CN112711135A - 一种扫描点阵投射***和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种扫描点阵投射***，包括光源、转向镜和光线可穿透的扩散组件。光源发射准直光线，转向镜设置在准直光线的出射方向，将入射到转向镜的准直光线进行反射得到反射光线，转向镜被设置为能够偏转，使得经过转向镜得到的反射光线的第一出射角在预设角度范围内变化。扩散组件设置在反射光线的出射方向，当反射光线入射到扩散组件时，扩散组件可以对该反射光线进行扩散，使得当反射光线从扩散组件射出时的出射角大于反射光线射入扩散组件时的入射角，从扩散组件射出的光线照射在被测物面上，以实现对被测物面的扫描。由于扩散组件的扩散作用，从而放大了扫描角度，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

Description

一种扫描点阵投射***和电子设备

技术领域

本申请涉及光学三维传感技术领域，尤其涉及一种扫描点阵投射***和电子设备。

背景技术

随着三维成像技术的应用，3维(3Dimensions，3D)传感器成为新一代终端传感器例如手机传感器的热点。终端可以利用3D传感器实现对目标的3D成像和识别。适用于3D传感领域的技术有立体成像、结构光、利用飞行时间(Time Of Flight，TOF)的摄像头即TOFcamera、利用TOF的3D扫描仪即TOF scanner等，其中，TOF scanner具有工作距离长、分辨率高等优点，是下一代3D传感器的首选技术。

基于微镜的扫描式点阵投射***是TOF scanner发射端最常见的方案，其利用微镜的二维转动实现对目标的扫描，从而在TOF scanner接收端实现三维成像。

然而，该方案对微镜二维转动的角度、发射光源的调制速度(微镜二维转动的速度) 等要求极高，以每秒30帧视频图形阵列(Video Graphics Array，VGA)图像计算为例，每秒需要采集至少9百万个点，要求微镜旋转角度即视角(Field Of View，FOV)超过±30度，极大程度上增加了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

发明内容

本申请实施例提供了一种扫描点阵投射***和电子设备，即使转向镜偏转的角度很小，也可以扩散得到较大的扫描角度，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供以下技术方案：

本申请实施例提供了一种扫描点阵投射***，包括光源、转向镜和光线可穿透的扩散组件。其中，光源可以发射准直光线，避免由于光线发散使得最终在被测物面形成的光斑过大而导致分辨率下降。转向镜设置在准直光线的出射方向，可以将入射到转向镜的准直光线进行反射得到反射光线，转向镜被设置为能够偏转，使得经过转向镜得到的反射光线的第一出射角在预设角度范围内变化。扩散组件设置在反射光线的出射方向，当反射光线入射到扩散组件时，扩散组件可以对该反射光线进行扩散，使得当反射光线从扩散组件射出时的出射角大于反射光线射入扩散组件时的入射角，从扩散组件射出的光线照射在被测物面上，例如可以形成光斑，以实现对被测物面的扫描。根据光学成像原理，反射光线射入扩散组件时的入射角是根据第一出射角确定的，第一出射角随着转向镜的偏转而在预设角度范围内变化，故，即使转向镜偏转较小的角度，由于扩散组件的扩散作用，反射光线也可以以较大的第二出射角从扩散组件射出，从而放大了扫描角度。与传统***相比，该***在达到同样的扫描角度时，转向镜偏转的角度小，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

应理解，能够实现角度扩散功能的元件都可以作为扩散组件，扩散组件例如可以包括带有锯齿结构的光学薄膜，带有锯齿结构的光学薄膜的折射率大于空气折射率，由于折射作用可以将较小角度入射的光，转变为大角度出射的光，从而实现扫描角度的扩大。扩散组件也可以包括带有光栅结构的光学薄膜，利用光学衍射原理可以实现扫描角度的扩大。

