CN211236319U - 微透镜阵列、光发射模组、深度相机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的光发射模组包括光源、棱镜、微透镜阵列和衍射光学元件；棱镜包括入光面、反射面和出光面，入光面的一端和出光面的一端连接而呈“L”形，反射面的两端分别连接入光面的另一端和出光面的另一端，反射面用于将进入入光面的光线反射至出光面出射；入光面位于光源的出光侧，衍射光学元件设于出光面的出光侧，微透镜阵列设于光源和入光面之间或出光面与衍射光学元件之间。通过上述设置，使得光发射模组的厚度薄，满足结构轻薄化的需求。本实用新型还提供了一种微透镜阵列、深度相机和电子设备。

Description

微透镜阵列、光发射模组、深度相机和电子设备

技术领域

本实用新型属于深度成像技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列、光发射模组、深度相机和电子设备。

背景技术

三维成像是一种新兴的成像技术，能够获得目标物体的三维图像。目前主流的三维成像技术主要包括结构光(structure light)、飞行时间(Time of Flight，TOF)和双目成像方案。其中，结构光方案具有响应快、精度高等特点，是一种主流方案。

结构光的原理是通过光发射模组发射光线在目标物体上形成散斑，散斑的数量可达数万个，光接收模组接收目标物体反射的散斑的光线，通过对散斑的图案进行分析，从而得到目标物体的三维图像。

目前结构光方案的光发射模组的结构包括准直透镜，一般是光源、准直透镜和衍射光学元件的层叠结构。现有的光发射模组存在厚度较厚，不够轻薄化，不便于在如智能手机上布置的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种微透镜阵列、光发射模组、深度相机和电子设备，能够实现模组的结构轻薄化。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个微透镜朝光线入射方向凸出形成凸透镜，光源发射的中心光束的光路为光轴，所述光轴通过所述多个微透镜中的第一微透镜的几何中心，所述多个微透镜相对所述第一微透镜呈中心对称。凸透镜能够改变光路，从而实现微透镜阵列的光线均匀和准直作用；光轴通过第一微透镜的几何中心，可使得整个光路的路径和形态规律，获得更好的均匀性和准直度。

一种实施方式中，所述第一微透镜周围的微透镜为第二微透镜，以过所述第二微透镜的几何中心且平行于所述光轴的直线为转轴，所述第二微透镜相对所述转轴非旋转对称。设置第二微透镜相对转轴非旋转对称，能够对发散的光线进行匹配，获得比旋转对称更好的均匀性和准直度。

一种实施方式中，所述第二微透镜之位于所述转轴和所述光轴之间的表面的曲率为第一曲率，所述第二微透镜之位于所述转轴背向所述光轴一侧的表面的曲率为第二曲率，所述第二曲率大于所述第一曲率。设置第二曲率大于第一曲率，可对发散的光线进行匹配，满足均匀和准直的要求。

一种实施方式中，多个所述第二微透镜按与所述第一微透镜的距离由近及远，所述第一曲率呈逐渐减小的趋势，所述第二曲率呈逐渐增大的趋势，以满足发散的光线的均匀和准直要求。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种光发射模组，包括光源、棱镜、微透镜阵列和衍射光学元件；所述棱镜包括入光面、反射面和出光面，所述入光面的一端和所述出光面的一端连接而呈“L”形，所述反射面的两端分别连接所述入光面的另一端和所述出光面的另一端，所述反射面用于将进入所述入光面的光线反射至所述出光面出射；所述入光面位于所述光源的出光侧，所述衍射光学元件设于所述出光面的出光侧，所述微透镜阵列设于所述光源和所述入光面之间或所述出光面与所述衍射光学元件之间。

通过设置棱镜的入光面、反射面和出光面的独特结构，使得光源能够从衍射光学元件的侧面入射光线，可减薄光发射模组的厚度，并且，设置的微透镜阵列相比于现有技术的准直透镜而言，厚度也显著减小，从而使得光发射模组的厚度薄，满足结构轻薄化的需求。

一种实施方式中，所述衍射光学元件包括基板和多个微结构，所述多个微结构和所述多个微透镜分别形成于所述基板之相背的表面。微透镜阵列和衍射光学元件共用同一个基板，可进一步减薄模组的厚度，便于结构的轻薄化设计。

一种实施方式中，所述多个微透镜形成于所述入光面，并相对所述入光面朝向所述光源突出。精简了光发射模组的结构，便于结构轻薄化设计。

一种实施方式中，所述多个微透镜形成于所述出光面，并自所述出光面朝向所述反射面凹陷。精简了结构，便于结构轻薄化设计。

一种实施方式中，所述衍射光学元件包括多个微结构，所述多个微结构形成于所述出光面。能够进一步的将光发射模组的厚度减薄，实现结构轻薄化设计。

第三方面，本实用新型实施例提供一种深度相机，包括光接收模组和第二方面各种实施方式中任一项所述的光发射模组，所述光发射模组的光源发出的光线，从衍射光学元件衍射后形成多个散斑，所述多个散斑照射在目标物体后反射，所述光接收模组接收反射的所述多个散斑。由于光发射模组的结构可做的轻薄化，使得深度相机整体可轻薄化。

