CN209044634U - 一种感测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括光学投影模组及感测模组。所述光学投影模组包括光束调制元件及光源结构。所述光源结构包括发出第一光束的第一发射部及发出第二光束的第二发射部。所述第一发射部及第二发射部形成在同一个半导体基底上或相互连接以集成为整体结构。所述光束调制元件包括对应第一发射部设置的扩散部及对应第二发射部设置的图案化部。所述扩散部用于将第一光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束。所述图案化部用于将第二光束的光场进行重新排布形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述感测模组通过分析所述预设图案随被测目标物立体形状的变化情况来感测被测目标物的三维信息。

Description

一种感测装置

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种感测装置。

背景技术

现有的三维(Three Dimensional,3D)感测模组通常需要分别设置泛光发射器和光图案发射器来配合实现3D感测。然而，所述分别设置的泛光发射器和光图案发射器，不仅会增加成本，而且所占体积较大也影响了使用该3D感测模组设备的小型化设计。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种感测装置，可以高度集成泛光和光图案投射功能，达成小型化及降低成本的有益效果。

本实用新型实施方式提供一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括光学投影模组及感测模组。所述光学投影模组包括光束调制元件及光源结构。所述光源结构包括发出第一光束的第一发射部及发出第二光束的第二发射部。所述第一发射部及第二发射部形成在同一个半导体基底上或相互连接以集成为整体结构。所述光束调制元件包括扩散部及图案化部。所述扩散部对应光源结构的第一发射部进行设置，用于将所述第一光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束。所述图案化部对应光源结构的第二发射部进行设置，用于将所述第二光束的光场进行重新排布形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述感测模组通过分析所述预设图案随被测目标物立体形状的变化情况来感测被测目标物的三维信息。

在某些实施方式中，所述第一发射部包括多个用于发射第一光束的第一发光体。所述第二发射部包括多个用于发射第二光束的第二发光体。所述第一发光体和第二发光体形成在同一个半导体基底上并可分别被独立地控制发光。所述半导体基底上定义出位于半导体基底中部的第一发光区域以及围绕所述第一发光区域设置的第二发光区域。

在某些实施方式中，所述第一发光体在半导体基底上按照预设的相同间隔均匀分布。所述第二发光体在半导体基底上不规则分布或者按照预设的相同间隔均匀分布。

在某些实施方式中，所述第一发光体形成在半导体基底的第一发光区域内。所述第二发光体形成在半导体基底的第二发光区域内。

在某些实施方式中，所述第一发光体形成在半导体基底的第二发光区域内。所述第二发光体形成在半导体基底的第一发光区域内。

在某些实施方式中，所述第一发光区域为矩形。所述第二发光区域对应设置在第一发光区域的四个边角处。

在某些实施方式中，所述第二发光区域为在所述第一发光区域外包围所述第一发光区域一圈的框形区域。所述第一发光区域与第二发光区域之间最小间距D的大小满足条件其中H为光源结构的发光面与设置在光源结构上方顺序排列的第一个光学元件之间的距离，θ为从第一发光区域和第二发光区域所发出光束的最大发散角度。

在某些实施方式中，所述第一发光区域为位于半导体基底中部的矩形。所述第二发光区域为所述半导体基底形成有发光体的表面上除了第一发光区域以外的其他区域。

在某些实施方式中，所述第一发射部包括形成在一第一半导体基底上的第一发光体及导光板。所述导光板包括入光面及出光面。所述第一发光体对应导光板的入光面设置。所述第二发射部设置在导光板出光面的中间位置。所述第二发射部包括形成在一第二半导体基底上的一个或多个第二发光体。

在某些实施方式中，所述多个第二发光体在第二半导体基底上不规则分布。

在某些实施方式中，所述多个第二发光体在第二半导体基底上按照预设的相同间隔均匀地排布。

在某些实施方式中，所述第二发射部包括一个形成在半导体基底中部的第二发光体。所述第一发射部包括多个围绕所述第一发光体对称分布的第一发光体。所述第一发光体及第二发光体形成在同一个半导体基底上并分别被独立地控制发光。所述第一发光体和第二发光体均为单孔宽面型垂直腔面发射激光器。

