一种光源结构、光学投影模组、感测装置及设备的制作方法
本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种光源结构、光学投影模组、生物识别装置及设备。
背景技术：
现有的三维(threedimensional,3d)感测模组采用具有不规则分布的发光单元的光源在被测目标物上投射出不规则分布的光斑图案来感测被测目标物的三维信息。在进行三维感测时，需要将投射到被测目标物上的不规则光斑图案与投射到参考平面上的标准不规则光斑图案进行对比分析，根据对应光斑的变形量推算出光斑所在的被测目标物位置的三维数据。
由此，将所述投射在被测目标物上的不规则分布光斑与投射到参考平面上的标准不规则分布光斑一一对应上所花费的时间成为决定感测速度的重要因素。对应的方法是将所述不规则光斑图案按照预设面积划分为多个搜索区域依次进行搜索比对，因此合理地设计光源上所述不规则分布的发光单元的排布位置以提高所述不同搜索区域内光斑分布的唯一性，即提高不同搜索区域内光斑分布的汉明距离，成为解决问题的关键所在。而现有光源结构的发光单元排布为了获得较高的汉明距离通常需要增加光源的发光区域面积以使得发光单元具有更多的排布可能，但增加光源的发光区域面积的同时也会增加成本，同时较大的光源结构也不利于产品的小型化设计。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种光源结构、光学投影模组、生物识别装置及设备，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光源结构，其用于发出不规则分布的光斑图案。所述光源结构包括半导体基底及形成在所述半导体基底上的一百个不规则分布的发光单元。所述半导体基底的发光表面上定义出一图案光发光区域。所述图案光发光区域为矩形，以所述图案光发光区域左下角顶点为原点，相交于左下角的两条直角边延展方向分别为横坐标轴和纵坐标轴，坐标单位为微米建立坐标系来描述所述发光单元的位置。所述一百个发光单元分布在该图案光发光区域内。所述一百个发光单元的中心的坐标值的范围如下：p1([165.84,175.26],[153.24,162.66])；p2([141.54,150.96],[140.64,150.06])；p3([184.74,194.16],[173.04,182.46])；p4([171.24,180.66],[86.64,96.06])；p5([198.24,207.66],[84.84,94.26])；p6([207.24,216.66],[189.24,198.66])；p7([226.14,235.56],[169.44,178.86])；p8([120.84,130.26],[215.34,224.76])；p9([209.04,218.46],[36.24,45.66])；p10([182.04,191.46],[34.44,43.86])；p11([5.64,15.06],[148.74,158.16])；p12([91.14,100.56],[89.34,98.76])；p13([166.74,176.16],[56.94,66.36])；p14([182.04,191.46],[7.44,16.86])；p15([101.04,110.46],[249.54,258.96])；p16([115.44,124.86],[147.84,157.26])；p17([222.54,231.96],[103.74,113.16])；p18([66.84,76.26],[102.84,112.26])；p19([338.64,348.06],[103.74,113.16])；p20([242.34,251.76],[64.14,73.56])；p21([41.64,51.06],[114.54,123.96])；p22([60.54,69.96],[75.84,85.26])；p23([196.44,205.86],[272.04,281.46])；p24([249.54,258.96],[109.14,118.56])；p25([103.74,113.16],[276.54,285.96])；p26([187.44,196.86],[245.94,255.36])；p27([22.74,32.16],[186.54,195.96])；p28([35.34,44.76],[162.24,171.66])；p29([17.34,26.76],[90.24,99.66])；p30([17.34,26.76],[63.24,72.66])；p31([66.84,76.26],[215.34,224.76])；p32([257.64,267.06],[11.94,21.36])；p33([44.34,53.76],[230.64,240.06])；p34([222.54,231.96],[263.04,272.46])；p35([107.34,116.76],[66.84,76.26])；p36([1.14,10.56],[270.24,279.66])；p37([135.24,144.66],[62.34,71.76])；p38([30.84,40.26],[38.94,48.36])；p39([20.94,30.36],[245.04,254.46])；p40([72.24,81.66],[129.84,139.26])；p41([0.24,9.66],[214.44,223.86])；p42([275.64,285.06],[101.94,111.36])；p43([322.44,331.86],[156.84,166.26])；p44([88.44,97.86],[27.24,36.66])；p45([47.94,57.36],[257.64,267.06])；p46([271.14,280.56],[276.54,285.96])；p47([3.84,13.26],[32.64,42.06])；p48([56.04,65.46],[29.04,38.46])；p49([38.04,47.46],[8.34,17.76])；p50([83.04,92.46],[54.24,63.66])；p51([170.34,179.76],[125.34,134.76])；p52([194.64,204.06],[137.94,