当扩散组件为带有锯齿结构的光学薄膜时，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类可以为多种。由于锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角可以决定光线照射在被测物面上的位置，故，若锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角不同，则照射在被测物面上不同位置，实现多点扫描，进一步降低对偏转镜偏转速度的要求，以及降低驱动***的复杂度和功耗。另外，降低了对光源占空比的要求。

其中，照射在被测物面上位置的数量与倾角的数量相同。

在一些情况下，为了简化锯齿结构的加工，可以将锯齿结构中的锯齿设置为数量更多的锯齿，以替代数量更多的大锯齿实现类似功能。此时，锯齿结构中的锯齿可以按照周期规律排布，一个周期内的锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为多种。通过将不同倾角的锯齿重复使用，从而减少所需设计的锯齿倾角的数量，降低了设计、加工难度。

在一种可能的实现方式中，锯齿结构中不同锯齿的宽度相同。这样，当入射角为零度时，不同角度的出射光能量一致，例如照射在被测物面上形成的不同光斑的能量一致，从而降低对光源能量的要求。

可以理解的是，锯齿结构中锯齿倾斜面可以设计为多种排布，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向相同或倾斜方向不同，通常情况下，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向不同相对于倾斜方向相同情况下，光学薄膜对光线的扩散作用更强，对转向镜的偏转角度要求更低，性能上更有优势。

当锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向相同时，在一些情况下，可以采用倾角递增或递减的锯齿结构；当锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向不同时，可以采用每两个倾角大小相同的锯齿可以组成镜像对称结构；进一步地，将倾斜面的倾角数值相同、符号相反的锯齿拼在一起形成钝角结构，可以降低尖角位置的加工难度，并在使用过程中更耐磨损，提升产品可靠性。

为了进一步提高扫描的速度，以进一步降低对转向镜偏转速度的要求，还可以进一步增加同时扫描的点数，故在本申请实施例中，带有锯齿结构的光学薄膜可以包括多层。这样，反射光线可以经过多次折射，进一步增加照射在被测物面上位置的数量，增加同时扫描的点数，进一步提高扫描的速度，以进一步降低对转向镜偏转速度的要求。

当带有锯齿结构的光学薄膜包括多层时，多层光学薄膜中相邻两层光学薄膜之间可以全部采用正交放置，也可以全部采用平行放置，还可以既存在平行放置又存在正交放置。通过正交放置(即多层带有锯齿结构的光学薄膜中存在沿着反射光线的出射方向正交堆叠放置的光学薄膜)，可以在不同扫描方向上对扫描角度进行扩大，使得横向扫描角度和纵向扫描角度都明显变小，从而在多个方向上降低转向镜的偏转角度。

当采用多层带有锯齿结构的光学薄膜时，可以将多层光学薄膜进行贴合，例如可以采用静电吸附的方式贴合，或者采用真空吸附的方法贴合，或者采用胶进行贴合。在贴合时，多层带有锯齿结构的光学薄膜之间可以填充折射材料，折射材料的折射率小于锯齿结构所使用材料的折射率，此时，光学薄膜之间通过光学胶贴合。若多层带有锯齿结构的光学薄膜之间保留空气层，则光学薄膜之间可以只在锯齿齿尖位置通过胶来贴合。

当扩散组件包括带有光栅结构的光学薄膜时，光栅结构可以为一维光栅结构或二维光栅结构等。当光栅结构为一维光栅结构时，其分解成的多个照射位置呈一维排列；当光栅结构为二维光栅结构时，其分解成的多个照射位置呈二维排列，与多层带有锯齿结构的光学薄膜正交放置所实现的效果类似。

另外，基于扫描点阵投射***，本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括控制器和扫描点阵投射***，控制器用于控制扫描点阵投射***中的光源和转向镜，扫描点阵投射***如上述任一实现方式所述。由于上述扫描点阵投射***可以放大扫描角度，在达到同样的扫描角度时，转向镜偏转的角度小，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗，故包括该扫描点阵投射***的电子设备可以放大扫描角度，降低微镜的驱动***的复杂度和功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为传统的基于微镜的扫描式点阵投射***的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种扫描点阵投射***的结构图；

