TW202107008A - 照明設備 - Google Patents

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TW202107008A
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瑪麗安 游絲芙
多拉夫 思卡夫
馬克斯 羅希
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新加坡商Ａｍｓ傳感器亞洲私人有限公司
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Abstract

本發明揭示一種用於產生結構化光及泛光照明之照明設備，該照明設備包括：一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數，且其中該等第二光源之一大小大於該等第一光源之一大小，使得該第一陣列之該等光源產生結構化光且該第二陣列之該等光源產生一連續光區域。

Description

照明設備
本發明係關於一種用於產生照明之設備及一種相關聯方法。
本發明係關於一種用於產生照明之設備及一種相關聯方法。一裝置可使用此一設備判定在該裝置之一視野中是否存在一面部。照明通常由具有一紅外線波長之光提供。照明可為一連續照明區域且可被稱為泛光照明。裝置之一偵測器接收反射光且一處理器基於反射光判定在視野中是否存在一面部。
若在視野中存在一面部，則一第二設備提供結構化光。結構化光可包括一光點陣列。裝置之一偵測器接收光點之反射，且處理器使用反射光判定面部是否係一授權使用者之面部。若面部係一授權使用者之面部，則處理器可解鎖裝置且容許使用裝置。裝置可例如係一智慧型電話。
可期望以先前技術中尚未揭示之一方式提供泛光照明及結構化照明。
一般言之，本發明提出使用相同設備提供結構化光及泛光照明，而非使用兩個單獨設備。此可降低該設備之複雜性及/或成本。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於產生結構化光及泛光照明之照明設備，該照明設備包括：一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數，且其中該等第二光源之一大小大於該等第一光源之一大小，使得該第一陣列之該等光源產生結構化光且該第二陣列之該等光源產生一連續光區域。
本發明有利地使用一單一照明設備(例如，使用相同微透鏡陣列)提供結構化光及泛光照明。與先前技術相比，此可降低成本及/或複雜性。
光源之該第一陣列可具有一間距，其相同於該微透鏡陣列之該間距或係該微透鏡陣列之該間距之一整數倍。
光源之該第二陣列可跨以等於該微透鏡陣列之該間距之一整數倍之距離分開之位置分佈。該整數倍可為1。
光源之該第二陣列可具有一間距，其等於該微透鏡陣列之該間距之一整數倍加上該微透鏡陣列之該間距之一半。
光源之該第一陣列可包括VCSEL。
該等VCSEL可具有10微米或更小之一直徑。
光源之該第二陣列可包括VCSEL，其中漫射器放置於該等VCSEL之頂部上。
該等漫射器可包括設置於一透射材料中之微觀散射粒子。
該等漫射器可具有20微米或更大之一最大尺寸。
光源之該第二陣列可包括一LED陣列。
該VCSEL陣列可設置於與該LED陣列分開之一基板上。
該VCSEL基板及該LED基板可彼此相鄰地設置。
該第二陣列之該等光源可具有大於該第一陣列之該等光源之一光展量之一光展量。
該第二陣列之該等光源可具有大於該第一陣列之該等光源之一發散度之一發散度。
光源之該第二陣列可包括VCSEL，其中透鏡放置於該等VCSEL之頂部上。
光源之該第二陣列之該等光源亦可經組態以發射該波長L之光。
該微透鏡陣列在該第一方向以外的第二方向上具有該透鏡間距P。
根據本發明之一第二態樣，提供一種智慧型電話、平板電腦或其他消費型電子裝置，其包括第一態樣之照明設備。
根據本發明之一第三態樣，提供一種用於產生結構化光及泛光照明之照明設備，該照明設備包括：一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數，且其中該等第二光源之一光展量大於該等第一光源之一光展量，使得該第一陣列之該等光源產生結構化光且該第二陣列之該等光源產生一連續光區域。