147.36])；p53([151.44,160.86],[105.54,114.96])；p54([164.94,174.36],[191.94,201.36])；p55([137.94,147.36],[193.74,203.16])；p56([128.94,138.36],[89.34,98.76])；p57([110.04,119.46],[109.14,118.56])；p58([215.34,224.76],[63.24,72.66])；p59([127.14,136.56],[242.34,251.76])；p60([154.14,163.56],[244.14,253.56])；p61([330.54,339.96],[129.84,139.26])；p62([245.04,254.46],[189.24,198.66])；p63([169.44,178.86],[221.64,231.06])；p64([154.14,163.56],[271.14,280.56])；p65([235.14,244.56],[29.04,38.46])；p66([220.74,230.16],[130.74,140.16])；p67([113.64,123.06],[174.84,184.26])；p68([269.34,278.76],[175.74,185.16])；p69([0,6.96],[174.84,184.26])；p70([93.84,103.26],[214.44,223.86])；p71([294.54,303.96],[164.04,173.46])；p72([275.64,285.06],[202.74,212.16])；p73([139.74,149.16],[6.54,15.96])；p74([86.64,96.06],[169.44,178.86])；p75([232.44,241.86],[2.04,11.46])；p76([148.74,158.16],[32.64,42.06])；p77([313.44,322.86],[92.04,101.46])；p78([300.84,310.26],[116.34,125.76])；p79([318.84,328.26],[188.34,197.76])；p80([318.84,328.26],[215.34,224.76])；p81([269.34,278.76],[63.24,72.66])；p82([78.54,87.96],[266.64,276.06])；p83([291.84,301.26],[47.94,57.36])；p84([113.64,123.06],[15.54,24.96])；p85([228.84,238.26],[211.74,221.16])；p86([335.04,344.46],[8.34,17.76])；p87([200.94,210.36],[216.24,225.66])；p88([305.34,314.76],[239.64,249.06])；p89([315.24,324.66],[33.54,42.96])；p90([263.94,273.36],[148.74,158.16])；p91([335.94,345.36],[64.14,73.56])；p92([60.54,69.96],[176.64,186.06])；p93([13.74,23.16],[121.74,131.16])；p94([247.74,257.16],[251.34,260.76])；p95([288.24,297.66],[20.94,30.36])；p96([65.04,74.46],[2.04,11.46])；p97([332.34,341.76],[245.94,255.36])；p98([280.14,289.56],[249.54,258.96])；p99([298.14,307.56],[270.24,279.66])；p100([253.14,262.56],[224.34,233.76])。
在某些实施方式中，所述一百个发光单元的中心的坐标值为：p1(170.55,157.95)；p2(146.25,145.35)；p3(189.45,177.75)；p4(175.95,91.35)；p5(202.95,89.55)；p6(211.95,193.95)；p7(230.85,174.15)；p8(125.55,220.05)；p9(213.75,40.95)；p10(186.75,39.15)；p11(10.35,153.45)；p12(95.85,94.05)；p13(171.45,61.65)；p14(186.75,12.15)；p15(105.75,254.25)；p16(120.15,152.55)；p17(227.25,108.45)；p18(71.55,107.55)；p19(343.35,108.45)；p20(247.05,68.85)；p21(46.35,119.25)；p22(65.25,80.55)；p23(201.15,276.75)；p24(254.25,113.85)；p25(108.45,281.25)；p26(192.15,250.65)；p27(27.45,191.25)；p28(40.05,166.95)；p29(22.05,94.95)；p30(22.05,67.95)；p31(71.55,220.05)；p32(262.35,16.65)；p33(49.05,235.35)；p34(227.25,267.75)；p35(112.05,71.55)；p36(5.85,274.95)；p37(139.95,67.05)；p38(35.55,43.65)；p39(25.65,249.75)；p40(76.95,134.55)；p41(4.95,219.15)；p42(280.35,106.65)；p43(327.15,161.55)；p44(93.15,31.95)；p45(52.65,262.35)；p46(275.85,281.25)；p47(8.55,37.35)；p48(60.75,33.75)；p49(42.75,13.05)；p50(87.75,58.95)；p51(175.05,130.05)；p52(199.35,142.65)；p53(156.15,110.25)；p54(169.65,196