图3为本申请实施例提供的与扫描点阵投射***配合的接收端的结构图；

图4为本申请实施例提供的基于扫描点阵投射***实现三维扫描成像的原理示例图；

图5为本申请实施例提供的锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角示例图；

图6为本申请实施例提供的带有锯齿结构的光学薄膜实现多点扫描的示例图；

图7a为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图7b为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图8为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图9为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图10a为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图10b为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图10c为本申请实施例提供的锯齿结构排布示例图；

图11为本申请实施例提供的35°和15°两种倾角的锯齿倾斜面随不同角度入射光的出射情况示例图；

图12为本申请实施例提供的分解得到的多个光斑的排列方式示例图；

图13为本申请实施例提供的两层带有锯齿结构的光学薄膜正交放置分解得到多个光斑的示例图；

图14为本申请实施例提供的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

传统的基于微镜的扫描式点阵投射***可以参见图1所示，光源101射出的光线入射到微镜104上，微镜104可以对接收到的光线进行反射得到反射光线，反射光线投射到被测物面105上形成光斑。其中，光源101可以是102所示的脉冲光源，微镜104可以在旋转驱动***103的驱动下旋转，从而改变反射光线的出射光线，改变光斑在被测物面105上的投射位置，形成106所示的扫描点阵，从而实现对被测物面105的扫描。

然而，为了实现3D成像和识别，需要每秒采集大量点，因此，对微镜二维转动的角度、微镜二维转动的速度要求极高，极大程度上增加了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

为此，本申请实施例提供一种扫描点阵投射***，在转向镜得到的反射光线出射方向上设置扩散组件，由于扩散组件的扩散作用，可以使得当反射光线从扩散组件射出时的出射角大于反射光线射入扩散组件时的入射角，故，即使转向镜偏转的角度很小，也可以扩散得到较大的扫描角度，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗。

接下来，将结合附图对本申请的实施例进行描述。

参见图2，图2示出了一种扫描点阵投射***的结构图，该***包括光源201、转向镜 202和光线可穿透的扩散组件203。

光源201用于发射准直光线，避免由于光线发散使得最终在被测物面形成的光斑过大而导致分辨率下降。

其中，光源201可以是一个或者多个带准直光路的激光器或发光二极管(LightEmitting Diode，LED)，准直光路可以为透镜、透镜组或微透镜阵列；光源还可以是准直出射的激光器，例如脉冲激光器。

转向镜202设置在准直光线的出射方向，用于对入射到转向镜202的准直光线进行反射得到反射光线。转向镜202被设置为能够偏转，使得经过转向镜202得到的反射光线的第一出射角在预设角度范围内变化。

转向镜202周围可以设置多个电极，通过在多个电极之间施加工作电压来实现转向镜 202的偏转。转向镜202可以在一个方向或多个方向进行偏转。

转向镜202可以是基于微机电***(Micro Electro Mechanical System，MEMS)工艺加工的镜面结构。

扩散组件203设置在反射光线的出射方向，扩散组件203用于对穿过扩散组件203的反射光线进行扩散，使得当反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角大于反射光线射入扩散组件203时的入射角。从扩散组件203射出的光线照射在被测物面上，例如可以在被测物面上形成光斑，这样，随着转向镜202的偏转，可以改变光线在被测物面上的照射位置，从而实现对被测物面的扫描。由于扩散组件的扩散作用，放大了扫描角度。这样，在转向镜202偏转角度很小的情况下，就可以达到要求的比较大的扫描角度。

本申请实施例提供的扫描点阵投射***可以作为3D传感器的投射端，可以应用到终端设备上，其在终端设备的处理器的控制下开启，与3D传感器的接收端配合完成对被测物面进行三维扫描成像，然后对成像数据进行特征提取和判断，实现3D成像和目标识别的功能。