在某些实施方式中，所述第二发射部包括多个不规则分布在半导体基底中部的第二发光体。所述第一发射部包括围绕所述多个第二发光体所在区域对称分布的多个第一发光体。所述第一发光体及第二发光体形成在同一个半导体基底上并分别被独立地控制发光，所述第一发光体为单孔宽面型垂直腔面发射激光器。所述第二发光体为多个垂直腔面发射激光器组成的发光阵列。

在某些实施方式中，所述第一发光体的单孔宽面型垂直腔面发射激光器的发光面形状可以为矩形或直角框条形。

在某些实施方式中，所述第二光束经由图案化部重新排布光场后形成的预设图案选自不规则分布光斑图案、规则排布的条纹状图案、以及沿不同方向相互交叉的规则网格图案的图案光束中的一种及其组合。

在某些实施方式中，所述光束调制元件的图案化部及扩散部形成在同一个透明基板上。

在某些实施方式中，所述光束调制元件的扩散部和图案化部分别形成在不同的透明基板上。所述形成有图案化部的透明基板定义为图案化基板。所述扩散基板与图案化部对应的区域保持透光。所述图案化基板与扩散部对应的区域保持透光。

在某些实施方式中，所述图案化部的功能通过在透明基板上的对应位置形成特定的图案化光学纹路来实现。所述图案化光学纹路选自衍射光学纹路、光学微透镜阵列、光栅中的一种及其组合。

在某些实施方式中，所述光学投影模组还包括光路导向元件。所述光路导向元件设置在光源结构与光束调制元件之间并与所述光源结构的第一发射部的出光面对应的位置处。所述光路导向元件用于将第一发射部呈发散状出射的第一光束引导照射到所述光束调制元件的扩散部。

本实用新型实施方式所提供的感测装置将投射泛光光束和图案光束的发射器集成在一起，不仅体积更小有利于设备的外观设计，而且也进一步减少了器件的成本。

本实用新型实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型实施方式的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式提供的光源结构的俯视图。

图2是本实用新型第二实施方式提供的光源结构的俯视图。

图3是本实用新型第三实施方式提供的光源结构的俯视图。

图4是图3中的光源结构沿IV-IV线的剖视图以及所述光源结构与上方顺序排列的第一个光学元件的位置关系示意图。

图5是本实用新型第四实施方式提供的光源结构的俯视图。

图6是本实用新型第五实施方式提供的光源结构的俯视图。

图7是本实用新型第六实施方式提供的光源结构的俯视图。

图8是图7中的光源结构沿VIII-VIII线的剖视图。

图9是本实用新型第七实施方式提供的光源结构的俯视图。

图10是本实用新型第八实施方式提供的光源结构的俯视图。

图11是本实用新型第九实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。

图12是图11中所述光学投影模组的光束调制元件结构随光源结构变化的示意图。

图13是图11中的光学投影模组的光束调制元件的透明基板上的检测线路的示意图。

图14是本实用新型第十实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。

图15是本实用新型第十一实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。

图16是本实用新型第十二实施方式提供的感测装置的结构示意图。

图17是图16中所述感测装置的功能模块示意图。

图18是本实用新型第十三实施方式提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型专利申请要求申请日为2018年7月30日、申请号为201821217761.2、实用新型名称为“一种光源结构、光学投影模组、生物识别装置及设备”的在先申请的国内优先权，该件申请的所有内容在此作为参考。

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或示例用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本实用新型，其本身不指示所讨论的各种实施方式和/或设定之间的特定关系。此外，本实用新型在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本实用新型技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本实用新型的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本实用新型的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型之重点。