本發明之第一態樣及第二態樣之特徵可與本發明之第三態樣之特徵組合。
根據本發明之一第四態樣，提供一種使用一設備產生結構化光及泛光照明之方法，該設備包括：一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數，且其中該等第二光源之一大小大於該等第一光源之一大小，該方法包括從光源之該第一陣列發射光以形成結構化光，接著從光源之該第二陣列發射光以產生一連續光區域。
一般言之，本發明提供一種照明設備，其經組態以提供結構化照明及泛光照明。
在附圖中給出解決方案之一些實例。
圖1示意性地描繪根據本發明之一第一實施例之一照明設備1，其經組態以產生結構化光及泛光照明。該設備包括一垂直腔表面發射雷射陣列(VCSEL陣列) 2及與VCSEL陣列2隔開之一微透鏡陣列4。為便於描述，在圖1及一些其他圖上包含笛卡耳(Cartesian)座標，其中x及y平行於VCSEL陣列2之發射表面。此不應被解釋為意謂VCSEL陣列必須具有一特定定向。
VCSEL陣列包括發射器6之一陣列(僅標記一些發射器，以便避免使圖複雜化)。陣列係一二維陣列且可為一矩形陣列。發射器6以一間距Q配置(在此實施例中在x方向及y方向兩者上)。發射器之間距Q可例如係50微米。可使用其他間距。間距Q可為25微米或更大且可小於25微米(例如，小至10微米)。間距Q可至多100微米。間距Q可甚至更大(例如，至多500微米)，但此可導致由設備形成之一結構化光圖案之強度過低。此等間距值亦可應用於本發明之其他實施例。
發射器6可經配置以發射紅外線輻射(例如，940 nm之一波長)。可使用之其他例示性波長係850 nm、1300 nm及1500 nm。一般言之，紅外線輻射可具有800 nm或更大之一波長。此等波長值亦可應用於本發明之其他實施例。
漫射器8設置於一些發射器6上。在此實施例中，漫射器8設置於每一第二發射器上。漫射器以一棋盤式配置跨發射器6之二維陣列配置。即，每一第二發射器6沿x方向具備一漫射器8，且每一第二發射器沿y方向具備一漫射器，且漫射器不設置於連續發射器上。可使用其他漫射器分佈。例如，漫射器可具有一不規則配置、可隨機分佈(例如，針對發射器之一半)、可設置於每一第三發射器上等。漫射器之分佈不會對由具備漫射器之發射器提供之遠場光具有一顯著影響。由於漫射器設置於發射器6上且發射器具有等於微透鏡陣列之間距或係其之一整數倍之間距，所以漫射器以等於微透鏡陣列之間距之整數倍之距離分開。
不具備一漫射器8之一發射器6可被稱為一第一光源9 (僅標記其等之一者以避免使圖複雜化)。綜上所述，此類型之光源9可被稱為第一光源9之一第一陣列18。一發射器6及漫射器8之組合可被稱為一第二光源10 (且可被稱為一複合光源10)。綜上所述，此類型之光源10可被稱為第二光源10之一第二陣列19。
微透鏡陣列4係一二維陣列。微透鏡陣列可為一矩形陣列。微透鏡陣列4之透鏡可以一間距P配置。微透鏡之間距P可例如係50微米。可使用其他間距。微透鏡之間距P將判定形成結構化光之光點之間的角分離。例如，50微米之一間距P將給出約1度之光點之間的一角分離(針對約1000 nm之一光波長)。若微透鏡之間距P係100微米，則光點之間的角分離將為約0.5度。可使用大於100微米之一微透鏡間距P，但此將導致光點比約0.5度更靠近在一起，且因此結構化光可能沒那麼有用(該等點對於一些應用可過於靠近在一起)。類似地，若微透鏡之間距P係25微米，則點之間的角分離將為約2度。可使用微透鏡之一較小間距，但結構化光之光點對於一些應用可相隔太遠。此等值可應用於本發明之其他實施例。
發射器之間距Q可選擇為相同於微透鏡之間距P。發射器之間距Q可為微透鏡之間距P之一整數倍。此亦可應用於本發明之其他實施例。
微透鏡陣列4與VCSEL陣列2之發射表面分離一距離D。距離D經選擇，使得滿足以下方程式： P2 = 2LD/N                (方程式1) 其中L係由VCSEL陣列2發射之光之波長，且N係≥1之一整數。如上文提及，P係微透鏡陣列4之微透鏡之間距，且D係VCSEL陣列2與微透鏡陣列4之間的距離。此配置在US10509147中描述，其之內容以引用的方式併入本文中。