参见图3所示，接收端可以包括光学镜头204和图像传感器205。当从扩散组件203射出的光线入射到被测物面上后，以图3中所示的被测物面反射光线为例，被测物面反射光线被光学镜头204接收，并成像在图像传感器205上。随着转向镜202的偏转，可以实现对整个被测物面的扫描，从而在图像传感器205上完成三维扫描成像。

本申请实施例提供的扫描点阵投射***包括光源、转向镜和光线可穿透的扩散组件。转向镜设置在准直光线的出射方向，将入射到转向镜的准直光线进行反射得到反射光线，转向镜被设置为能够偏转，使得经过转向镜得到的反射光线的第一出射角在预设角度范围内变化。扩散组件设置在反射光线的出射方向，当反射光线入射到扩散组件时，扩散组件可以对该反射光线进行扩散，使得当反射光线从扩散组件射出时的出射角大于反射光线射入扩散组件时的入射角，从扩散组件射出的光线照射在被测物面上，以实现对被测物面的扫描。根据光学成像原理，反射光线射入扩散组件时的入射角是根据第一出射角确定的，第一出射角随着转向镜的偏转而在预设角度范围内变化，故，即使转向镜偏转较小的角度，由于扩散组件的扩散作用，反射光线也可以以较大的第二出射角从扩散组件射出，从而放大了扫描角度。与传统***相比，该***在达到同样的扫描角度时，转向镜偏转的角度小，从而降低了微镜的驱动***的复杂度和功耗，也降低了工艺难度。

需要说明的是，扩散组件203可能有多种形式，能够实现角度扩散功能的元件可以作为扩散组件203。在一种可能的实现方式中，扩散组件203可以为带有锯齿结构的光学薄膜。反射光线入射到锯齿结构的倾斜面上后，会发生光的折射而改变出射角度，由于光学薄膜的折射率大于空气折射率，故可以将较小角度入射的光，转变为大角度出射的光，使得当反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角大于反射光线射入扩散组件203时的入射角。

其中，光学薄膜可以采用玻璃或者光学塑料作为基材，通过刻蚀、纳米压印、微复制等工艺加工出锯齿结构。光学塑料例如可以是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate， PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate， PET)等。

可以理解的是，通常情况下，单点光源可以在被测物面上形成单个光斑，从而利用该光斑实现单点扫描。而在实现三维扫描成像的过程中，由于图像计算的要求，每秒需要采集大量的点，这就要求转向镜202达到较高的偏转速度。为了进一步降低转向镜202的驱动***的复杂度和功耗，且保证采集的点数可以达到图像计算的要求，在一些情况下，可以增加被测物面上形成的光斑的数量，将单点扫描方式转变为多点扫描方式，由于利用多点同时进行扫描，故可以降低对转向镜202的偏转速度的要求，进一步降低驱动***的复杂度和功耗。

为此，扩散组件203还可以用于将反射光线入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑投射在被测物面上。通过扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑的方式可以包括多种，若扩散组件203为带有锯齿结构的光学薄膜，由于锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角可以决定光斑投射在被测物面上的位置，故，若锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角不同，则可以在被测物面上形成不同的光斑。因此，在一些可能的实现方式中，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类可以为多种，从而将反射光线入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑投射在被测物面上。

参见图4所示，在被测物面上，可以自然的看作被不同的投射点(光斑)分割成多个区域，每个区域内只有一个投射点，通过转向镜202的偏转，每个投射点同时在各个区域内完成扫描，从而完成对整个被测物面的扫描。图像传感器205可以选择最小阵列排布，其中的光探测器数量(例如图4中图像传感器俯视图上的白色圆点)和投射点的数量相同，并对应每个投射点覆盖的扫描区域；或者图像传感器205可以采用更多的光探测器数量，此时，光探测器数量没有严格限制，在工艺能力许可的情况下，每个光探测器的尺寸甚至可以小于投射点。

