CN109471322A - 投影装置及其光源和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置，包括半导体衬底；设置在所述半导体衬底上的光源，所述光源包括多个用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元形成的点阵集合具有相关性，且所述点阵集合可划分为2个或2个以上的点阵子集，每一点阵子集对应不少于10个发光单元，至少一个所述点阵子集不具有相关性；光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。本发明还公开了一种光源和设备。本发明投影装置及其光源和设备具有较好的用户体验。

Description

投影装置及其光源和设备

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种的投影装置及其光源和设备。

背景技术

随着技术进步和人们生活水平提高，包括手机，平板电脑等在内的电子设备具有更多的高科技功能，例如：面部识别解锁，籍此获得更好的用户体验。为了实现上述功能，设备需要能够获取对象的二维或三维信息以实现对象特征识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种用户体验较好的投影装置及其光源和设备。

本发明的一个方面提供了一种投影装置，包括半导体衬底；光源，所述光源包括多个设置在所述半导体衬底上的用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元形成的点阵集合具有相关性，至少部分所述发光单元形成的点阵子集不具有相关性；光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。

可选的，所述多个发光单元共用一个衬底，或者所述多个发光单元设置在多个衬底上。

可选的，所述点阵子集对应的发光单元数量不小于所述发光单元全部数量的10％，或者所述点阵子集对应的发光单元数量不小于10个。

可选的，所述点阵集合或点阵子集的相关性在二维平面坐标系中计算，所述坐标系为极坐标系或直角坐标系。

可选的，所述多个发光单元形成的点阵集合的相关性系数大于或等于0.3。

可选的，所述发光单元包括VCSEL，或LED，或LD中的一种或几种。

可选的，所述光学组件包括衍射光学元件和/或透镜。

可选的，所述投影装置还包括驱动电路，所述驱动电路提供所述发光单元工作电流。

本发明的一个方面还提供一种光源，包括多个用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元形成的点阵集合具有相关性，且所述点阵集合包括至少一个不具有相关性的点阵子集。

本发明的一个方面还提供了一种设备，所述设备包括投影装置和接收装置，所述投影装置投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束并被所述接收装置接收，所述投影装置包括多个发光单元，所述多个发光单元对应的二维图案具有相关性，且所述二维图案可划分出至少一个不具有相关性的子二维图案，所述投影装置能够投影具有多个对应所述发光单元的二维图案的斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束被所述接收装置接收，所述子二维图案对应不少于10个发光单元。

相较于现有技术，本发明投影装置及其光源和设备能够用于对象特征识别，具有较好的用户体验。

附图说明

图1是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图2是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图3是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图4是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图5是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图6是本发明投影装置的一个实施例的示意图；

图7是是图6的投影装置投影形成的斑点图案示意图；

图8是本发明光源的一个实施例的示意图；

图9是本发明设备的一个实施例的示意图。

具体实施方式

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

请参阅图1，本发明的一方面公开一种投影装置，投影装置10包括光源20和光学组件30。所述光源20发射光束到所述光学组件30，所述光束经所述光学组件30优化处理后可照射到外部对象上，例如照射到人脸上。本实施例中，所述光束可以是红外光。本发明其他实施例中，所述光源20发射的光束可以是可见光，紫外光，电磁波，声波，超声波中的一种或多种。

一般地还有至少一个接收装置配合所述投影装置10，用于接收至少部分被外部对象反射的所述光束，从而获取外部对象的深度信息。

所述光源20包括多个发光单元21，所述多个发光单元21的排列分布又可称为发光单元21的阵列。所述发光单元21可以包括LED(Light Emitting Diode)，VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)或LD(Laser Diode)中的一种或几种。

本发明的一些实施例中，所述投影模组10还包括衬底22，所述发光单元21呈具有一定相关性的二维图案分布在所述衬底22上。所述光学组件30设置在所述衬底22的垫层上，所述光学组件30正对所述光源20的多个发光单元21设置。本实施例中，所述衬底22是半导体衬底。本发明其他实施例中，所述衬底22还可以是玻璃衬底，金属衬底等。本发明的变更实施例中，所述投影装置还包括驱动电路，所述驱动电路用于给所述发光单元21提供工作电流。

本实施例中，所述光学组件30包括衍射光学元件(DOE,Diffraction OpticalElement)。本发明其他的实施例中，所述光学组件30还可以包括设置在衍射光学元件和光源20之间的透镜或透镜组。所述光学组件30可用于将所述发光单元21发射的光束进行分束处理，即将入射光束复制并扩展成多个光束。所述发光单元21发射的光束经所述光学组件30后复制成多个光束。将每个发光单元21看作点光源，其所发射光束被所述光学组件30复制成多个光斑，那么所述光学组件30可以将所述多个发光单元21具有的二维图案复制成由光斑组成的多个对应的图案。请参阅图2，本发明的一个变更实施例中，所述光学组件30包括衍射光学元件31和透镜32。所述透镜32可以是凸透镜或者凹透镜，可以用于汇聚或发散光束。所述衍射光学元件31用于将光源30发射的多个光束复制并投影。