由於距離D已被選擇為滿足方程式1，所以當使用第一光源9之第一陣列18時，設備將在遠場中產生光點21之一二維陣列20。在XY平面中描繪光點21之二維陣列20。若整數N被選擇為2，則此可有利地在光點與點之間的空間之間產生尤其良好對比度(但可使用其他整數值)。可至少部分藉由第一光源9之VCSEL之直徑判定點21之大小。VCSEL可例如具有約5微米(例如，小於10微米)之一直徑。此亦可應用於其他實施例。使用光源9之第一陣列產生光點陣列可被稱為結構化光產生(或點產生)。此一結構化光陣列係有利的，此係因為光從一使用者面部之反射可由一感測器陣列偵測且可由一處理器用於判定一使用者是否係設備已安裝於其中之一裝置(諸如一智慧型電話)之一授權使用者。
漫射器8可例如由一透明材料(在由發射器6發射之一紅外線波長處透明)形成，在其內設置微觀散射粒子。在一個實例中，透明材料可為玻璃。漫射器8可由乳白玻璃形成。漫射器8之效應係增加包含漫射器之第二(複合)光源10之大小且減少空間相干性(如示意性地繪示)。
漫射器8亦稍微減小第二光源10與微透鏡陣列4之間的距離(參見距離D2)。然而，距離之減小與總距離D相比係小的且不會對形成於遠場中之光分佈具有一顯著影響。
當使用包含漫射器8之第二光源10時，各光源具有顯著大於第一光源9之面積之一面積。漫射器8可例如具有約20微米或更大之一直徑(或最大尺寸)且可具有大於50微米之一直徑(或最大尺寸)。漫射器8之直徑(或最大尺寸)可大於VCSEL之間距。從漫射器8發射之光亦具有大於從不具有漫射器之VCSEL發射之光之一發散度且在空間上較不相干。從漫射器8發射之光具有大於從VCSEL發射之光之一光展量。由第二光源10發射之光可使得由微透鏡陣列4在遠場中形成之光區域22彼此重疊。此在圖2中示意性地描繪。此等重疊光區域22形成一連續光區域23。此可被稱為泛光照明。泛光照明係有利的，此係因為其照明面向一裝置之一區域(照明區域可被稱為一視野)且容許容易地識別一面部是否在照明區域內。由監測泛光照明之反射之一處理器判定是否存在一面部。在一個配置中，諸如一智慧型電話之一裝置可使用泛光照明判定一面部是否可見，且若一面部可見，則可使用點照明判定面部是否係一授權使用者之一面部。其他裝置亦可使用此配置。
本發明之實施例係有利的，此係因為其等使用一單一設備提供點照明及泛光照明。與使用一個設備提供泛光照明且使用一不同設備提供點照明相比，此降低成本。
圖3中描繪設備1在第一光源9之第一陣列18開啟時之一示意性透視圖。圖4中描繪設備在第二光源10之第二陣列19開啟時之一示意性透視圖。
圖5中描繪本發明之一替代實施例。此實施例之一些特徵與圖1及圖2中描繪之特徵對應且不再結合此實施例詳細描述。描繪一照明設備101，其包括一VCSEL陣列102及與VCSEL陣列隔開之一微透鏡陣列104。VCSEL陣列102包括發射器106之一二維陣列。發射器106之陣列可為一矩形陣列。發射器106可以一間距Q配置。發射器106之間距Q可例如係50微米。可使用其他間距，如上文進一步論述。發射器106可經配置以發射紅外線輻射(例如，940 nm之一波長L)。可使用其他波長，如上文進一步論述。
微透鏡陣列104係一二維陣列。微透鏡陣列104可為一矩形陣列。微透鏡陣列104之透鏡可以一間距P配置。微透鏡陣列104與VCSEL陣列102之發射表面分離一距離D，該距離D經選擇，使得滿足方程式1 (例如，其中整數N=2)。
透鏡111設置於一些發射器106上方。在此實施例中，透鏡設置於每一第二發射器106上。透鏡111可以一棋盤式配置跨發射器之二維陣列配置或可具有某一其他配置(例如，如上文關於漫射器進一步說明)。
透鏡111係凹透鏡(如由發射器106所見般內凹)且亦可被稱為聚焦透鏡。透鏡可例如具有約20微米或更大之一直徑且可具有大於50微米(例如，70微米或更大)之一直徑。透鏡111之直徑可大於發射器106 (例如，VCSEL)之間距。透鏡可例如係半球，其具有對應於透鏡之一半直徑之一曲率半徑。半球可支撐在圓柱形基座上。圓柱形基座可例如具有大體上與透鏡之曲率半徑對應(例如，加上或減去10微米)之一高度。
如上文提及，透鏡111之直徑可大於發射器106之間距Q。透鏡之直徑小於發射器106之間距之2倍(且足夠小，使得用於一給定發射器之一透鏡之邊緣不與一相鄰發射器重疊)。例如，若發射器之間距Q係50微米，則透鏡之直徑小於100微米。
