投影模组、成像装置和电子装置的制作方法

本发明涉及图像采集技术领域，特别涉及一种投影模组、成像装置和电子装置。

背景技术：

相关技术中，用于采集物体三维轮廓信息的成像装置越来越受关注，成像装置可以通过结构光技术向物体投影特定的光信息，图像传感器接收物体反射的光线，根据光信息的变化来计算物体的三维轮廓信息。其中，在编码结构光技术中，通常使用垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)阵列作为光源，光线经一光罩(mask)形成结构化光线，然而，垂直腔面发射激光器发射的光线集中，发散角度较小，光源与光罩需要一定距离才能使得光线扩散形成交叠，让通过光罩的光线较均匀，不利于成像装置的小型化设置。此外，由于交叠区域分布，光线在交叠区域仍然存在不均匀现象，影响投影结构光图案的质量。

技术实现要素：

本发明的实施方式提供了一种投影模组、成像装置和电子装置。

本发明实施方式的投影模组包括光源、扩散器和光罩，所述光源用于发射光线；所述扩散器用于将所述光源发射的光线扩散形成均匀光线；和所述光罩用于将所述扩散器出射的均匀光线投射形成结构化光线，所述扩散器位于所述光源和所述光罩之间。

本发明实施方式的投影模组中，在光源和光罩之间设置扩散器可以将光源发射的光线扩散，光源和光罩的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组的小型化设计，同时，经扩散器扩散可以形成均匀光线，使得光罩形成的结构化光线效果更好。

在某些实施方式中，所述扩散器和所述光源间隔设置，所述扩散器和所述光罩间隔设置。如此，扩散器可以作为一个独立的元件设置在光源与光罩之间，可以将光源发出的光线扩散并使得投影模组内的光线分布均匀。

在某些实施方式中，所述扩散器设置在所述光罩上。如此，扩散器和光罩可以设计成一个元件，同样的，扩散器扩散形成的均匀光线可以经光罩投射形成结构化光线。

在某些实施方式中，所述光罩包括透光区域和遮光区域，所述透光区域形成结构化图案。如此，由于透光区域形成结构化图案，经光罩投射的光线可以形成与结构化图案对应的结构化光线，即光罩可以将光线投射形成结构化光线。

在某些实施方式中，所述投影模组包括位于所述光罩出光侧的投影透镜，所述投影透镜用于投影所述结构化光线。如此，投影模组通过投影透镜可以提高结构化光线投影的效果，达到相应的成像品质。

在某些实施方式中，所述光源包括垂直腔面发射激光器阵列，所述垂直腔面发射激光器阵列包括呈阵列分布的多个垂直腔面发射激光器。如此，使用垂直腔面发射激光器阵列作为光源，可以满足光源小体积的需求，由多个垂直腔面发射激光器形成阵列分布可以保证结构化光线投影的连续性。

本发明实施方式的成像装置包括接收模组和上述任一实施方式所述的投影模组。

本发明的实施方式的成像装置中，投影模组的光源和光罩之间设置有扩散器，扩散器可以将光源发射的光线扩散，光源和光罩的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组和成像装置的小型化设计，同时，经扩散器扩散可以形成均匀光线，使得光罩形成的结构化光线效果更好。

在某些实施方式中，所述接收模组包括成像透镜和图像传感器，所述图像传感器位于所述成像透镜的像侧，所述成像透镜用于将入射的光线汇聚到所述图像传感器。如此，图像传感器可以采集物体反射的光线，成像透镜可以将光线汇聚到图像传感器，有利于接收模组接收投影模组投影至物体后反射的结构化光线。

在某些实施方式中，所述接收模组包括滤光片，所述滤光片位于所述成像透镜和所述图像传感器之间。如此，滤光片可以滤除投影模组投影的光线之外的其他光线，避免其他光线的干扰，从而图像传感器采集光线形成的图像信息更加准确。

本发明的实施方式的电子装置包括上述任一实施方式所述的成像装置。

本发明实施方式的电子装置中，成像装置的投影模组在光源和光罩之间设置扩散器可以将光源发射的光线扩散，光源和光罩的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组、成像装置以及电子装置的小型化设计，同时，经扩散器扩散可以形成均匀光线，使得光罩形成的结构化光线效果更好。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的投影模组的结构示意图。