第四方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括第二方面的深度相机。通过设置深度相机，能够实现深度信息的记录，并且，本实用新型实施例的深度相机的结构能够实现轻薄化，便于实现电子设备的整体轻薄化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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是一种实施方式的电子设备的结构示意图；

图2是一种实施方式的深度相机示意图；

图3是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图4是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图5是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图6是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图7是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图8是一种实施方式的光发射模组的结构示意图；

图9是一种实施方式的光发射模组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型实施例提供一种电子设备1，包括本实用新型实施例提供的深度相机1000。电子设备1例如可以为智能手机、平板电脑、PSP游戏机等。通过设置深度相机1000，能够实现深度信息的记录，并且，本实用新型实施例的深度相机1000的结构能够实现轻薄化，便于实现电子设备1的整体轻薄化。

请参考图2，本实用新型实施例提供一种深度相机1000，包括光接收模组1200和本实用新型实施例提供的光发射模组1100。结合图2和图3，光发射模组1100的光源11发出的光线，从衍射光学元件14衍射后形成多个散斑，多个散斑照射在目标物体2000后反射，光接收模组1200接收反射的多个散斑。

光发射模组1100和光接收模组1200可以为一体式结构或分体式结构，深度相机1000还可以包括控制器等器件，能对光接收模组1200接收的散斑进行分析，得到目标物体2000的三维图像。目标物体2000例如可以为人脸，深度相机1000通过分析在人脸上的散斑的图像，得到人脸的三维特征，能够用于生物识别，应用于移动支付等场景，提高安全性。

由于本实用新型实施例的光发射模组1100的结构可做的轻薄化，使得深度相机1000整体可轻薄化。

下面详细介绍本实用新型实施例的光发射模组的结构。

请参考图3，本实用新型实施例提供一种光发射模组，包括光源11、棱镜12、微透镜阵列13和衍射光学元件14。

光源11为点光源，用于发射逐渐扩散的多束光线，光线例如为激光、红外线、紫外线、可见光的任意一种。当光发射模组用于智能手机等移动终端上时，为避免干扰移动终端的可见光相机的成像，光源11发射的光线为除可见光外的激光、红外线、紫外线的任意一种。

棱镜12用于反射光线，整体呈透明状。棱镜12包括入光面121、反射面122和出光面123，入光面121的一端和出光面122的一端连接而呈“L”形，反射面122的两端分别连接入光面121的另一端和出光面123的另一端，反射面122用于将进入入光面121的光线反射至出光面123出射。入光面121位于光源11的出光侧。如此，可使得光源11发射的光线的光路改变，从而便于在狭窄的空间布置各器件。

衍射光学元件14设于出光面123的出光侧，微透镜阵列13设于出光面123与衍射光学元件14之间。

其中，微透镜阵列13用于均匀并准直光线，使得射入光学衍射元件14的光线均匀且互相平行，使得从光学衍射元件14出射的衍射光斑均匀。

通过设置棱镜12的入光面121、反射面122和出光面123的独特结构，使得光源11能够从衍射光学元件14的侧面入射光线，可减薄光发射模组的厚度，并且，设置的微透镜阵列23相比于现有技术的准直透镜而言，厚度也显著减小，从而使得光发射模组的厚度薄，满足结构轻薄化的需求。

一种实施例中，请参考图3和图4，微透镜阵列13包括多个微透镜132，多个微透镜132朝光线入射方向凸出形成凸透镜。凸透镜能够改变光路，从而实现微透镜阵列13的光线均匀和准直作用。

光源11发射的中心光束的光路为光轴100，光轴100通过多个微透镜132中的第一微透镜1321的几何中心，多个微透镜132相对第一微透镜1321呈中心对称。第一微透镜1321可以为多个微透镜132的中心位置的微透镜，也可以为中心区域附近的微透镜。光轴100通过第一微透镜1321的几何中心，可通过调整光源11、棱镜12和微透镜阵列13的相互位置关系而实现，如此，便可使得整个光路的路径和形态规律，获得更好的均匀性和准直度。

其中，请参考图3，光轴100为光源11发射的光线101的中心的一束光线，光轴100与反射面122的夹角为45°，当光轴100从光源11以水平方向入射至棱镜12后，从棱镜12出射的光轴100为竖直方向。除光轴100外，光源11发射的逐渐扩散的光线经入光面121进入棱镜12后，也依反射定律在反射面122上反射，并从出光面123出射，从出光面123出射的光线102也呈逐渐扩散的形态。当光线102经多个微透镜132后，形成互相平行且均匀的光线103而入射至衍射光学元件14，从衍射光线元件14出射的光线在目标物体上最终形成多个均匀分布的散斑。