不具備一透鏡111之一發射器106可被稱為一第一光源109。綜上所述，此類型之光源109可被稱為第一光源之一第一陣列118。一發射器106及透鏡111之組合可被稱為一第二光源110 (且可被稱為一複合光源110)。綜上所述，此類型之光源110可被稱為第二光源之一第二陣列119。
當第一光源109發射光時，由微透鏡陣列104在遠場中形成光點121之一陣列120。
圖6描繪第二光源110發射光時之情境。第二光源110之透鏡111用以增加第二光源之大小。同時，減小來自光源之光之角分佈。由於第二光源110較大，所以由微透鏡陣列104在遠場中形成之光區域122亦較大。因此，當第二光源發射光時，光區域122可彼此重疊。其等形成一連續光區域123。如上文提及，此重疊光可提供一連續光區域(此可被稱為泛光照明)。
此實施例之一缺點係不減小穿過透鏡之光之空間相干性(如使用漫射器時之情況)，且減小光之發散度。因此，在一些例項中，干擾可導致遠場中之非所要圖案化。
圖7係描繪圖5之設備從光源109之第一陣列118及光源110之第二陣列119兩者發射光之一示意性透視圖。
圖8以橫截面示意性地描繪本發明之一進一步替代實施例。在此實施例中，一照明設備201包括一VCSEL陣列202及一微透鏡陣列204。VCSEL陣列202包括發射器221之一第一陣列220及發射器223之一第二陣列222。陣列220、222兩者係二維陣列。陣列220、222可為矩形陣列。在此實施例中，VCSEL發射器220之第一陣列具有50微米之一間距Q1且發射器222之第二陣列具有75微米之一間距Q2。第一陣列220及第二陣列222皆提供為相同VCSEL陣列之部分。第一陣列220及第二陣列222可彼此相鄰地定位。光點242之一陣列240及由重疊光區域246形成之一連續光區域244皆在圖8中描繪。此等在Y方向上彼此分開但在X方向上彼此對準，以便容許其等之配置(在實踐中，光陣列240及連續光區域244將佔據相同面積)之間的比較。
如同其他實施例，微透鏡陣列204具有一間距P。在此實施例中，間距P可為50微米。VCSEL陣列202之表面與微透鏡陣列204之間的分離係一距離D。如同其他實施例，距離D經選擇，使得滿足方程式1 (例如，其中整數N=2)。
漫射器208設置於第二陣列222之發射器223上。一發射器223及漫射器208之組合可被稱為一第二光源224 (且可被稱為一複合光源)。綜上所述，此類型之光源224可被稱為第二陣列222之第二光源224。第一陣列220之發射器221不具備漫射器且可被稱為第一光源221。綜上所述，此類型之光源221可被稱為第一陣列220之第一光源221。
如同結合圖1至圖4描述之實施例，漫射器208用以增加第二(複合)光源224之大小(且減小空間相干性)。漫射器亦增加光之發散度及光展量。當第二光源224發射光時，形成較大光區域(與由第一光源221之第一陣列形成之光點相比)。
第二光源224之間距Q2經選擇，使得在遠場中形成額外光區域(與當第一光源221發射光時在遠場中形成之光點數目相比)。在此實施例中，間距Q2係微透鏡陣列204之間距P之1½倍。
為理解光源之間距之效應，首先考量一單一光源之效應係有用的。若第一陣列220之一單一光源221發射光，則微透鏡陣列204將形成光點之一二維陣列。將由微透鏡陣列204之間距P及由光源221發射之光之波長判定光點之角分離。例如，若間距P係50微米且波長係940 nm，則點之間的角分離將為約1度。若第一陣列220之另一光源225發射光，則此亦將形成光點242之一二維陣列240。若光源之間的分離(間距Q1)等於微透鏡陣列204之間距P (即，50微米)，則光點之二維陣列將直接覆疊由第一光源形成之光點之二維陣列(假若兩個光源221之間的一線平行於微透鏡陣列204之一柵格)。因此，光點之二維陣列之空間配置不變，但點之強度增加。在圖8之實施例中，第一光源221之間距Q1設置於具有一間距Q1之一二維陣列中，間距Q1與微透鏡之間距P對應(且具有相同於微透鏡之柵格之柵格定向)。當第一光源221之第一陣列發射光時，此在遠場中形成光點之一二維陣列，其具有約1度之一角分離。如上文進一步提及，第一光源221可具有間距Q1，其係微透鏡陣列之間距P之一整數倍。在此情況中，所形成之光點之二維陣列將彼此覆疊，但光點之強度將減小(存在較少第一光源221)。