图2是本发明实施方式的投影模组的另一结构示意图。

图3是本发明实施方式的扩散器投射的均匀光线的光分布示意图。

图4是本发明实施方式的光罩的结构示意图。

图5是本发明实施方式的投影模组投影的结构化光线示意图。

图6是本发明实施方式的成像装置的结构示意图。

图7是本发明实施方式的电子装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

投影模组10、光源12、垂直腔面发射激光器122、扩散器14、光罩16、透光区域162、遮光区域164、投影透镜18；

成像装置100、接收模组20、成像透镜22、图像传感器24、滤光片26；

电子装置1000。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。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/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请一并参阅图1和图2，本发明实施方式的投影模组10包括光源12、扩散器14(diffuser)和光罩16，光源12用于发射光线。扩散器14用于将光源12发射的光线扩散形成均匀光线。光罩16用于将扩散器14出射的均匀光线投射形成结构化光线，扩散器14位于光源12和光罩16之间。

本发明实施方式的投影模组10中，在光源12和光罩16之间设置扩散器14可以将光源12发射的光线扩散，光源12和光罩16的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组10的小型化设计，同时，经扩散器14扩散可以形成均匀光线，使得光罩16形成的结构化光线效果更好。

具体地，请参阅图3，均匀光线指的是具有一定光型分布、密度以及均匀度的光线。也即是说，扩散器14可以将光线扩散形成具有一定光型分布、密度以及均匀度的光线。

进一步地，增加扩散器14可以使得光源12与光罩16的距离控制的敏感度减小，在投影模组10装配时，有利于提高投影模组10的良率。

在一个例子中，结构化光线包括编码结构光。

在某些实施方式中，扩散器14可以通过在材料层中增加散射材质制成，或通过在材料层表面层做散射特性制成，或通过在材料层表面设计衍射微结构制成，或通过在材料层表面设计微透镜阵列(microlensarray，mla)折射微结构制成。具体地，扩散器14可以根据不同的用途和光学需求选择不同的设计，可以满足更多的场景需求。

在某些实施方式中，扩散器14与光源12保持一定的距离。如此，投影模组10可以满足相应的光学需求。其中，扩散器14与光源12可以根据不同的光学需求设置合适的距离。

请参阅图4和图5，在某些实施方式中，光罩16包括透光区域162和遮光区域164，透光区域162形成结构化图案。

可以理解，光线无法透过遮光区域164，例如，遮光区域164可以遮挡或吸收光线，如此，光线投射至光罩16时，在遮光区域164被遮挡，可以从透光区域162出射，由于透光区域162形成结构化图案，因此，经光罩16投射的光线可以形成与结构化图案对应的结构化光线，即光罩16可以将光线投射形成结构化光线。其中，结构化图案包括但不限于格栅图案、点状图案或线条图案等。在图4的实施方式中，结构化图案为格栅图案，结构化光线呈格栅状分布(如图5所示)。可以理解，在其它实施方式中，结构化图案还可以其它图案，在此不作具体限定。

具体地，在某些实施方式中，光罩16可以通过光罩蚀刻技术制成。在透光材质上覆盖一层遮光材质，通过光罩蚀刻技术将透光区域162的遮光材质蚀刻掉，而保留遮光区域164的遮光材质。

在本发明实施方式中，均匀光线投射至光罩16可以使得光罩16投射形成的结构化光线的品质较佳。

请参阅图1，在某些实施方式中，扩散器14和光源12间隔设置，扩散器14和和光罩16间隔设置。

如此，扩散器14可以作为一个独立的元件设置在光源12与光罩16之间，也即是说，投影模组10可以在原有元件的基础上，增加扩散器14，使得扩散器14可以将光源12发出的光线扩散并使得投影模组10内的光线分布均匀。

请参阅图2，在某些实施方式中，扩散器14设置在光罩16上。

也即是说，扩散器14和光罩16一体设置，从而可以设计成一个元件，同样的，扩散器14扩散形成的均匀光线可以经光罩16投射形成结构化光线。此外，扩散器14设置在光罩16上可以不用增加元件数量，优化投影模组10的空间设置，有利于投影模组10的装配。

进一步地，在一些实施例中，扩散器14设置在光罩16上时，可以在扩散器14的出光面覆盖一层遮光材质，通过光罩蚀刻技术将光罩16的透光区域162的遮光材质蚀刻掉，而保留光罩16的遮光区域164的遮光材质。当然，在其他实施例中，投影模组10还可以通过胶水将扩散器14和光罩16粘合，固定连接形成一体结构。