.65)；p55(142.65,198.45)；p56(133.65,94.05)；p57(114.75,113.85)；p58(220.05,67.95)；p59(131.85,247.05)；p60(158.85,248.85)；p61(335.25,134.55)；p62(249.75,193.95)；p63(174.15,226.35)；p64(158.85,275.85)；p65(239.85,33.75)；p66(225.45,135.45)；p67(118.35,179.55)；p68(274.05,180.45)；p69(2.25,179.55)；p70(98.55,219.15)；p71(299.25,168.75)；p72(280.35,207.45)；p73(144.45,11.25)；p74(91.35,174.15)；p75(237.15,6.75)；p76(153.45,37.35)；p77(318.15,96.75)；p78(305.55,121.05)；p79(323.55,193.05)；p80(323.55,220.05)；p81(274.05,67.95)；p82(83.25,271.35)；p83(296.55,52.65)；p84(118.35,20.25)；p85(233.55,216.45)；p86(339.75,13.05)；p87(205.65,220.95)；p88(310.05,244.35)；p89(319.95,38.25)；p90(268.65,153.45)；p91(340.65,68.85)；p92(65.25,181.35)；p93(18.45,126.45)；p94(252.45,256.05)；p95(292.95,25.65)；p96(69.75,6.75)；p97(337.05,250.65)；p98(284.85,254.25)；p99(302.85,274.95)；p100(257.85,229.05)。
在某些实施方式中，所述发光单元为垂直腔面发射激光器。
在某些实施方式中，所述光源结构还包括一个或多个泛光发光区域，所述泛光发光区域对称地围绕所述图案光发光区域分布，所述泛光发光区域发出用于形成光强均匀分布的泛光光束的光束，每一个所述泛光发光区域内形成有一个或多个发光体，所述发光体与所述图案光发光区域内的发光单元形成在同一个半导体基底上并可分别被独立地控制发光。
在某些实施方式中，每一个所述泛光发光区域内形成有单个发光体，所述单个发光体可以为单孔宽面型垂直腔面发射激光器。
在某些实施方式中，每一个所述泛光发光区域内形成有多个发光体，所述多个发光体按照预设的相同间隔均匀排布在泛光发光区域内，所述多个发光体为垂直腔面发射激光器。
在某些实施方式中，所述泛光发光区域为在所述图案光发光区域外包围所述图案光发光区域一圈的方框，所述泛光发光区域与图案光发光区域之间最小间距d的大小满足条件
在某些实施方式中，还包括泛光发射部，所述泛光发射部包括形成在泛光发光半导体基底上的发光体及导光板，所述导光板包括入光面及出光面，所述泛光发光半导体基底对应导光板的入光面设置，所述发光体朝向导光板的入光面发出光束，所述发光体发出的光束从入光面射入导光板内均匀混合后从出光面投射出光强均匀的光束，所述形成有多个不规则分布发光单元的半导体基底设置在导光板出光面的中间位置以发出具有多个不规则分布的子光束的光束群集。
在某些实施方式中，所述发光体为垂直腔面发射激光器。
本实用新型实施方式还提供一种光学投影模组，用于投射预设图案至被测目标物上进行感测，其包括光束调制元件及如上述实施方式所述的光源结构。所述光束调制元件对所述光源结构所发出的光束进行调制以形成能够在被测目标物上投射出不规则分布光斑图案的图案光束。
在某些实施方式中，所述光束调制元件包括准直透镜和/或扩束元件以及衍射光学元件。所述准直透镜和/或扩束元件及图案化元件设置在光源结构的出光光路上。所述准直透镜和/或扩束元件对所述光源结构发出的光束进行调整使其基本保持准直并满足预设的出光孔径要求。所述图案化元件将光源结构发出的具有多个不规则分布的子光束的光束群集进行重新排布以形成能够在被测目标物上投射出数量更多的不规则分布光斑图案的图案光束。
在某些实施方式中，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泛光发光区域或泛光发射部进行设置，用于将所述泛光发光区域或泛光发射部所发出的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图案光发光区域进行设置，用于将所述图案光发光区域发出的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不规则分布光斑图案的图案光束。
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；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还提供一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括如上述实施方式所述的光学投影模组及感测模组。所述感测模组用于感测所述光学模组在被测目标物上投射的预设图案并通过分析所述预设图案的图像获取被测标的物的三维信息。
本实用新型实施方式还提供一种设备，包括如上述实施方式所述的感测装置。所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。
本实用新型实施方式所提供的光源结构、光学投影模组、感测装置及设备通过计算机进行模拟和筛选以确定能够在较小的发光区域范围内最大限度地提高不同发光单元局部区域之间的不相关性，使得投射在被测目标物上的不规则分布光斑能够更快速地定位到标准不规则分布光斑图案上唯一对应的光斑点，从而提高三维感测的效率。
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是图1中所述不规则发光单元的坐标位置示意图。
图3是本实用新型第二实施方式提供的光源结构的俯视图。
图4是本实用新型第二实施方式中所述泛光发光区域另一种结构的示意图。
图5是本实用新型第三实施方式提供的光源结构的俯视图。
图6是图5中的光源结构沿vi-vi线的剖视图。