其中，倾角包括角度值和方向，参见图5所示，倾斜面1和倾斜面2的倾角大小都是35°，但是倾斜面1和倾斜面2的倾斜方向相反，则倾角方向相反。在本实施例中，可以认为倾斜面2的倾角方向的符号为“+”，倾斜面1的倾角方向的符号为“-”，则倾斜面1的倾角为35°，倾斜面2的倾角为-35°。

可以理解的是，分解得到的光斑的数量与倾角的数量相关。在一些情况下，分解得到的光斑的数量与倾角的数量相同。参见图6所示，图6中所示的锯齿结构中的锯齿倾斜面的倾角包括4种，从左向右分别是35°、15°、-35°、-15°，反射光线分别入射到不同的锯齿倾斜面，经过光的折射机制，从而形成四个光斑，每个光斑对应一个锯齿倾斜面。

使用单点光源输入实现多点输出，配合阵列式的探测器可以将单点扫描方式变为多点同时扫描，降低了对光源占空比的要求(光源占空比是指光源在单位时间内发送的光脉冲个数)，同时也降低了对转向镜202的偏转速度的要求。

在本申请实施例中，光学薄膜的锯齿结构(例如锯齿的形状和布局)可以根据应用需求、加工难度或者产品可靠性等因素采用不同的结构设计，只要可以达到要求的扫描角度即可。在一些情况下，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向相同或倾斜方向不同，通常情况下，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向不同相对于倾斜方向相同情况下，光学薄膜对光线的扩散作用更强，对转向镜202的偏转角度要求更低，性能上更有优势。

当锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向相同时，在一些情况下，可以采用倾角递增或递减的锯齿结构，分别例如图7a和图7b所示。当锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向不同时，可以采用每两个倾角大小相同的锯齿可以组成镜像对称结构，例如图8所示；或者，如图9 所示，进一步地，将倾斜面的倾角数值相同、符号相反的锯齿拼在一起形成钝角结构，可以降低尖角位置的加工难度，并在使用过程中更耐磨损，提升产品可靠性。

由于在光学薄膜中，锯齿的大小可能会影响锯齿结构的加工难度，例如锯齿的高度过大可能会造成加工困难，因此，为了简化锯齿结构的加工，可以将锯齿结构中的锯齿设置为数量更多的锯齿，以替代数量更多的大锯齿实现类似功能。为了减少所需设计的锯齿倾角的数量，在本实施例中，多种不同倾角的锯齿可以重复使用，本实施例对这些不同倾角的锯齿的排布方式不做限定。

在一些情况下，这些不同倾角的锯齿可以规律性排布，例如，锯齿结构中的锯齿按照周期规律排布，一个周期内的锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类可以为多种。其中，周期可以是根据实际需求确定的，通常情况下，周期的取值范围可以选择40um-200um。

例如，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为4种，每个周期内锯齿可以组成图8所示的镜像对称结构，一个周期内包括4种倾角，之后重复这个周期的排布方式，那么，光学薄膜中的锯齿结构的排布方式可以参见图10a所示。

又如，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为4种，每个周期内锯齿可以组成图9所示的钝角结构，一个周期内包括4种倾角，之后重复这个周期的排布方式，那么，光学薄膜中的锯齿结构的排布方式可以参见图10b所示。

再如，锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为3种，每个周期内锯齿可以组成图7a所示的单向倾斜结构，一个周期内包括3种倾角，之后重复这个周期的排布方式，那么，光学薄膜中的锯齿结构的排布方式可以参见图10c所示。

需要说明的是，在确定锯齿结构的锯齿排布方式后，锯齿倾斜面的具体倾角大小可以根据要求达到的扫描角度进行确定。若要求反射光线从扩散组件203射出时出射光的FOV 达到±32°(扫描角度为±32°)，并且每个锯齿倾斜面的倾角可以支撑≥±8°的扫描为例，一个周期内包括4种倾角，以锯齿结构的排布方式为图10a为例，可以设计出每个周期内采用的倾角分别是±35°和±15°。

