(set)”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用。当只打算一个项目时，使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如本文所用，术语“具有”、“具备”、“具有”等旨在说明是开放式用语。此外，短语“基于”意在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“或”在串联使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中之一”结合使用)。此外，为了便于描述，这里可以使用空间上相对的术语，例如“之下”、“下方”、“之上”、“上方”等，来描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相关术语旨在包括使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同方向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且这里使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

Claims (20)

1.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)模块，包括:
垂直腔面发射激光器层，包括:
衬底，
第一垂直腔面发射激光器阵列，设置在衬底上并被配置成产生提供泛光照明的第一光束，以及
第二垂直腔面发射激光器阵列，设置在衬底上并被配置成产生提供点照明的第二光束；
位于垂直腔面发射激光器层前面的第一光学层，包括:
位于第一垂直腔面发射激光器阵列前面的第一准直透镜，以及，位于第二垂直腔面发射激光器阵列前面的第二准直透镜；和
位于第一光学层前面的第二光学层，包括:
位于第一准直透镜前面的光学漫射器，以及，位于第二准直透镜前面的分束器光栅，
其中所述第一光束和所述第二光束在所述第二光学层前方约1毫米距离处的组合尺寸小于所述第一光束和所述第二光束在所述第二光学层前方约1毫米距离处的各自尺寸之和。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一垂直腔面发射激光器阵列的垂直腔面发射激光器以非矩形图案排列。
3.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一准直透镜与比所述第二准直透镜更长的有效焦距相关联。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中与所述第一准直透镜和所述第二准直透镜相关联的f数为0.9至2。
5.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一光束和所述第二光束的组合尺寸在所述第二光学层前方约1毫米的距离处小于或等于4.5毫米。
6.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一光学层和所述第二光学层由折射率为1.4至1.6的介质分隔开。
7.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一准直透镜和所述第二准直透镜各自包括一个或多个衍射表面或菲涅耳透镜。
8.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述第一准直透镜和所述第二准直透镜各自包括一个或多个折射表面。
9.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器模块，其中所述光学漫射器包括折射漫射器或衍射漫射器，并且所述分束器光栅包括扇出分束器光栅。
10.一种发射器模块，包括:
发射器层，包括:
第一发射器阵列，被配置为产生提供泛光照明的第一光束，以及
第二发射器阵列，被配置为产生提供点照明的第二光束；
位于发射器层前面的第一光学层，包括:
位于第一发射器阵列前面的第一准直透镜，以及
位于第二发射器阵列前面的第二准直透镜；和
位于第一光学层前面的第二光学层，包括:
位于第一准直透镜前面的光学漫射器，以及
位于第二准直透镜前面的分束器光栅。
11.根据权利要求10所述的发射器模块，其中，所述第一光束和所述第二光束在所述第二光学层前方大约1毫米的距离处具有小于或等于4.5毫米的组合尺寸。
12.根据权利要求10所述的发射器模块，其中所述第一发射器阵列和所述第一光学层之间的第一距离小于所述第二发射器阵列和所述第一光学层之间的第二距离。
13.根据权利要求10所述的发射器模块，其中所述第一光学层还包括衬底，并且
其中第一准直透镜和第二准直透镜设置在衬底上。
14.根据权利要求10所述的发射器模块，其中所述第一准直透镜是所述第一光学层的第一段，并且所述第二准直透镜是所述第一光学层的第二段，并且
其中第一段和第二段邻接。
15.根据权利要求10所述的发射器模块，其中所述第二光学层进一步包括衬底，并且
其中光学漫射器和分束器光栅设置在衬底上。
16.根据权利要求10所述的发射器模块，其中所述光学漫射器是所述第二光学层的第一段，并且所述分束器光栅是所述第二光学层的第二段，并且
其中第一段和第二段邻接。
17.一种感测设备，包括:
外壳；
外壳中的孔；和
外壳内的发射器模块，其包括:
发射器层，包括:
第一发射器阵列，被配置为产生提供泛光照明的第一光束，以及
第二发射器阵列，被配置为产生提供点照明的第二光束；
位于发射器层前面的第一光学层，包括:
位于第一发射器阵列前面的第一准直透镜，以及
位于第二发射器阵列前面的第二准直透镜；和
位于第一光学层前面的第二光学层，包括:
位于第一准直透镜前面的光学漫射器，以及
位于第二准直透镜前面的分束器光栅。
18.根据权利要求17所述的感测设备，其中所述孔的直径小于或等于4.5毫米，并且
其中发射器模块的第二光学层和所述孔相隔小于或等于1毫米的距离。
19.根据权利要求17所述的感测设备，其中所述发射器层和所述第一光学层相隔0.2毫米至2毫米的距离，并且
其中第一光学层和第二光学层相隔0.01毫米至0.5毫米的距离。
20.根据权利要求17所述的感测设备，其中所述第一发射器阵列的中心和所述第二发射器阵列的中心相隔1.3毫米至1.4毫米的距离。
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