图7是本实用新型第四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是本实用新型第五实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。
图10是本实用新型第六实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。
图11是本实用新型第七实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。
图12是本实用新型第八实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。
图13是本实用新型第九实施方式提供的感测装置的结构示意图。
图14是本实用新型第十实施方式提供的设备的结构示意图。
具体实施方式
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。
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，用于发射具有多个不规则分布的子光束的光束群集至一被测目标物上形成对应的不规则分布光斑图案以进行感测识别。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，所述光束用于实现人脸识别，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1包括半导体基底10及形成在所述半导体基底10上的多个不规则分布的发光单元12。所述发光单元12通过光刻、蚀刻和/或金属有机化学气相沉积等工艺形成在所述半导体基底10上。所述半导体基底10的发光表面上定义出一图案光发光区域14。所述发光单元12分布在该图案光发光区域14内。所述发光单元12在该图案发光区域14内的分布位置在满足有限的发光区域面积、发光单元孔径、发光单元间距的条件下使得图案光发光区域14内不同位置的发光单元12之间的不相关性尽可能地高，以提高对不规则分布光斑进行搜索定位的计算效率。
所述发光单元12在图案光发光区域14内的位置通过设定筛选条件利用计算机对模拟出来的多个不规则分布的发光单元12位置图案模板进行筛选来确定。根据在满足上述预设条件下尽可能提高发光单元12之间不相关性的原则，所设定的筛选条件包括：
1.在所述不规则分布的发光单元12位置图案中按照预设面积任意指定搜索块，该搜索块从原先所在的位置在多个重复拼接的不规则分布发光单元12位置图案所组成的大图中移动预设的搜索范围所搜索到的发光单元12分布图案在满足预设的像素缺失率的条件下都是唯一的。所述预设搜索范围为沿相同方向，比如：沿相邻的不规则分布发光单元12位置图案的中心点的连线，移动预设距离所覆盖的范围。所述预设距离小于或等于相邻的所述不规则分布发光单元12位置图案的中心点之间的距离。所述搜索块的预设面积可以以对所述不规则分布的发光单元12所投射出的不规则分布光斑图案进行成像的感测器上的像素单元为单位，比如：所述搜索块可以为30个像素单位乘以30个像素单位的大小。
2.对于每一个备选的所述不规则分布的发光单元12位置图案，按照预设面积任意指定的所述搜索块以所述像素单元为单位遍历所述不规则分布的发光单元12位置图案来获取多幅预设面积大小的发光单元12分布图案。
排除掉所述搜索块本身区域内以及在其周围移动预设的排除范围内获取的发光单元12分布图案，上述获取的其他发光单元12分布图案与所述搜索块本身区域内的发光单元12分布图案一一相比较得出对应的汉明距离。所述排除范围为搜索块本身向各个方向移动一个发光单元12的距离所遍及的范围。所述汉明距离为表达两幅发光单元12分布图案相似程度的参数。所述两幅发光单元12分布图案之间每差异一个发光单元12的位置即增加一个汉明距离值，也就是说其中一幅发光单元12分布图案改变汉明距离值对应个数的发光单元12的位置即可得到另一幅发光单元12分布图案。
比较每一个备选的所述不规则分布的发光单元12位置图案经过上述搜索和比较后获取的各自的最小汉明距离，择优选择其中的最大值所对应的不规则分布发光单元12位置图案。
3.在满足上述根据最小汉明距离择优选择的条件同时，兼顾择优选择发光单元12分布密度相对高的分布图案，从而可以尽量缩小所耗费的半导体基底10的大小，减少制造成本。
4.上述择优选择的发光单元12的分布密度还需要满足制作工艺所能制作出来的相邻发光单元12的最小间距。
如图2所示，经过计算机模拟和筛选后可以确定所述每个不规则分布的发光单元12在所述图案光发光区域14内的位置坐标的取值范围。在本实施方式中，所述图案光发光区域14为矩形。所述发光单元12的个数，例如，为一百个。现以所述图案光发光区域14左下顶点为原点o，相交于左下角的两条直角边延展方向分别为横坐标轴x和纵坐标轴y，长度单位为微米(micrometer,μm)，所述一百个发光单元12的中心点的坐标值的范围如下：p1([165.84,175.26],[153.24,162.66])；p2([141.54,150.96],[140.64,150.06])；p3([184.74,194.16],[173.04,182.46])；p4([171.24,180.66],[86.64,96.06])；p5([198.24,207.66],[84.84,94.26])；p6([207.24,216.66],[189.24,198.66])；p7([226.14,235.56],[169.44,178.86])；p8([120.84,130.26],[215.34,224.76])；p9([209.04,218.46],[36.24,45.66])；p10([182.04,191.46],[34.44,43.86])；p11([5.64,15.06],[148.74,158.16])；p12([91.14,100.56],[89.34,98.76])；p13([166.74,176.16],[56.94,66.36])；p14([182.04,191.46],[7.44,16.86])；p15([101.04,110.46],[249.54,258.96])；p16([115.44,124.86],[147.84,157.26])；p17([222.54,231.96],[103.74,113.16])；p18([