若第二陣列222之一單一光源224發射光，則微透鏡陣列206將在遠場中形成光區域之一二維陣列。由圖8中之點線描繪之此等區域246可彼此重疊。當第二陣列之一相鄰(在x方向上)光源224發射光時，在遠場中形成光區域之另一二維陣列。由圖8中之虛線描繪之此等區域248可彼此重疊。光區域248之此陣列在x方向上空間偏移光區域陣列之間距之一半。因此，兩個光區域陣列總共具有由一單一光源224形成之光區域陣列之x方向上之間距之一半。
當在x方向上相鄰之兩個光源224發射光時，光陣列在y方向上之間距不減半。然而，當y方向上之一相鄰光源224發射光時，在遠場中形成光區域之另一二維陣列，其在y方向上空間偏移間距之一半。此未在圖8中描繪，以避免使圖過度複雜化。
一般言之，由光源221、224之間距相對於微透鏡陣列204之間距之比(且由光之波長)判定光點(或光區域)之間距。當Q1/P=1 (或某一其他整數)時，由微透鏡陣列之間距P及光之波長(根據繞射方程式)判定光點之間距。若Q2/P=½，則光區域之間距減半(與點之間距相比)。若Q2/P=3/2，則圖案之間距將乘以(3/2)，但將形成相對於彼此偏移之多個圖案。加在一起之多個偏移圖案提供一所得圖案，其相同於光源224之間距係Q2/P=½之情況下將形成之一圖案。可使用此類型之一配置，此係因為可更易於提供具有一間距Q2/P=3/2而非具有一間距Q2/P=½之光源224。作為一實例，可更易於提供具有75微米之一間距而非具有25微米之一間距之光源224 (對於50微米間距微透鏡陣列)。
可使用其他間距(如上文結合其他實施例進一步說明)。
因此，第二光源224之間距經選擇，使得在遠場中形成之光區域陣列具有由第一光源221形成之光點陣列之間距之一半。此有利地增加光區域之間的重疊，使得由第二光源224提供之泛光照明更均勻地分佈。此方法可與本發明之其他實施例結合使用。
圖9以橫截面示意性地描繪本發明之一進一步替代實施例。在此實施例中，一照明設備301包括一VCSEL陣列302、一LED陣列303及一微透鏡陣列304。VCSEL陣列302包括發射器321之一第一陣列320，且LED陣列包括發射器323之一第二陣列322。發射器321、323係光源之實例。陣列320、322兩者係二維陣列。陣列320、322可為矩形陣列且可彼此相鄰地定位。VCSEL陣列302及LED陣列303可形成於不同基板(其等可由不同類型之半導體形成)上。VCSEL陣列302及LED陣列可彼此相鄰地設置。在此實施例中，VCSEL發射器321之第一陣列320具有50微米之一間距Q1且LED發射器323之第二陣列322具有75微米之一間距Q2。可使用其他間距(如上文結合其他實施例進一步說明)。
如同其他實施例，微透鏡陣列304具有一間距P。在此實施例中，間距P可為50微米。VCSEL陣列302及LED陣列322之表面與微透鏡陣列304之間的分離係一距離D。如同其他實施例，距離D經選擇，使得滿足方程式1 (例如，其中整數N=2)。
LED 323之大小可大於VCSEL發射器321。LED 8可例如具有約20微米或更大之一直徑(或最大尺寸)且可具有大於50微米之一直徑(或最大尺寸)。另外，LED 323發射具有比由VCSEL 321發射之光更低之一空間相干性及更大之一發散度之光。LED可具有大於VCSEL之一光展量。當LED 323發射光時，形成較大光區域(與在VCSEL發射器321發射光時形成之光點相比)。
LED發射器323之間距Q2可經選擇，使得在遠場中形成額外光區域(與當VCSEL發射器321發射光時在遠場中形成之光點數目相比)。在此實施例中，間距Q2係微透鏡陣列304之間距P之3/2倍。可使用其他間距，諸如微透鏡陣列之間距P之5/2倍、7/2倍等。一般言之，LED發射器之間距可等於微透鏡陣列之間距之一整數倍加上微透鏡陣列之間距之一半。此亦可應用於本發明之其他實施例之光源之第二陣列。LED發射器323之間距可在x方向及y方向上不同。
如同圖8，光點342之一陣列340及由重疊光區域346、348形成之一連續光區域344皆在圖9中描繪。此等在Y方向上彼此分離但在X方向上彼此對準，以便容許其等之配置(在實踐中，光陣列340、344將佔據相同面積)之間的比較。
如圖9中描繪，當VCSEL發射器323發射光時，形成彼此分離之光點342。當LED發射器321發射光時，形成重疊光區域346、348，其等共同形成一連續光區域。如同圖8，未描繪Y方向上之一些重疊光區域，以避免使圖過度複雜化。