应该理解的是，此处所述的实施方式和/或方法在本质上是示例性的，不应视为对本实用新型技术方案的局限。此处所描述的实施方式或方法仅是本实用新型相关技术思想所涵盖的众多技术方案中的一种或多种，因此所描述的方法技术方案的各个步骤可以按照所标示的次序执行，可以按照其他次序执行，可以同时执行，或者在某些情况下被省略，上述的改动均应视为本实用新型所要求保护的技术方案所涵盖的范围。

如图1所示，本实用新型第一实施方式提供了一种光源结构1，用于发射光束至一被测目标物上进行感测。所述光束根据感测原理及应用场景可以为具有特定波长的光束。在本实施方式中，所述光束用于感测被测目标物的三维信息，可以为红外或近红外波长光束，波长范围为750纳米(Nanometer,nm)至1650nm。

所述光源结构1包括第一发射部10及第二发射部12。所述第一发射部10发出第一光束用于形成光强均匀分布的泛光光束。所述泛光光束投射至被测目标物上用于感测被测目标物的泛光图像。例如，所述泛光光束可用于感测所述被测目标物是否为人脸。所述第二发射部12发出的第二光束用于形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述预设图案可被用于感测所述被测目标物的三维信息。

所述第一发射部10与第二发射部12形成在同一个基底14上或相互连接以集成为整体结构。所述半导体基底14上定义出位于半导体基底14中部的第一发光区域122以及围绕所述第一发光区域122设置的第二发光区域102。

所述第一发射部10与第二发射部12的集成方式包括直接连接、间接连接或分别形成在同一个基板14上等。在本实施方式中，所述第一光束和第二光束为波长相同的近红外光。

在本实施方式中，所述第一发射部10包括多个用于发射第一光束的第一发光体100。所述第二发射部12包括多个用于发射第二光束的第二发光体120。所述第一发光体100和第二发光体120形成在同一个半导体基底14上。所述第一发光体100在半导体基底14的第二发光区域102内按照预设的相同间隔均匀分布。所述第二发光体120在所述半导体基底14的第一发光区域122内不规则分布。

所述第一发光体100和第二发光体120可以为半导体激光器。优选地，在本实施方式中，所述第一发光体100和第二发光体120为垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser,VCSEL)，在所述半导体基底14上通过光刻和蚀刻等工艺制成。所述第一发光体100发出的泛光光束和第二发光体120发出的图案光束均为波长相同的红外或近红外光线，波长范围为750nm至1650nm。

在本实施方式中，所述位于半导体基底14中部的第一发光区域122为矩形。所述第二发光区域102对应设置在第一发光区域122的四个边角处。所述第一发光体100在第二发光区域102的四个边角沿着第二发光区域102每个边角的两条侧边按照相同间隔均匀排布多层，所述第一发光区域122即为图1中所述虚线围成的包覆住第一发光区域102每一个直角的四个直角框条形区域。所述第二发光体102在第一发光区域122内不规则分布，用于在点亮时发射出具有不规则分布图案的第二光束。

所述半导体基底14上设置有与外部电路连接用于控制所述第一发光区域122内的发光体发光的第一焊盘104。所述半导体基底14上设置有与外部电路连接用于控制所述第二发光区域102内的发光体发光的第二焊盘124。所以，本实施方式中位于第一发光区域122内的第二发光体120以及位于第二发光区域102内的第一发光体100可通过不同的控制信号分别独立工作。

如图2所示，本实用新型的第二实施方式提供了一种光源结构2，其与第一实施方式中的光源结构1基本相同，其区别在于所述第一发光体200按照预设的相同间隔均匀地分布在第一发光区域222内。所述第二发光体220不规则分布在第二发光区域202内。