66.84,76.26],[102.84,112.26])；p19([338.64,348.06],[103.74,113.16])；p20([242.34,251.76],[64.14,73.56])；p21([41.64,51.06],[114.54,123.96])；p22([60.54,69.96],[75.84,85.26])；p23([196.44,205.86],[272.04,281.46])；p24([249.54,258.96],[109.14,118.56])；p25([103.74,113.16],[276.54,285.96])；p26([187.44,196.86],[245.94,255.36])；p27([22.74,32.16],[186.54,195.96])；p28([35.34,44.76],[162.24,171.66])；p29([17.34,26.76],[90.24,99.66])；p30([17.34,26.76],[63.24,72.66])；p31([66.84,76.26],[215.34,224.76])；p32([257.64,267.06],[11.94,21.36])；p33([44.34,53.76],[230.64,240.06])；p34([222.54,231.96],[263.04,272.46])；p35([107.34,116.76],[66.84,76.26])；p36([1.14,10.56],[270.24,279.66])；p37([135.24,144.66],[62.34,71.76])；p38([30.84,40.26],[38.94,48.36])；p39([20.94,30.36],[245.04,254.46])；p40([72.24,81.66],[129.84,139.26])；p41([0.24,9.66],[214.44,223.86])；p42([275.64,285.06],[101.94,111.36])；p43([322.44,331.86],[156.84,166.26])；p44([88.44,97.86],[27.24,36.66])；p45([47.94,57.36],[257.64,267.06])；p46([271.14,280.56],[276.54,285.96])；p47([3.84,13.26],[32.64,42.06])；p48([56.04,65.46],[29.04,38.46])；p49([38.04,47.46],[8.34,17.76])；p50([83.04,92.46],[54.24,63.66])；p51([170.34,179.76],[125.34,134.76])；p52([194.64,204.06],[137.94,147.36])；p53([151.44,160.86],[105.54,114.96])；p54([164.94,174.36],[191.94,201.36])；p55([137.94,147.36],[193.74,203.16])；p56([128.94,138.36],[89.34,98.76])；p57([110.04,119.46],[109.14,118.56])；p58([215.34,224.76],[63.24,72.66])；p59([127.14,136.56],[242.34,251.76])；p60([154.14,163.56],[244.14,253.56])；p61([330.54,339.96],[129.84,139.26])；p62([245.04,254.46],[189.24,198.66])；p63([169.44,178.86],[221.64,231.06])；p64([154.14,163.56],[271.14,280.56])；p65([235.14,244.56],[29.04,38.46])；p66([220.74,230.16],[130.74,140.16])；p67([113.64,123.06],[174.84,184.26])；p68([269.34,278.76],[175.74,185.16])；p69([0,6.96],[174.84,184.26])；p70([93.84,103.26],[214.44,223.86])；p71([294.54,303.96],[164.04,173.46])；p72([275.64,285.06],[202.74,212.16])；p73([139.74,149.16],[6.54,15.96])；p74([86.64,96.06],[169.44,178.86])；p75([232.44,241.86],[2.04,11.46])；p76([148.74,158.16],[32.64,42.06])；p77([313.44,322.86],[92.04,101.46])；p78([300.84,310.26],[116.34,125.76])；p79([318.84,328.26],[188.34,197.76])；p80([318.84,328.26],[215.34,224.76])；p81([269.34,278.76],[63.24,72.66])；p82([78.54,87.96],[266.64,276.06])；p83([291.84,301.26],[47.94,57.36])；p84([113.64,123.06],[15.54,24.96])；p85([228.84,238.26],[211.74,221.16])；p86([335.04,344.46],[8.34,17.76])；p87([200.94,210.36],[216.24,225.66])；p88([305.34,314.76],[239.64,249.06])；p89([315.24,324.66],[33.54,42.96])；p90([263.94,273.36],[148.74,158.16])；p91([335.94,345.36],[64.14,73.56])；p92([60.54,69.96],[176.64,186.06])；p93([13.74,23.16],[121.74,131.16])；p94([247.74,257.16],[251.34,260.76])；p95([288.24,297.66],[20.94,30.36])；p96([65.04,74.46],[2.04,11.46])；p97([332.34,341.76],[245.94,255.36])；p98([280.14,289.56],[249.54,258.96])；p99([298.14,307.56],[270.24,279.66])；p100([253.14,262.56],[224.34,233.76])。