下面对该锯齿结构满足要求的扫描角度的原因进行分析。图11示出了35°和15°两种倾角的锯齿倾斜面随不同角度入射光的出射情况，其中，图11中(a)图、(b)图和(c) 图表示的是35°倾角的锯齿倾斜面随不同角度入射光的出射情况，图11中(d)图、(e)图和(f)图表示的是15°倾角的锯齿倾斜面随不同角度入射光的出射情况，-35°和-15°锯齿与此为镜像关系，不再赘述。

当反射光线射入扩散组件203(锯齿倾斜面的倾角分别35°和15°)时的入射角为0°时，参见(a)图所示，反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角为-24°，参见(d) 图所示，反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角为-8°，两者间隔16°。入射角度变化后，由于出射角度(第二出射角)和入射角满足折射定律而不是线性关系，所以锯齿倾斜面的倾角分别35°和15°时的第二出射角间隔并不会维持在16°。若锯齿倾斜面的倾角为35°，参见(b)图所示，入射角为-4.28°时，反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角为-32°，参见(c)图所示，入射角为5.7°时，反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角为-16°，即当入射角从-4.28°偏转到5.7°时，第二出射角从-32°偏转到-16°(实现-32°扫描到-16°)，即实现±8°的扫描角度范围(相对于-24°的初始角度来说)；若锯齿倾斜面的倾角为15°，参见(e)图所示，入射角为-7.63°时，反射光线从扩散组件 203射出时的第二出射角为-16°，参见(f)图所示，入射角为7.61°时，反射光线从扩散组件203射出时的第二出射角为0°，即当入射角从-7.63°偏转到7.61°时，第二出射角从 -16°偏转到0°，也实现了±8°的扫描角度范围(相对于-8°的初始角度来说)。由于在实现相同的扫描角度时，倾角为15°的锯齿倾斜面要求的入射角扫描范围大于倾角为35°的锯齿倾斜面要求，所以在多出的扫描角度范围内，倾角为35°的锯齿倾斜面的出射光是浪费的(因为其出射角度超过了FOV达到±32°的要求)。

在同样采用图10a所示的锯齿结构时，通过进一步调整锯齿倾斜面的倾角大小，还可以进一步降低转向镜202的偏转角度。例如，带有锯齿结构的光学薄膜的材料折射率为1.5，设置的倾角分别为±12.6°和±32.9°，此时转向镜202的偏转角度只要满足±6.37°就可以实现±32°的扫描角度范围。

需要说明的是，在锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为多种时，反射光线以相同入射角入射到不同倾角的锯齿倾斜面时，其第二出射角不同，照射在被测物面的位置不同。为了保证入射角为零度时，不同角度的出射光能量一致，例如照射在被测物面上形成的不同光斑的能量一致，从而降低对光源能量的要求，在一种可能的实现方式中，锯齿结构中不同锯齿设置为宽度相同。

在锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为多种的情况下，利用本申请实施例提供的扫描点阵投射***可以实现多点扫描。为了进一步提高扫描的速度，以进一步降低对转向镜 202偏转速度的要求，还可以进一步增加分解得到的光斑的数量，增加同时扫描的点数。增加分解得到的光斑数量的方式可以包括多种，一种方式可以是增加不同倾角的个数，例如，将一个周期内包括4种不同倾角的锯齿倾斜面增加至一个周期内包括8种不同倾角的锯齿倾斜面。

另一种方式可以是，增加带有锯齿结构的光学薄膜的层数，即本申请实施例所提供的扫描点阵投射***中扩散组件203为多层带有锯齿结构的光学薄膜，使得入射到扩散组件 203的反射光线经过多次折射，同时也进一步扩大了扫描角度。此时，分解得到的光斑的数量与每层倾角的数量以及光学薄膜的层数相关。其中，多层光学薄膜可以是锯齿结构相同的光学薄膜，也可以是锯齿结构不同的光学薄膜。