在本發明之上文描述實施例中，發射器之各陣列係在x方向及y方向上具有相同間距之一矩形陣列。然而，在其他實施例中，x方向上之間距可不同於y方向上之間距。
本發明之實施例之發射器可經組態以發射紅外線輻射(例如，940 nm之一波長) (或如上文進一步說明之其他紅外線波長)。發射紅外線輻射係有利的，此係因為其不會被使用者看見。儘管可使用其他不可見輻射波長(諸如紫外線輻射)，然此係較不期望的，因為需要顯著更多電力來發射紫外線輻射(在諸如智慧型電話之裝置中可期望最小化電力使用，以便延長電池壽命)。
在所描繪實施例中，僅展示少量光源(例如，6個、8個或12個光源)。在實踐中，可提供更多光源。例如，可提供100個或更多、1000個或更多、5000個或更多、或10,000個或更多光源。類似地，儘管在微透鏡陣列中僅描繪少量微透鏡，然可提供大量微透鏡。例如，可提供100個或更多、1000個或更多、5000個或更多、或10,000個或更多微透鏡。
微透鏡可為透明折射半凹微透鏡。微透鏡可替代地係凹微透鏡或凸微透鏡。替代地，微透鏡可為繞射微透鏡或反射及折射微透鏡(其等可被稱為混合微透鏡)。微透鏡可為反射微透鏡。
本發明之實施例可進一步包括一處理器且可進一步包括一記憶體。一智慧型電話、平板裝置或其他消費型電子裝置可包括根據本發明之一實施例之一設備。
術語「連續光區域」可被理解為意謂包括彼此重疊之個別光區域之一光區域。在一些實施例中，連續光區域可不具有暗區域(即，不接收光之區域)，但在連續光區域中之不同位置處可存在光強度之某一變化。
在上文描述實施例中，第一陣列及第二陣列之光源發射具有相同波長之光。在其他實施例中，第二陣列之光源可發射具有一不同波長(例如，一不同紅外線波長)之光。然而，用於偵測由光源之第一陣列及第二陣列發射之光之一感測器陣列可包含經設計以傳輸一特定波長光之一濾波器。為此原因，第一陣列及第二陣列可較佳地發射具有相同波長之光。
熟習此項技術者將理解，在前述描述及隨附發明申請專利範圍中，參考概念圖解(諸如隨附圖式中展示之概念圖解)做出諸如「上方」、「沿」、「側」等之位置術語。此等術語為便於參考而使用而不旨在具有限制性質。因此，此等術語應被理解為指代處於如隨附圖式中展示之一定向之一物件。
儘管已鑑於如上文闡述之較佳實施例描述本發明，然應理解，此等實施例僅係闡釋性且發明申請專利範圍不限於該等實施例。熟習此項技術者將能夠鑑於本發明做出修改及替代，其等被認為落入隨附發明申請專利之範疇內。本說明書中揭示或繪示之各特徵可併入任何實施例中，無論是單獨還是以與本文中揭示或繪示之任何其他特徵之任何適當組合。
1:照明設備 2:VCSEL陣列 4:微透鏡陣列 6:發射器 8:漫射器 9:第一光源 10:第二光源 18:光源之第一陣列 19:光源之第二陣列 20:二維陣列 21:光點 22:光區域 23:連續光區域 101:照明設備 102:VCSEL陣列 104:微透鏡陣列 106:發射器 109:第一光源 110:第二光源 111:透鏡 118:第一光源之第一陣列 119:第二光源之第二陣列 120:光點陣列 121:光點 122:光區域 123:連續光區域 201:照明設備 202:VCSEL陣列 204:微透鏡陣列 208:漫射器 220:發射器之第一陣列 221:第一陣列之發射器/第一光源 222:發射器之第二陣列 223:第二陣列之發射器 224:第二陣列之第二光源 225:第一陣列之第一光源 240:光點陣列 242:光點 244:連續光區域 246:光區域 248:光區域 301:照明設備 302:VCSEL陣列 303:VCSEL陣列 304:微透鏡陣列 320:發射器之第一陣列 321:第一陣列之發射器 322:發射器之第二陣列 323:第二陣列之發射器 340:光點陣列 342:光點 344:連續光區域 346:光區域 348:額外光區域 D:距離 P:間距 Q:間距 Q1:間距 Q2:間距