多个微透镜132可通过纳米压印等工艺形成在第一基板131上，能实现大批量生产，成本低。第一基板131可为透明状的玻璃或树脂等材料，用于承载多个微透镜132。

衍射光学元件14包括第二基板141和多个微结构142，第二基板141与第一基板131类似，多个微结构142可通过压印、刻蚀等方式形成在第二基板141上。多个微结构142可以为凸起或凹槽，其具体形状不限。多个微结构142可以形成在第二基板141之朝向微透镜阵列13的一侧表面或其背面均可。当从微透镜阵列13出射的光线103进入多个微结构142时，形成衍射效应，能够从衍射光学元件14出射多个散斑，散斑的数量可达数万个。

请继续参考图3和图4，第一微透镜1321周围的微透镜为第二微透镜1322，以过第二微透镜1322的几何中心且平行于光轴100的直线为转轴104，第二微透镜1322相对转轴104非旋转对称。设置第二微透镜1322相对转轴104非旋转对称，能够对发散的光线进行匹配，获得比旋转对称更好的均匀性和准直度。其中，非旋转对称是指第二微透镜1322的外表面的面型并不是通过一段弧线绕转轴104旋转360°而得到。换而言之，第二微透镜1322的外表面的曲率在相对于转轴104的不同位置是不同的。

请参考图4，第二微透镜1322之位于转轴104和光轴100之间的表面为第一表面S1，第一表面S1的曲率为第一曲率。第二微透镜1322之位于转轴104背向光轴100一侧的表面为第二表面S2，第二表面S2的曲率为第二曲率。第二曲率大于第一曲率。由于光轴100周围的光线是发散的，越远离光轴100，光线需要偏转的角度越大，故设置第二曲率大于第一曲率，可对发散的光线进行匹配，满足均匀和准直的要求。

进一步的，多个第二微透镜1322按与第一微透镜1321的距离由近及远，第一曲率呈逐渐减小的趋势，第二曲率均呈逐渐增大的趋势，以满足发散的光线的均匀和准直要求。

一种实施例中，请参考图5，微透镜阵列23设于光源21和入光面221之间。光发射模组的其他结构与图3所示实施例基本相同，主要区别是光源21发射的光线201先经过微透镜阵列23均匀和准直，准直后的光线202射入棱镜22的入光面221，经反射面222反射后从出光面223出射，从出光面223出射的光线203也为均匀且互相平行的光线，光线203射入衍射光学元件24后向目标物体发射散斑。

微透镜阵列23的结构与图3实施例的微透镜阵列13的结构相同，也包括第一基板231和多个微透镜232，多个微透镜232朝向光线入射方向，即光源21的方向凸出。光轴200也通过多个微透镜232中的第一微透镜(参考图4中的附图标记1321)的几何中心。

衍射光学元件24与图3实施例的衍射光学元件14的结构相同，也包括第二基板241和多个微结构242，参照即可，不再赘述。

本实施例中，将微透镜阵列23设置于光源11和入光面221之间，能够将光发射模组的整体厚度进一步降低，满足结构轻薄化要求。

一种实施例中，请参考图6，与图3实施例基本相同，即光发射模组包括光源31、棱镜32、第一基板331、多个微透镜332和多个微结构342。区别在于，多个微结构342和多个微透镜332分别形成于第一基板331之相背的表面。换而言之，图3实施例中的微透镜阵列13和衍射光学元件14集成为一个整体，可将多个微结构142形成在第一基板131上，或者，将多个透镜132形成在第二基板141上，且多个微结构142形成在背向多个微透镜132一侧的表面。即微透镜阵列13和衍射光学元件14共用同一个基板，可进一步减薄模组的厚度，便于结构的轻薄化设计。

本实施例中，光源31发射的光线301经入光面321进入棱镜32，经反射面322发射后从出光面323出射，从出光面323出射的光线302经多个微透镜332均匀和准直后经第一基板331(也可为第二基板)出射至多个微结构342产生衍射，从多个微结构342出射的光线303最终在目标物体上形成散斑。光发射模组的光轴300与前述类似，也通过多个微结构332中的第一微透镜(参考图4中的附图标记1321)的几何中心。

一种实施例中，请参考图7，与图5实施例基本相同，包括光源41、棱镜42、多个微透镜432、衍射光学元件44，衍射光学元件44包括第二基板441和多个微结构442。区别在于，多个微透镜432形成于入光面421，并相对入光面421朝向光源41突出。换而言之，将图5实施例中的微透镜阵列23和棱镜22集成为一体，可省掉第一基板231，精简了光发射模组的结构，便于结构轻薄化设计。