请一并参阅图3和图4所示，本实用新型第三实施方式提供了一种光源结构3，其与第一实施方式中的光源结构1基本相同，其区别在于所述第二发光区域302为在所述第一发光区域322外包围所述第一发光区域322一圈的框形区域。所述第二发光区域302与第一发光区域322之间最小间距D的大小应确保从第一发光区域322发出去的光束与第二发光区域302发出去的光束在到达设置在光源结构3上方顺序排列的第一个光学元件31之前相互之间不发生交汇。

由于制造工艺存在一定程度的误差，所述第一发光体300与第二发光体320所发出光束的发散角度无法做到完全一样，但会在预设的发散角度范围内。因所述第一发光体300与第二发光体320所发出光束的发散角度越大，在光源结构3与上方顺序排列的第一个光学元件31的间距保持不变的前提下为了满足所述第一发光区域322与第二发光区域302所发出光束不交汇则要求第一发光区域322与第二发光区域302之间的距离D越大。假设从第一发光区域322和第二发光区域302所发出光束的最大发散角度为θ，所述光源结构3的发光面与设置在其上方顺序排列的第一个光学元件31之间的距离为H，根据三角函数关系，在第一发光区域322所发出光束与第二发光区域302所发出光束刚好相交的临界情况下所述第一发光区域322与第二发光区域302之间的最小间距D满足公式所以为了确保从第一发光区域322发出去的光束与第二发光区域302发出去的光束在到达设置在光源结构3上方顺序排列的第一个光学元件31之前相互不发生交汇，所述第一发光区域322与第二发光区域302之间的最小间距D应满足因满足上述条件时，分别从第一发光区域322与第二发光区域302发出的光束在到达设置在光源结构3上方的第一个光学元件31之前相互之间不交汇，所以不需要在第一发光区域322或第二发光区域302的出光侧再设置调节光束方向的其他元件。

在本实施方式中，所述第二发光体320不规则分布在半导体基底34的第一发光区域322内。所述第一发光体300按照相同的预设间隔均匀地排布在第二发光区域302内。

如图5所示，本实用新型的第四实施方式提供了一种光源结构4，其与第三实施方式中的光源结构3基本相同，其区别在于所述第一发光体400按照预设的相同间隔均匀地分布在第一发光区域422内。所述第二发光体420不规则分布在第二发光区域402内。

如图6所示，本实用新型第五实施方式提供了一种光源结构5，其与第一实施方式中的光源结构1基本相同，其区别在于所述第二发光区域502为所述半导体基底54形成有发光体的表面上除了第一发光区域522以外的其他区域。所述第一发光体500设置在第二发光区域502内。所述第二发光体520设置在所述第一发光区域522内。所述第一发光体500和第二发光体520都按照预设的相同间隔均匀地排布。

在本实施方式中，所述第一发光区域522的第二发光体520所发出的第二光束配合设置在光源结构5上方的光学元件可以形成能够在被测目标物上投射出不规则分布光斑图案、规则排布的条纹状图案、或者沿不同方向相互交叉的规则网格图案的图案光束。

可以理解的是，在图未示出的其他实施方式中，设置在第一发光区域522内的第二发光体520也可以不规则分布。

可以理解的是，在图未示出的其他实施方式中，所述第一发光体500也可以按照预设的相同间隔均匀地分布在第一发光区域522内。所述第二发光体520不规则分布在第二发光区域502内。

请一并参阅图7和图8，本实用新型第六实施方式提供了一种光源结构6，用于发射光束至一被测目标物上进行感测。所述光束根据感测原理及应用场景可以为具有特定波长的光束。在本实施方式中，所述光束用于人脸识别，可以为红外或近红外波长光束，波长范围为750纳米(Nanometer,nm)至1650nm。

所述光源结构6包括第一发射部60及第二发射部62。所述第一发射部60发出第一光束，用于形成光强均匀分布的泛光光束。所述泛光光束投射至被测目标物上用于感测被测目标物的泛光图像。例如，所述泛光光束可用于感测所述被测目标物是否为人脸。所述第二发射部62发出第二光束用于形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述预设图案可被用于感测所述被测目标物的三维信息。在本实施方式中，所述第一光束和第二光束为波长相同的近红外光。