現將僅藉由實例且參考隨附圖式描述本發明之一些實施例，其中： 圖1示意性地描繪根據本發明之一第一實施例之一照明設備，照明設備提供結構化照明； 圖2示意性地描繪第一實施例之照明設備，但其中照明設備提供泛光照明； 圖3在透視圖中示意性地描繪第一實施例之照明設備，其中照明設備提供結構化照明； 圖4在透視圖中示意性地描繪第一實施例之照明設備，其中照明設備提供泛光照明； 圖5示意性地描繪根據本發明之一第二實施例之一照明設備，照明設備提供結構化照明； 圖6示意性地描繪第二實施例之照明設備，但其中照明設備提供泛光照明； 圖7在透視圖中示意性地描繪第二實施例之照明設備； 圖8示意性地描繪根據本發明之一第三實施例之一照明設備，該圖描繪由第三實施例提供之結構化照明及泛光照明兩者；及 圖9示意性地描繪根據本發明之一第四實施例之一照明設備，該圖描繪由第四實施例提供之結構化照明及泛光照明兩者。
1:照明設備
2:VCSEL陣列
4:微透鏡陣列
6:發射器
8:漫射器
10:第二光源
19:第二光源之第二陣列
22:光區域
23:連續光區域
D:距離
P:間距
Q:間距

Claims (19)

  1. 一種用於產生結構化光及泛光照明之照明設備，該照明設備包括： 一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及 第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數；且 其中該等第二光源之一大小大於該等第一光源之一大小，使得該第一陣列之該等光源產生結構化光且該第二陣列之該等光源產生一連續光區域。
  2. 如請求項1之照明設備，其中光源之第一陣列具有一間距，其相同於該微透鏡陣列之該間距或係該微透鏡陣列之該間距之一整數倍。
  3. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列分佈在橫跨以等於該微透鏡陣列之該間距之一整數倍之距離分離之位置上。
  4. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列具有一間距，其等於該微透鏡陣列之該間距之一整數倍加上該微透鏡陣列之該間距之一半。
  5. 如請求項1之照明設備，其中光源之該第一陣列包括VCSEL。
  6. 如請求項5之照明設備，其中該等VCSEL具有10微米或更小之一直徑。
  7. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列包括VCSEL，其中漫射器放置於該等VCSEL之頂部上。
  8. 如請求項6之照明設備，其中該等漫射器包括設置於一透射材料中之微觀散射粒子。
  9. 如請求項7之照明設備，其中該等漫射器具有20微米或更大之一最大尺寸。
  10. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列包括一LED陣列。
  11. 如請求項10之照明設備，其中該VCSEL陣列設置於與該LED陣列分離之一基板上。
  12. 如請求項11之照明設備，其中該VCSEL基板及該LED基板彼此相鄰地設置。
  13. 如請求項1或2之照明設備，其中該第二陣列之該等光源具有大於該第一陣列之該等光源之一光展量之一光展量。
  14. 如請求項1或2之照明設備，其中該第二陣列之該等光源具有大於該第一陣列之該等光源之一發散度之一發散度。
  15. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列包括VCSEL，其中透鏡放置於該等VCSEL之頂部上。
  16. 如請求項1或2之照明設備，其中光源之該第二陣列之該等光源亦經組態以發射該波長L之光。
  17. 如請求項1或2之照明設備，其中該微透鏡陣列在該第一方向以外的第二方向上具有該透鏡間距P。
  18. 一種智慧型電話、平板電腦或其他消費型電子裝置，其包括如前述請求項中任一項之照明設備。
  19. 一種使用一設備產生結構化光及泛光照明之方法，該設備包括：一微透鏡陣列，其包括在至少一第一方向上以一間距P配置之微透鏡；及第一光源之一第一陣列及第二光源之一第二陣列，該等第一光源經組態以發射一波長L之光，其中該等第一光源定位於距該微透鏡陣列之一距離D處，其中 P2 =2LD/N， 且N係N≥1之一整數，且其中該等第二光源之一大小大於該等第一光源之一大小； 該方法包括從光源之該第一陣列發射光以形成結構化光，接著從光源之該第二陣列發射光以產生一連續光區域。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11085609B1 (en) * 2021-02-08 2021-08-10 Himax Technologies Limited Illumination device