本实施例中，光源41发射的光线401经多个微透镜432均匀和准直后经棱镜42的入光面421进入棱镜42，经反射面422发射后从出光面423出射，从出光面423出射的光线402进入光学衍射元件44后衍射，形成向目标物体发射的散斑。光发射模组的光轴400与前述类似，也通过多个微结构432中的第一微透镜(参考图4中的附图标记1321)的几何中心。

一种实施例中，请参考图8，与图3实施例基本相同，包括光源51、棱镜52、多个微透镜532和衍射光学元件54，衍射光学元件54包括第二基板541和多个微结构542。区别在于，多个微透镜532形成于出光面523，并自出光面523朝向反射面522凹陷。换而言之，本实施例相当于图3实施例的微透镜阵列13和棱镜12集成为一体式结构，取消了第一基板131，并将多个微透镜132直接形成在棱镜12上，也精简了结构，便于结构轻薄化设计。将多个微透镜532形成在棱镜52上的工艺可采用镭射。

本实施例中，光源51发射的光线501经入光面521进入棱镜52，在反射面522反射后进入多个微透镜532进行均匀和准直，后经出光面523出射的光线502进入衍射光学元件54，从衍射光学元件54出射的光线在目标物体上形成散斑。光发射模组的光轴500与前述类似，也通过多个微结构532中的第一微透镜(参考图4中的附图标记1321)的几何中心。

一种实施例中，请参考图9，与图7实施例基本相同，也包括光源61、棱镜62、多个微透镜632和多个微结构642。区别在于，多个微结构642形成于出光面623。换而言之，将图7实施例中的衍射光学元件44与棱镜42集成为一体式结构，省略了第二基板441，而是将多个微结构442直接形成在出光面423上。能够进一步的将光发射模组的厚度减薄，实现结构轻薄化设计。

本实施例中，光源61发射的光线601经多个微透镜632均匀和准直后从入光面621进入棱镜62，经反射面622反射后从出光面623出射，同时，由于出光面623形成有多个微结构642，在出光面623产生衍射效应，衍射后的光线602在目标物体上形成散斑。光发射模组的光轴600与前述类似，也通过多个微结构632中的第一微透镜(参考图4中的附图标记1321)的几何中心。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，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，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种微透镜阵列，其特征在于，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个微透镜朝光线入射方向凸出形成凸透镜，光源发射的中心光束的光路为光轴，所述光轴通过所述多个微透镜中的第一微透镜的几何中心，所述多个微透镜相对所述第一微透镜呈中心对称，所述第一微透镜周围的微透镜为第二微透镜，以过所述第二微透镜的几何中心且平行于所述光轴的直线为转轴，所述第二微透镜相对所述转轴非旋转对称。

2.如权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第二微透镜之位于所述转轴和所述光轴之间的表面的曲率为第一曲率，所述第二微透镜之位于所述转轴背向所述光轴一侧的表面的曲率为第二曲率，所述第二曲率大于所述第一曲率。

3.如权利要求2所述的微透镜阵列，其特征在于，多个所述第二微透镜按与所述第一微透镜的距离由近及远，所述第一曲率呈逐渐减小的趋势，所述第二曲率呈逐渐增大的趋势。

4.一种光发射模组，其特征在于，包括光源、棱镜、衍射光学元件和如权利要求1至3任一项所述的微透镜阵列；所述棱镜包括入光面、反射面和出光面，所述入光面的一端和所述出光面的一端连接而呈“L”形，所述反射面的两端分别连接所述入光面的另一端和所述出光面的另一端，所述反射面用于将进入所述入光面的光线反射至所述出光面出射；所述入光面位于所述光源的出光侧，所述衍射光学元件设于所述出光面的出光侧，所述微透镜阵列设于所述光源和所述入光面之间或所述出光面与所述衍射光学元件之间。

5.如权利要求4所述的光发射模组，其特征在于，所述衍射光学元件包括基板和多个微结构，所述多个微结构和所述多个微透镜分别形成于所述基板之相背的表面。

6.如权利要求4所述的光发射模组，其特征在于，所述多个微透镜形成于所述入光面，并相对所述入光面朝向所述光源突出。

7.如权利要求4所述的光发射模组，其特征在于，所述多个微透镜形成于所述出光面，并自所述出光面朝向所述反射面凹陷。

8.如权利要求6所述的光发射模组，其特征在于，所述衍射光学元件包括多个微结构，所述多个微结构形成于所述出光面。

9.一种深度相机，其特征在于，包括光接收模组和如权利要求4至8任一项所述的光发射模组，所述光发射模组的光源发出的光线，从衍射光学元件衍射后形成多个散斑，所述多个散斑照射在目标物体后反射，所述光接收模组接收反射的所述多个散斑。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的深度相机。

Images