所述第一发射部60包括形成在第一半导体基底601上的第一发光体600及导光板602。所述导光板602包括入光面6020及出光面6022。在本实施方式中，所述导光板602大致呈长方体形状，所述入光面6020垂直于出光面6022。所述第一发光体600对应导光板602的入光面6020设置，以使得所述第一发光体600所发出的第一光束从入光面6020射入导光板602内均匀混合后从出光面6022投射出泛光光束。

所述第二发射部62设置在所述导光板602出光面6022的中间位置。所述第二发射部62包括形成在第二半导体基底621上的一个或多个第二发光体620。在本实施方式中，所述多个第二发光体620在第二半导体基底621上不规则分布，用于与设置在光源结构6上方的光学元件配合在被测目标物上投射出不规则分布光斑图案。可以理解的是，在其他实施方式中，所述多个第二发光体620还可以按照预设的相同间隔均匀地排布，可用于与设置在光源结构6上方的光学元件配合在被测目标物上投射出规则排布的条纹状图案或者沿不同方向相互交叉的规则网格图案。

在本实施方式中，所述第一发光体600和第二发光体620可以为半导体激光器，例如：VCSEL。不同的是，因所述第一发光体600与第二发光体620所在的位置不同，需要分别形成在不同的第一半导体基底601和第二半导体基底621上。所述第一半导体基底601的形状与入光面6020形状相对应。

请一并参阅图1和图9，本实用新型第七实施方式提供了一种光源结构7，其与第一实施方式中的光源结构1基本相同，其区别在于所述第一发光部70包括每一个第二发光区域702内分别对应设置的单个第一发光体700，所述第一发光体700为单孔宽面型VCSEL，以代替第一实施方式中所述第二发光区域102内的多个按照预设的相同间隔均匀排布的第一发光体100。所述单孔宽面型VCSEL只有一个发光孔，但发光孔径较大，数十倍于第一实施方式中作为第一发光体100的其中一个VCSEL。所述单孔宽面型VCSEL的发光效果等同于发光强度均匀的面光源。所述单孔宽面型VCSEL的发光面形状可以为规则的形状，例如矩形；也可以为不规则的形状，例如在本实施方式中所述单孔宽面型VCSEL的发光面形状为所述第二发光区域702的直角框条形状。

请一并参阅图1和图10，本实用新型第八实施方式提供了一种光源结构8，其与第一实施方式中的光源结构1基本相同，其区别在于所述第二发射部82包括设置在第一发光区域822内的单个第二发光体820，所述第二发光体820为单孔宽面型VCSEL，以代替第一实施方式中所述第一发光区域122内不规则分布的第二发光体120。所述第一发射部80包括每个第一发光区域802内分别对应设置的单个第一发光体800，所述第一发光体800为单孔宽面型VCSEL，以代替第一实施方式中所述第二发光区域102内的多个按照预设的相同间隔均匀排布的第一发光体100。所述单孔宽面型VCSEL只有一个发光孔，但发光孔径较大，数十倍于第一实施方式中作为第一发光体100和第二发光体120的其中一个VCSEL。所述单孔宽面型VCSEL的发光效果类似于发光强度均匀的面光源。所述单孔宽面型VCSEL的发光面形状可以为规则的形状，比如矩形；也可以为不规则的形状，例如在本实施方式中所述第二发光区域802的直角框条形状。

如图11所示，本实用新型第九实施方式提供了一种光学投影模组11，用于投射特定光束至被测目标物上进行感测。所述光学投影模组11包括光束调制元件110及上述第一至第八实施方式中的光源结构1。

所述光束调制元件110包括扩散部111及图案化部112。所述扩散部111对应光源结构1的第一发射部10设置，用于将第一发射部10的所述第一发光体100发出的第一光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束。所述图案化部112对应光源结构1的第二发射部12设置，用于将第二发射部12的所述第二发光体120发出的第二光束形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束以用于感测被测目标物的三维信息。