优选地，所述一百个发光单元12的中心点的坐标值为：p1(170.55,157.95)；p2(146.25,145.35)；p3(189.45,177.75)；p4(175.95,91.35)；p5(202.95,89.55)；p6(211.95,193.95)；p7(230.85,174.15)；p8(125.55,220.05)；p9(213.75,40.95)；p10(186.75,39.15)；p11(10.35,153.45)；p12(95.85,94.05)；p13(171.45,61.65)；p14(186.75,12.15)；p15(105.75,254.25)；p16(120.15,152.55)；p17(227.25,108.45)；p18(71.55,107.55)；p19(343.35,108.45)；p20(247.05,68.85)；p21(46.35,119.25)；p22(65.25,80.55)；p23(201.15,276.75)；p24(254.25,113.85)；p25(108.45,281.25)；p26(192.15,250.65)；p27(27.45,191.25)；p28(40.05,166.95)；p29(22.05,94.95)；p30(22.05,67.95)；p31(71.55,220.05)；p32(262.35,16.65)；p33(49.05,235.35)；p34(227.25,267.75)；p35(112.05,71.55)；p36(5.85,274.95)；p37(139.95,67.05)；p38(35.55,43.65)；p39(25.65,249.75)；p40(76.95,134.55)；p41(4.95,219.15)；p42(280.35,106.65)；p43(327.15,161.55)；p44(93.15,31.95)；p45(52.65,262.35)；p46(275.85,281.25)；p47(8.55,37.35)；p48(60.75,33.75)；p49(42.75,13.05)；p50(87.75,58.95)；p51(175.05,130.05)；p52(199.35,142.65)；p53(156.15,110.25)；p54(169.65,196.65)；p55(142.65,198.45)；p56(133.65,94.05)；p57(114.75,113.85)；p58(220.05,67.95)；p59(131.85,247.05)；p60(158.85,248.85)；p61(335.25,134.55)；p62(249.75,193.95)；p63(174.15,226.35)；p64(158.85,275.85)；p65(239.85,33.75)；p66(225.45,135.45)；p67(118.35,179.55)；p68(274.05,180.45)；p69(2.25,179.55)；p70(98.55,219.15)；p71(299.25,168.75)；p72(280.35,207.45)；p73(144.45,11.25)；p74(91.35,174.15)；p75(237.15,6.75)；p76(153.45,37.35)；p77(318.15,96.75)；p78(305.55,121.05)；p79(323.55,193.05)；p80(323.55,220.05)；p81(274.05,67.95)；p82(83.25,271.35)；p83(296.55,52.65)；p84(118.35,20.25)；p85(233.55,216.45)；p86(339.75,13.05)；p87(205.65,220.95)；p88(310.05,244.35)；p89(319.95,38.25)；p90(268.65,153.45)；p91(340.65,68.85)；p92(65.25,181.35)；p93(18.45,126.45)；p94(252.45,256.05)；p95(292.95,25.65)；p96(69.75,6.75)；p97(337.05,250.65)；p98(284.85,254.25)；p99(302.85,274.95)；p100(257.85,229.05)。
所述发光单元12可以为半导体激光器。优选地，在本实施方式中，所述发光单元12为垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser,vcsel)。
所述光源结构1上的不规则发光单元12的排布位置通过计算机根据上述筛选原则进行模拟和筛选确定后能够在较小的发光区域范围内最大限度地提高不同发光单元12局部区域之间的不相关性，使得投射在被测目标物上的不规则分布光斑能够更快速地定位到标准不规则分布光斑图案上唯一对应的光斑点，从而提高三维感测的效率。
如图3所示，本实用新型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：所述光源结构2还包括一个或多个泛光发光区域21。所述泛光发光区域21对称地围绕所述图案光发光区域24分布。每一个所述泛光发光区域21包括一个或多个发光体26。所述泛光发光区域21内的发光体26与所述图案光发光区域24内的发光单元22形成在同一个半导体基底20上并可分别被独立地控制发光。所述泛光发光区域21用于发出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。
在本实施方式中，每一个所述泛光发光区域21内可形成有多个发光体26。所述多个发光体26按照预设的相同间隔均匀排布在泛光发光区域21内。所述多个发光体26可以为vcsel。
所述泛光发光区域21所发出的光强均匀的光束经过设置在光源结构2出光光路上的光学元件的扩散混合后形成覆盖整个发射角度的泛光光束。