例如，采用两层带有相同锯齿结构的光学薄膜，每层光学薄膜的锯齿结构排布参见图 10a所示，一层带有锯齿结构的光学薄膜可以将入射到扩散组件203的光斑分解成4个光斑，当反射光线经过两层带有锯齿结构的光学薄膜时，可以将入射到扩散组件203的光斑分解成16个光斑。

通过增加带有锯齿结构的光学薄膜的层数，进一步实现多点同时扫描，并且放大了扫描角度，进一步降低了对转向镜的要求。

光学薄膜之间可以保留空气层或者使用折射材料进行填充，该折射材料的折射率低于光学薄膜锯齿结构所使用材料的折射率，但是这种折射材料会改变原来设计的锯齿结构与空气层界面的折射，因此需要重新设计锯齿结构中每个锯齿倾斜面的倾角。当然，在光学薄膜只有一层的情况下，也可以在锯齿结构上填充折射材料，该折射材料的折射率低于光学薄膜锯齿结构所使用材料的折射率。

在本申请实施例中，多层光学薄膜之间有多种放置方式，本申请实施例主要对多层光学薄膜之间平行放置和正交放置进行说明。其中，平行放置是指在锯齿结构的排布方向上平行，正交放置是指在锯齿结构的排布方向上正交。

当多层光学薄膜之间被设置为平行放置时，若多层光学薄膜为两层，每层光学薄膜所采用的一个周期内的锯齿结构排布方式如图8所示，此时在被测物面上形成16个光斑，光斑的排列方式如图12所示，16个光斑按照产生该光斑的锯齿结构排布方式呈一维排列。每个光斑对应一个扫描区域，此时，一个光斑对应得横向扫描角度明显变小，但是纵向扫描角度仍然不变。

进一步，在实现多点扫描的基础上，为了降低转向镜202在多个方向的偏转角度，可以通过设计扩散组件203的结构，使得反射光线入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个二维排列的光斑投射在被测物面上。

在一种可能的实现方式中，可以多层光学薄膜可以被设置为正交方式，即多层带有锯齿结构的光学薄膜中存在沿着反射光线的出射方向正交堆叠放置的光学薄膜。例如图13左侧所示，多层光学薄膜为两层，每层光学薄膜所采用的一个周期内的锯齿结构排布方式如图8所示，此时在被测物面上形成16个光斑。由于这两层光学薄膜正交放置，当反射光线依次经过这两层光学薄膜出射时，在被测物面上形成的光斑如图13右侧所示，16个光斑呈 4×4二维排列。

可见，在这种情况下，一个光斑对应得横向扫描角度和纵向扫描角度都明显变小，从而在多个方向上降低转向镜202的偏转角度。

需要说明的是，当带有锯齿结构的光学薄膜包括多层时，多层光学薄膜中相邻两层光学薄膜之间可以全部采用正交放置，也可以全部采用平行放置，还可以既存在平行放置又存在正交放置。

当采用多层带有锯齿结构的光学薄膜时，两层光学薄膜在工艺允许的范围内，间隔越小越好。每层光学薄膜可以作为分立元件分别固定，当然也可以将多层光学薄膜进行贴合，例如可以采用静电吸附的方式贴合，或者采用真空吸附的方法贴合，或者采用胶进行贴合。通常情况下，可以是利用胶将光路方向上前一层光学薄膜的锯齿齿尖位置与后一层光学薄膜的底面(底面为光学薄膜中不带有锯齿结构的一侧)贴合在一起。