对应于所述第二发光体120设置在第一发光区域122内以发出用于形成图案光束的第二光束的情形，所述第一发光体100设置在第二发光区域102内以发出用于形成泛光图案的第一光束的情况，所述图案化部112设置在光束调制元件110的中间位置以与设置在第一发光区域122内的第二发光体120对应。所述扩散部111围绕设置在图案化部112的外围以与设置在第二发光区域102内的第一发光体100对应。

如图12所示，对应于所述第二发光体220设置在第二发光区域202内以发出用于形成图案光束的第二光束的情形，所述第一发光体100设置在第一发光区域122内以发出用于形成泛光图案的第一光束的情况，所述扩散部111设置在光束调制元件110的中间位置以与设置在第一发光区域122内的第一发光体120对应。所述图案化部112围绕设置在扩散部111的外围以与设置在第二发光区域102内的第二发光体120对应。

所述图案化部112及扩散部111的功能通过在透明基板113的对应位置形成特定的光学纹路来实现。在本实施方式中，所述光束调制元件110的图案化部112及扩散部111设置在同一个透明基板113上。即，所述透明基板113的中间位置形成有用于重新排布光场的图案化光学纹路1120作为所述图案化部112，所述透明基板113在所述图案化光学纹路1120的外围与光源结构1第一发光区域102对应的位置形成有起光扩散作用的扩散光学纹路1100作为所述扩散部111。所述图案化光学纹路1120包括但不限于衍射光学纹路、光学微透镜阵列、光栅及其组合。

如图13所示，所述透明基板113的表面上还可以形成检测线路134。所述检测线路可由导电材料制成，其上设有多个检测点135。通过对其中任意两个检测点135进行检测可知道该两点之间线路经过的透明基板113表面是否有崩裂等影响光学元件完整性的瑕疵。

如图14所示，本实用新型第十实施方式提供了一种光学投影模组15，其与第九实施方式中的光学投影模组11基本相同，区别在于所述光学投影模组15还包括光路导向元件16。

所述光路导向元件16设置在光源结构1与光束调制元件110之间，并与所述光源结构1的第一发射部10的出光面对应的位置处。所述光路导向元件16用于将第一发射部10呈发散状出射的第一光束引导照射到所述光束调制元件110的扩散部111。所述光路导向元件16的设置是为了避免在光源结构1的第一发射部10与第二发射部12距离较近的技术方案中，从第一发射部10所发出的用于形成泛光照射的一部分第一光束的光会经过光束调制元件110的图案化部112投射出去形成光强度不规则分布的图案光束，从而影响到泛光光束的均匀性。所述光路导向元件16包括但不限于棱镜、微透镜及光栅。所述光路导向元件16的设置区域与光源结构1的第一发射部10所在的区域保持一致。

如图15所示，本实用新型第十一实施方式提供了一种光学投影模组17，其与第九实施方式中的光学投影模组11基本相同，其区别在于所述光束调制元件170的扩散部171和图案化部172分别形成在不同的透明基板上。

所述形成有图案化部172的透明基板定义为图案化基板1721。所述图案化基板1721上与光源结构1的第二发射部12相对应的位置处形成有将光束的光场进行重新排布的图案化光学纹路1720。在本实施方式中，对应于所述第二发射部12设置在光源结构1中部的情形，所述图案化光学纹路1720形成在图案化基板1721的中间位置。

所述形成有扩散部171的透明基板定义为扩散基板1710。所述扩散基板1710上与光源结构1的第一发射部10相对应的位置处形成有起到光扩散作用的扩散光学纹路1711。所述扩散基板1710与图案化基板1721上图案化光学纹路1720对应的区域保持透光，所述图案化基板1721与扩散基板1710上扩散光学纹路1711对应的区域保持透光，定义为透光区域1712。在本实施方式中，对应于所述第一发射部10围绕第二发射部12设置的光源结构1，所述扩散基板1710在所述透光区域1712的外围与光源结构1第一发射部10对应的位置处形成有所述扩散光学纹路1711。