EP4080112A1 (en) * 2021-04-22 2022-10-26 Harman Professional Denmark ApS Illumination device with light source emulation effect
EP4394458A1 (en) * 2021-08-25 2024-07-03 Scivax Corporation Optical system device
GB202112351D0 (en) * 2021-08-30 2021-10-13 Ams Sensors Singapore Pte Ltd Illumination apparatus
GB202112352D0 (en) * 2021-08-30 2021-10-13 Ams Sensors Singapore Pte Ltd Illumination apparatus

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5707139A (en) * 1995-11-01 1998-01-13 Hewlett-Packard Company Vertical cavity surface emitting laser arrays for illumination
US10263395B2 (en) * 2014-11-12 2019-04-16 Tae Jin Kim Airport runway approach lighting apparatus
US9273846B1 (en) * 2015-01-29 2016-03-01 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Apparatus for producing patterned illumination including at least one array of light sources and at least one array of microlenses
US10509147B2 (en) * 2015-01-29 2019-12-17 ams Sensors Singapore Pte. Ltd Apparatus for producing patterned illumination using arrays of light sources and lenses
DE102015208171A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Osram Gmbh Bestrahlungsvorrichtung mit Strahlungseinheit
US11512836B2 (en) * 2016-01-26 2022-11-29 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Multi-mode illumination module and related method
CN108332082B (zh) * 2018-01-15 2020-06-30 深圳奥比中光科技有限公司 照明模组
CN108337492B (zh) * 2018-01-15 2020-04-17 深圳奥比中光科技有限公司 动态投影成像装置
CN108132573A (zh) * 2018-01-15 2018-06-08 深圳奥比中光科技有限公司 泛光照明模组
CN108803050A (zh) * 2018-07-30 2018-11-13 深圳阜时科技有限公司 一种光束调制元件
US11092719B1 (en) * 2019-01-29 2021-08-17 Facebook Technologies, Llc Dynamic dot array illuminators

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