为方便描述和清楚理解，将所述发光单元21的分布形成的二维图案称为点阵集合，其中部分发光单元21对应的二维图案称为点阵子集，点阵子集以外的发光单元21对应的二维图案为“所述点阵子集的补集”或补集。所述点阵集合通常包括两个或两个以上的点阵子集。将所述发光单元21发射的光束在空间某一个平面上形成的光斑称为“光点”，多个所述光点具有和其所对应的多个发光单元21分布形成的二维图案基本一致的二维图案。

通常但不是必须的，点阵子集及其对应的发光单元21所对应的区域在二维空间中满足开集和连通的条件，且为凸区域。在某些实施例中，所述区域有时也指代闭区域。若点阵子集中每一个点至少存在一个邻域全部包含于内，则称该点阵子集为开集。若点阵子集中任何两点，都可用完全属于该点阵子集的一条折线连接起来，则称该点阵子集是连通的。

需要说明的是，本发明或者其他技术资料中可能出现其他用于描述上述情形的词语，例如但不限于：散斑，或二维图案，或子二维图案，或结构光图案等，本领域技术人员应当理解为等同本发明的点阵集合或点阵子集。

本发明的所述实施例中，所述点阵集合的自相关性较高，所述点阵集合可划分为2个或2个以上的点阵子集，每个点阵子集对应不少于10个的发光单元21，至少一个所述点阵子集的自相关性较低。需要说明的是，上述关于点阵子集的划分并不需要是唯一的，所述点阵集合可以有多种划分，从而可以得到不同的点阵子集。

本实施例中，所述自相关性可以用变量p表示，-1≤p≤1。通常的，当0≤p＜0.3时，认为所述点阵集合或点阵子集自相关性较低或不具有相关性。当p≥0.3时，认为所述点阵集合或点阵子集具有较明显自相关性。

关于自相关性变量p可采用如下公式进行计算：

设立二维平面坐标系，例如X轴-Y轴的直角坐标系，令所述发光单元21的个数为n，其中第i个发光单元21具有对应坐标(x_i，y_i)(i为大于10的整数)，所有发光单元21的x轴坐标值的均值为所有发光单元21的y轴坐标值的均值为

本发明其他或变更实施例中，所述自相关性计算也可以采用其他公式或算法，或者设立其他坐标系，如：极坐标系。一般地，矩阵，正多边形网格，或者其在二维空间平移后的图案是具有较高自相关性的。此外，将二维图案的进行二次或多次复制后得到的二维图案具有较高的自相关性。

为了便于描述和理解，当谈及某个二维图案的自相关性时，如果其自相关性较高，本发明说明书或权利要求书有时也称其具有相关性；如果其自相关性较低，本发明说明书或权利要求书有时也称其不具有相关性。

请参阅图3，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案的点阵集合可划分为9个基本相同的点阵子集(如虚线划分的3X3方格)，所述点阵集合具有相关性，所述9个点阵子集均不具有相关性。

请参阅图4，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案的点阵集合可划分为4个点阵子集(如虚线划分的2X2方格)，其中3个点阵子集具有基本相同的二维图案，另一点阵子集具有不相同的二维图案。所述点阵集合具有相关性，所述点阵子集中的3个不具有相关性

请参阅图5，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案的点阵集合可划分为4个点阵子集(如虚线划分的2X2方格)，其中3个点阵子集具有基本相同的二维图案，另一点阵子集具有不相同的二维图案。所述点阵集合具有相关性，所述点阵子集中的1个不具有相关性。

请参阅图6，本发明的一个实施例中，所述多个发光单元21形成的二维图案的点阵集合可划分为2个具有基本相同二维图案的点阵子集(如虚线划分的2X1方格)，所述点阵集合具有较高的相关性，所述点阵子集中的具有较低的自相关性。其中，每个点阵子集对应60个发光单元21形成的不具有相关性的二维图案。

请参阅图7，是图6所示发光单元21的阵列所发射光束经光学组件30复制和投影后形成的散斑图案，其中每一个小圆圈代表一个光点。在所述实施例中，所述光学组件30包括衍射光学元件，所述衍射光学元件将所述发光单元21形成的阵列按照3X3矩阵进行复制，每个小矩阵方框和所述多个发光单元21形成的二维图案相对应。