如图4所示，每一个所述泛光发光区域21内可形成有单个发光体26。所述单个发光体26可以为单孔宽面型vcsel。所述单孔宽面型vcsel只有一个发光孔，但发光孔径较大，数十倍于一般的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，也可以为不规则的其他形状。在本实施方式中，所述泛光发光区域21分别对应设置在图案光发光区域24的边角处。所述泛光发光区域21的形状从外侧包围住所述图案光发光区域24边角的直角框条型。所述单孔宽面型vcsel的发光面形状也可以为对应的所述直角框条形状。
请一并参阅图5和图6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，其区别在于所述泛光发光区域31为在所述图案光发光区域34外包围所述图案光发光区域34一圈的框形区域。所述泛光发光区域31与图案光发光区域34之间最小间距d的大小应确保从图案光发光区域34发出去的光束与泛光发光区域32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33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，所述泛光发光区域31内的发光体36与图案光发光区域34内的发光单元32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。因所述发光体36与发光单元32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33的间距保持不变的前提下为了满足所述与泛光发光区域31所发出光束不交汇，则要求图案光发光区域34与泛光发光区域31之间的距离d越大。假设从图案光发光区域34和泛光发光区域31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33之间的距离为h，根据三角函数关系，在图案光发光区域34所发出光束与泛光发光区域31所发出光束刚好相交的临界情况下所述图案光发光区域34与泛光发光区域31之间的最小间距d满足公式
在本实施方式中，所述发光单元32不规则分布在半导体基底30的图案光发光区域34内。所述发光体36按照相同的预设间隔均匀地排布在泛光发光区域31内。
请一并参阅图7和图8，本实用新型第四实施方式提供了一种光源结构4，用于发射光束至一被测目标物上进行感测识别。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，所述光束用于实现人脸识别，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4包括泛光发射部40及图案光发射部42。所述泛光发射部40所发出的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识别所述被测目标物是否为符合预设特征的特定对象。比如，所述泛光光束可用于识别所述被测目标物是否为人脸。所述图案光发射部42所发出的光束用于形成能够在被测目标物上投射预设图案的图案光束。所述预设图案用于感测所述被测目标物表面的三维信息。
所述泛光发射部40包括形成在泛光发光半导体基底401上的发光体400及导光板402。所述导光板402包括入光面4020及出光面4022。在本实施方式中，所述导光板402大致呈长方体形状，所述入光面4020垂直于出光面4022。所述发光体400对应导光板402的入光面4020设置，以使得所述发光体400所发出的光束从入光面4020射入导光板402内均匀混合后从出光面4022投射出泛光光束。
所述图案光发射部42设置在所述导光板402出光面4022的中间位置。所述图案光发射部42包括如第一实施方式中所述的半导体基底421及形成在所述半导体基底421上的多个发光单元420。所述发光单元420按照与第一实施方式中相同的分布规律在所述半导体基底421上不规则排布。所述发光单元420发出的光束与图案化元件，比如：衍射光学元件(diffractiveopticalelement，doe)，配合在被测目标物上投射不规则分布的光斑图案。
在本实施方式中，所述发光体400和发光单元420可以为半导体激光器，例如：vcsel。不同的是，因所述发光体400与发光单元420所在的位置不同，需要分别形成在不同的泛光发光半导体基底401和半导体基底421上。所述泛光发光半导体基底401的形状与入光面4020形状相对应。
如图9所示，本实用新型第五实施方式提供了一种光学投影模组5，用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述光学投影模组5包括光束调制元件51及上述第一实施方式中的光源结构1。
所述光束调制元件51包括但不限于准直透镜510和/或扩束元件以及图案化元件512。所述准直透镜510和/或扩束元件及图案化元件512设置在光源结构1的出光光路上。所述准直透镜510和/或扩束元件对所述光源结构1发出的光束进行调整使其基本保持准直并满足预设的出光孔径要求。所述图案化元件512将光源结构1发出的具有多个不规则分布的子光束的光束群集进行重新排布以形成能够在被测目标物上投射出数量更多的不规则分布光斑图案的图案光束。
所述图案化元件512包括但不限于doe、微透镜阵列、光栅等。在本实施方式中，所述图案化元件512为doe，所述doe将光源结构1发出的具有多个不规则分布的子光束的光束群集复制多个并在预设的扩展角度范围内展开而形成能够在被测目标物上投射出数量更多的不规则分布光斑图案的图案光束。
如图10所示，本实用新型第六实施方式提供了一种光学投影模组6，用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述光学投影模组6包括光束调制元件61及上述第二至第四实施方式中的光源结构2。
所述光束调制元件61包括扩散部610及图案化部612。所述扩散部610对应光源结构1的泛光发光区域21设置，用于将泛光发光区域21中所述发光体26发出的光束扩散形成光强均匀分布的泛光光束。所述图案化部612对应光源结构1的图案光发光区域24设置，用于将图案光发光区域24中所述发光单元22发出的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。