所述图案化基板1721和扩散基板1710可相互堆叠在一起，也可以沿着所述光学投影模组17的投影光路分别独立设置在光路上的不同位置。可以理解的是，只需要确保所述扩散基板1710及图案化基板1721上对应光学纹路位置相互对准，对于扩散基板1710和图案化基板1721沿所述投影光路的排列顺序不做特别要求。

如图16及图17所示，本实用新型第十二实施方式提供了一种感测装置18，其用于感测被测目标物的空间信息。所述空间信息包括，但不限于，被测目标物表面的深度信息、被测目标物在空间中的位置信息、被测目标物的尺寸信息等其他与被测目标物相关的三维信息。所感测到的被测目标物的空间信息可被用于识别被测目标物或构建被测目标物的三维模型。

所述感测装置18包括如上述第九至第十一实施方式所提供的光学投影模组11及感测模组180。所述光学投影模组11用于投射特定光束至被测目标物上。所述感测模组180包括镜头181、图像传感器182和图像分析处理器183。所述图像传感器182通过镜头181感测所述特定光束在被测目标物上形成的图像。所述图像分析处理器183分析所感测到的投射在被测目标物上的图像获取被测目标物的三维信息。

在本实施方式中，所述感测装置18为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。

所述特定光束包括强度均匀的泛光光束以及可以在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述感测模组180根据所感测到的泛光光束在被测目标物上形成的图像来识别所靠近的被测目标物是否为脸部。所述感测模组180根据所感测到的图案光束在被测目标物上投射出的预设图案的形状变化来分析出被测目标物表面的三维信息并据此对被测目标物进行脸部识别。

如图18所示，本实用新型第十三实施方式提供一种设备19，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏、门、交通工具、机器人、自动数控机床等。所述设备19包括至少一个上述第十二实施方式所提供的感测装置18。所述设备19用于根据该感测装置18的感测结果来对应执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。

在本实施方式中，所述感测装置18为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。所述设备19为装有所述3D脸部识别装置的手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏等电子终端、门、交通工具、安检、出入境等涉及进出权限的设备。

与现有的感测装置需要分别设置泛光发射器和光图案发射器的结构相比，本实用新型所提供的感测装置18及使用该感测装置18的设备19将投射泛光光束和图案光束的发射器集成在一起，不仅体积更小有利于设备的外观设计，而且也进一步减少了器件的成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其特征在于：包括光学投影模组及感测模组，所述光学投影模组包括光束调制元件及光源结构，所述光源结构包括发出第一光束的第一发射部及发出第二光束的第二发射部，所述第一发射部及第二发射部形成在同一个半导体基底上或相互连接以集成为整体结构，所述光束调制元件包括扩散部及图案化部，所述扩散部对应光源结构的第一发射部进行设置，用于将所述第一光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束，所述图案化部对应光源结构的第二发射部进行设置，用于将所述第二光束的光场进行重新排布形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束，所述感测模组通过分析所述预设图案随被测目标物立体形状的变化情况来感测被测目标物的三维信息。

2.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于：所述第一发射部包括多个用于发射第一光束的第一发光体，所述第二发射部包括多个用于发射第二光束的第二发光体，所述第一发光体和第二发光体形成在同一个半导体基底上并可分别被独立地控制发光，所述半导体基底上定义出位于半导体基底中部的第一发光区域以及围绕所述第一发光区域设置的第二发光区域。

3.如权利要求2所述的感测装置，其特征在于：所述第一发光体在半导体基底上按照预设的相同间隔均匀分布，所述第二发光体在半导体基底上不规则分布或者按照预设的相同间隔均匀分布。