在某些实施方式中，投影模组10包括位于光罩16出光侧的投影透镜18(projectionlens)，投影透镜18用于投影结构化光线。

如此，投影模组10通过投影透镜18可以提高结构化光线投影的效果，达到相应的成像品质。例如，线宽、景深(depthoffocus，dof)和视场角(fieldofview，fov)等。可以理解，线宽对应结构化光线投影的精密程度，景深对应结构化光线投影的有效距离和清晰度，视场角对应结构化光线投影的范围。

在某些实施方式中，投影透镜18包括至少一个光学透镜。在一个例子中，投影透镜18可以是一个光学透镜。在另一个例子中，投影透镜18可以是多个光学透镜的组合。如此，投影模组10通过投影透镜18可以提高结构化光线投影的效果。

在某些实施方式中，光源12包括垂直腔面发射激光器阵列，垂直腔面发射激光器阵列包括呈阵列分布的多个垂直腔面发射激光器122。

可以理解，垂直腔面发射激光器122是一种小体积的半导体激光器，可以以较高的输出功率形成阵列分布，用于建立高效的激光光源。如此，投影模组10可以使用垂直腔面发射激光器阵列作为光源12，可以满足光源12小体积的需求，由多个垂直腔面发射激光器122形成阵列分布可以保证结构化光线投影的连续性。

请参阅图6，本发明实施方式的成像装置100包括接收模组20和上述任一实施方式的投影模组10。

本发明的实施方式的成像装置100本发明实施方式的投影模组10。也即是说，本发明实施方式的投影模组10可以应用于本发明实施方式的成像装置100。

本发明实施方式的成像装置100可以用于采集物体的三维轮廓信息，成像装置100通过投影模组10投影结构化光线至空间，结构化光线投影至空间中的物体时，结构化光线形成的图案会根据物体的三维轮廓变化，接收模组20接收物体反射光线的图案，成像装置100根据物体反射图案的变化计算得到物体的三维信息。

在成像装置100中，投影模组10的光源12和光罩16之间设置有扩散器14，扩散器14可以将光源12发射的光线扩散，光源12和光罩16的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组10和成像装置100的小型化设计，同时，经扩散器14扩散可以形成均匀光线，使得光罩16形成的结构化光线效果更好，有利于提高成像装置100检测物体三维信息的准确性。

在某些实施方式中，接收模组20和投影模组10并排设置。如此，有利于投影模组10投影结构化光线并由接收模组20接收物体反射的光线。

在某些实施方式中，接收模组20包括成像透镜22和图像传感器24，图像传感器24位于成像透镜22的像侧，成像透镜22用于将入射的光线汇聚到图像传感器24。

如此，图像传感器24可以采集物体反射的光线，成像透镜22可以将光线汇聚到图像传感器24，有利于接收模组20接收投影模组10投影至物体后反射的结构化光线。

在某些实施方式中，成像透镜22包括至少一个光学透镜。在一个例子中，成像透镜22可以是一个光学透镜。在另一个例子中，成像透镜22可以是多个光学透镜的组合。如此，接收模组20通过成像透镜22可以提高图像传感器24的成像效果。

在某些实施方式中，接收模组20包括滤光片26，滤光片26位于成像透镜22和图像传感器24之间。

如此，滤光片26可以滤除投影模组10投影的光线之外的其他光线，避免其他光线的干扰，从而图像传感器24采集光线形成的图像信息更加准确。

在一个例子中，投影模组10可以投影红外线，滤光片26可以是红外滤光片，如此，红外滤光片可以滤除非红外光，避免非红外光对图像传感器24采集图像的干扰。

请参阅图7，本发明的实施方式的电子装置1000包括上述任一实施方式的成像装置100。

本发明实施方式的电子装置1000采用本发明实施方式的成像装置100，也即是说，本发明实施方式的成像装置100可以应用于本发明实施方式的电子装置1000。

电子装置1000可以通过成像装置100获取物体的三维轮廓信息，从而实现更多功能。例如，电子装置1000可以获取人脸的三维轮廓信息，从而实现人脸识别，人脸解锁等功能。

在电子装置1000中，成像装置100的投影模组10在光源12和光罩16之间设置扩散器14可以将光源12发射的光线扩散，光源12和光罩16的距离可以相对设置较近，从而有利于投影模组10、成像装置100以及电子装置1000的小型化设计，同时，经扩散器14扩散可以形成均匀光线，使得光罩16形成的结构化光线效果更好。

在某些实施方式中，电子装置1000包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备、门锁、车载终端、无人机等电子装置。在图7所示的例子中，电子装置1000为手机。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“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发明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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。