当采用胶进行贴合时，根据多层光学薄膜之间是保留空气层还是填充折射材料的不同，贴合的方式有所不同。若多层带有锯齿结构的光学薄膜之间填充折射材料，则光学薄膜之间可以通过光学胶贴合。其中，光学胶的折射率可以小于、等于或大于锯齿结构所使用材料以及上述折射材料的折射率。若多层带有锯齿结构的光学薄膜之间保留空气层，则光学薄膜之间可以只在锯齿齿尖位置通过胶来贴合。

前述介绍了一些采用包括多种倾角的带有锯齿结构的光学薄膜来实现将反射光线入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑，然而，在一些情况下，还可以采用带有光栅结构的光学薄膜来实现将反射光线入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑，即扩散组件为带有光栅结构的光学薄膜。

光栅结构是由大量等宽等间距的平行狭缝构成，利用光学衍射原理可以将入射到扩散组件203的一个光斑分解成多个光斑投射到被测物面上，同时可以实现扫描角度的扩大。其中，分解得到的光斑数量与狭缝数量相关。

光栅结构可以是一维光栅结构，也可以是二维光栅结构。当光栅结构为一维光栅结构时，其分解成的多个光斑呈一维排列；当光栅结构为二维光栅结构时，其分解成的多个光斑呈二维排列，与多层带有锯齿结构的光学薄膜正交放置所实现的效果类似。

基于前述实施例提供的扫描点阵投射***，本申请是实施例还提供了一种电子设备，参见图14所示，该电子设备1400包括控制器1401和扫描点阵投射***1402。其中，扫描点阵投射***1402的结构和各结构的作用参见前述实施例的介绍，此处不再赘述。控制器1401可以控制扫描点阵投射***1402中的光源和转向镜。控制器1401在控制光源时例如可以控制光源的强度、光源的脉冲信号、光源的亮度等等；控制器在控制转向镜时例如可以控制转向镜的偏转等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/ 或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a， b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种扫描点阵投射***，其特征在于，所述***包括光源、转向镜和光线可穿透的扩散组件：

所述光源用于发射准直光线；

所述转向镜设置在所述准直光线的出射方向，用于对入射到所述转向镜的所述准直光线进行反射得到反射光线；所述转向镜被设置为能够偏转，使得经过所述转向镜得到的所述反射光线的第一出射角在预设角度范围内变化；

所述扩散组件设置在所述反射光线的出射方向，所述扩散组件用于对穿过所述扩散组件的所述反射光线进行扩散，使得当所述反射光线从所述扩散组件射出时的第二出射角大于所述反射光线射入所述扩散组件时的入射角；从所述扩散组件射出的光线照射在被测物面上，以实现对被测物面的扫描。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述扩散组件包括带有锯齿结构的光学薄膜。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为多种。

4.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述锯齿结构中的锯齿按照周期规律排布，一个周期内的锯齿结构中锯齿倾斜面的倾角的种类为多种。

5.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述锯齿结构中不同锯齿的宽度相同。

6.根据权利要求2-5任一项所述的***，其特征在于，所述锯齿结构中锯齿倾斜面的倾斜方向不同。

7.根据权利要求2-6任一项所述的***，其特征在于，所述带有锯齿结构的光学薄膜包括多层。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，多层带有锯齿结构的光学薄膜中存在沿着所述反射光线的出射方向正交堆叠放置的光学薄膜。

9.根据权利要求7或8所述的***，其特征在于，多层带有锯齿结构的光学薄膜之间填充折射材料，所述折射材料的折射率小于所述锯齿结构所使用材料的折射率，所述光学薄膜之间通过光学胶贴合。

10.根据权利要求7或8所述的***，其特征在于，多层带有锯齿结构的光学薄膜之间保留空气层，所述光学薄膜之间在锯齿齿尖位置贴合通过胶来贴合。

11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述扩散组件包括带有光栅结构的光学薄膜。

12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，所述光栅结构为二维光栅结构。

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括控制器和权利要求1-12任一项所述的扫描点阵投射***，所述控制器用于控制所述扫描点阵投射***中的光源和转向镜。

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