所述斑点图案照射到外部对象上，并被接收装置接收后，图像处理器能够通过计算每个斑点的光束对应的局部位移并利用三角测量得到该斑点处对应的深度坐标，从而获取外部对象的深度信息。

本发明上述及其他变更实施例中，所述点阵子集可以具有矩阵或网格排列，也可以不按照矩阵或网格排列，例如可以是随机或伪随机分布。

本发明上述或其他实施例中，所述多个发光单元21是集成在一片或单个晶片(Die)上，

请参阅图8，本发明的还公开一种光源，其包括多个设置在基板上的发光单元(图8中小圆圈所示)，所述发光单元可以是发光单元，例如LED，VCSEL或LD。所述发光单元形成具有相关性的点阵集合，所述点阵集合具有至少一个不具有相关性的点阵子集。

本发明还公开一种设备，其包括上述本发明投影装置10，所述设备例如但不限于手机，平板电脑，笔记本电脑，监控设备，车载设备，智能家居设备等具有3D对象识别功能的设备。

请参阅图9，本发明的一个实施例中，设备100包括投影装置101、接收装置102和***述投影装置101和接收装置102的主体103。所述投影装置101投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束被所述接收装置102接收。所述投影装置101和投影装置10具有大致相同的结构。所述投影装置101包括多个发光单元，所述多个发光单元对应的二维图案具有相关性，且所述二维图案可划分出至少一个不具有相关性的子二维图案，所述子二维图案对应不少于10个发光单元。所述投影装置101能够投影具有多个对应所述发光单元的二维图案的斑点图案的光束到外部对象上。

所述主体103还包括处理器，所述处理器可以根据接收装置102接收到的光束获取对象的二维信息或深度信息。例如，处理器能够通过计算每个斑点的光束对应的局部位移并利用三角测量得到该斑点处对应的深度坐标，从而获取对象的深度信息。

所述光束可以是红外光，紫外光或可见光。本实施例中以红外光为例，所述接收装置102包括红外传感器，所述投影装置101包括多个VCSEL。所述主体还包括处理器，所述处理器可以根据接收到的红外光获取对象的深度信息。一些实施例中，所述主体103还包括显示屏和摄像头，所述显示屏可用于显示画面，所述摄像头可用于拍照或摄像。

本实施例中，所述设备100利用结构光获取对象的深度信息，进行对象的三维特征识别或三维图像绘制。本发明的另一些实施例中，所述设备100包括二个或者多个接收装置102，根据所述二个或多个接收装置102接收到的光束，所述设备100可以根据双目成像原理绘制对象的三维图像和获取对象的深度信息。

本发明的另一些实施例中，所述投影装置10和设备100还可以用作二维图像绘制或者二维对象特征识别。

相较于现有技术，本发明投影装置和设备能够获取对象深度信息，绘制对象三维图像，具有较好的用户体验。

本发明的描述中提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。需要说明的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定设置，也可以是可拆卸设置，或一体地设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种投影装置，包括：

半导体衬底；

光源，所述光源包括多个设置在所述半导体衬底上的用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元形成的点阵集合具有相关性，至少部分所述发光单元形成的点阵子集不具有相关性；

光学组件，用于将所述发光单元发射的光束复制成多个光束。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述多个发光单元共用一个衬底，或者所述多个发光单元设置在多个衬底上。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述点阵子集对应的发光单元数量不小于所述发光单元全部数量的10％，或者所述点阵子集对应的发光单元数量不小于10个。

4.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述点阵集合或点阵子集的相关性在二维平面坐标系中计算，所述坐标系为极坐标系或直角坐标系。

5.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述多个发光单元形成的点阵集合的相关性系数大于或等于0.3。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述发光单元包括VCSEL，或LED，或LD中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光学组件包括衍射光学元件和/或透镜。

8.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括驱动电路，所述驱动电路提供所述发光单元所需工作电流。

9.一种光源，包括多个设置在所述半导体衬底上的用于发射光束的发光单元，所述多个发光单元形成的点阵集合具有相关性，至少部分所述发光单元形成的点阵子集不具有相关性。

10.一种设备，所述设备包括投影装置和接收装置，所述投影装置投影具有斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束并被所述接收装置接收，所述投影装置包括多个发光单元，所述多个发光单元对应的二维图案具有相关性，且所述二维图案可划分出至少一个不具有相关性的子二维图案，所述投影装置能够投影具有多个对应所述发光单元的二维图案的斑点图案的光束到外部对象上，外部对象反射的至少部分光束被所述接收装置接收，所述子二维图案对应不少于10个发光单元。