在本实施方式中，所述图案化部612与光源结构1的图案光发光区域24相对应，设置在光束调制元件61的中间位置。所述扩散部610与光源结构1的泛光发光区域21相对应，对称地围绕所述图案化部612的外围进行设置。
所述图案化部612及扩散部610的功能通过在透明基板613的对应位置形成光学纹路来实现。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613上。即，所述透明基板613的中间位置形成有用于重新排布光场的图案化光学纹路6120作为所述图案化部612。所述透明基板613在所述图案化光学纹路6120的外围与光源结构1泛光发光区域21对应的位置形成具有光扩散作用的扩散光学纹路6100作为所述扩散部610。
如图11所示，本实用新型第七实施方式提供了一种光学投影模组7，其与第六实施方式中的光学投影模组6基本相同，其区别在于所述光学投影模组7还包括光路导向元件76。
所述光路导向元件76设置在光源结构1与光束调制元件71之间，并与所述光源结构1泛光发光区域21的出光面对应的位置处。所述光路导向元件76用于将泛光发光区域21内所述发光体26呈发散状出射的光束引导照射到所述光束调制元件71上的扩散部710。所述光路导向元件76的设置是为了避免在光源结构1的泛光发光区域21与图案光发光区域24距离较近的技术方案中，从泛光发光区域21所发出的光束一部分会经过光束调制元件71的图案化部712后会形成强度不均匀的衍射光束，从而影响到泛光光束的均匀性。所述光路导向元件76包括，但不限于，棱镜、微透镜及光栅。所述光路导向元件76的设置区域与光源结构1的泛光发光区域21保持一致。
如图12所示，本实用新型第八实施方式提供了一种光学投影模组8，其与第六实施方式中的光学投影模组6基本相同，其区别在于所述光束调制元件81的扩散部810和图案化部812分别形成在不同的透明基板上。
所述形成有图案化部812的透明基板定义为图案化基板8123。所述图案化基板8123上与光源结构1的图案化发光区域24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8120。在本实施方式中，对应于所述图案光发光区域24设置在光源结构1中部的情形，所述图案化光学纹路8120形成在图案化基板8123的中间位置。
所述形成有扩散部810的透明基板定义为扩散基板8103。所述扩散基板8103上与光源结构1的泛光发光区域21相对应的位置处形成有起到光扩散作用的扩散光学纹路8100。所述扩散基板8103与图案化基板8123上图案化光学纹路8120对应的区域保持透光，所述图案化基板8123与扩散基板8103上扩散光学纹路8100对应的区域保持透光，定义为透光区域8102。在本实施方式中，对应于所述泛光发光区域21围绕图案光发光区域24设置的光源结构1，所述扩散基板8103在所述透光区域8102的外围与光源结构1泛光发光区域21对应的位置处形成有所述扩散光学纹路8100。
所述图案化基板8123和扩散基板8103可相互堆叠在一起，也可以沿着所述光学投影模组8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8103及图案化基板8123上对应光学纹路位置相互对准，对于扩散基板8103和图案化基板8123沿所述投影光路的排列顺序不做特别要求。
如图13所示，本实用新型第九实施方式提供了一种感测装置9，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三维信息、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立体信息。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立体模型。
所述感测装置9包括如上述第五至第八实施方式所提供的光学投影模组5及感测模组90。所述光学投影模组5用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述感测模组90用于感测所述光学投影模组5在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像获取的被测标的物的相关空间信息。
在本实施方式中，所述感测装置9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和/或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90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90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14所示，本实用新型第十实施方式提供一种设备100，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100包括至少一个上述第九实施方式所提供的感测装置9。所述设备100用于根据该感测装置9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9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100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100。
与现有技术相比，本实用新型所提供的光源结构1、光学投影模组5、感测装置9及设备100通过计算机根据上述筛选原则进行模拟和筛选确定后能够在较小的发光区域范围内最大限度地提高不同发光单元局部区域之间的不相关性，使得投射在被测目标物上的不规则分布光斑能够更快速地定位到标准不规则分布光斑图案上唯一对应的光斑点，从而提高三维感测的效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
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。
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