4.如权利要求3所述的感测装置，其特征在于：所述第一发光体形成在半导体基底的第一发光区域内，所述第二发光体形成在半导体基底的第二发光区域内；或

所述第一发光体形成在半导体基底的第二发光区域内，所述第二发光体形成在半导体基底的第一发光区域内。

5.如权利要求4所述的感测装置，其特征在于：所述第一发光区域为矩形，所述第二发光区域对应设置在第一发光区域的四个边角处。

6.如权利要求4所述的感测装置，其特征在于：所述第二发光区域为在所述第一发光区域外包围所述第一发光区域一圈的框形区域，所述第一发光区域与第二发光区域之间最小间距D的大小满足条件其中H为光源结构的发光面与设置在光源结构上方顺序排列的第一个光学元件之间的距离，θ为从第一发光区域和第二发光区域所发出光束的最大发散角度。

7.如权利要求4所述的感测装置，其特征在于：所述第一发光区域为位于半导体基底中部的矩形，所述第二发光区域为所述半导体基底形成有发光体的表面上除了第一发光区域以外的其他区域。

8.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于：所述第一发射部包括形成在一第一半导体基底上的第一发光体及导光板，所述导光板包括入光面及出光面，所述第一发光体对应导光板的入光面设置，所述第二发射部设置在导光板出光面的中间位置，所述第二发射部包括形成在一第二半导体基底上的一个或多个第二发光体。

9.如权利要求8所述的感测装置，其特征在于：所述多个第二发光体在第二半导体基底上不规则分布；或

所述多个第二发光体在第二半导体基底上按照预设的相同间隔均匀地排布。

10.如权利要求2所述的感测装置，其特征在于：所述第二发射部包括一个形成在半导体基底中部的第二发光体，所述第一发射部包括多个围绕所述第二发光体对称分布的第一发光体，所述第一发光体及第二发光体形成在同一个半导体基底上并分别被独立地控制发光，所述第一发光体和第二发光体均为单孔宽面型垂直腔面发射激光器；或

所述第二发射部包括多个不规则分布在半导体基底中部的第二发光体，所述第一发射部包括围绕所述多个第二发光体所在区域对称分布的多个第一发光体，所述第一发光体及第二发光体形成在同一个半导体基底上并分别被独立地控制发光，所述第一发光体为单孔宽面型垂直腔面发射激光器，所述第二发光体为多个垂直腔面发射激光器组成的发光阵列。

11.如权利要求10所述的感测装置，其特征在于：所述第一发光体的单孔宽面型垂直腔面发射激光器的发光面形状可以为矩形或直角框条形。

12.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于：所述第二光束经由图案化部重新排布光场后形成的预设图案选自不规则分布光斑图案、规则排布的条纹状图案、以及沿不同方向相互交叉的规则网格图案的图案光束中的一种及其组合。

13.如权利要求1-11中任意一项所述的感测装置，其特征在于：所述光束调制元件的图案化部及扩散部形成在同一个透明基板上；或

所述光束调制元件的扩散部和图案化部分别形成在不同的透明基板上，所述形成有图案化部的透明基板定义为图案化基板，所述形成有扩散部的透明基板定义为扩散基板，所述扩散基板与图案化部对应的区域保持透光，所述图案化基板与扩散部对应的区域保持透光。

14.如权利要求1-11中任意一项所述的感测装置，其特征在于：所述图案化部的功能通过在透明基板上的对应位置形成特定的图案化光学纹路来实现，所述图案化光学纹路选自衍射光学纹路、光学微透镜阵列、光栅中的一种及其组合。

15.如权利要求1-11中任意一项所述的感测装置，其特征在于：所述光学投影模组还包括光路导向元件，所述光路导向元件设置在光源结构与光束调制元件之间并与所述光源结构的第一发射部的出光面对应的位置处，所述光路导向元件用于将第一发射部呈发散状出射的第一光束引导照射到所述光束调制元件的扩散部。