照射模组及其多功能成像器件的制作方法

本实用新型涉及半导体照明领域，尤其涉及一种照射模组及其多功能成像器件。

背景技术：

视觉信息正逐渐成为智能设备获取信息、感知世界的重要途径，随着智能设备功能的不断增多、应用场景多样化，基于视觉信息所实现的需求也越来越广泛。比如，基于人脸识别的解锁与支付、基于人体信息的手势与动作交互等功能性需求，同时这些功能还需要在不同场景下、不同环境光照条件下有较高的可靠性。传统设备中利用相机获取彩色图像信息已难以满足这些需求，基于主动光照明的视觉信息获取，如红外图像，则可以提升不同场景、不同环境光照条件视觉信息获取的可靠性，而利用深度相机获取深度图像则可以实现普通彩色图像难以实现的功能，如高精度的人脸识别、手势交互。另外，利用深度相机进行人脸识别等情形，在夜间场合，需要对目标进行泛光照明，以实现高精度的识别。

红外照明、红外相机、深度相机等将越来越多地被应用于智能设备中以获取红外、深度图像等视觉信息。然而，由此也带来了一些问题。智能设备的微型化、轻薄化趋势使得集成如此多的器件变得尤为困难。一方面，更多的器件会带来更高的功耗由此会降低智能设备的续航能力；另一方面，多器件的集成对组装工艺的要求大幅提升，使得产品良率下降，生产成本增加。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出一种照射模组及其多功能成像器件，其模组多功能化，整体结构紧凑、稳定性强，且组装简便。

本实用新型提供的照射模组包括：底座；光投影子模块，包括安装在所述底座上的投影光源、透镜以及图案生成器；泛光照明子模块，包括安装在所述底座上的泛光光源以及泛光光学元件。

在一些实施例中，底座包括电路板、金属、合金、陶瓷、半导体等底座中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，当所述底座包括半导体底座时，所述透镜、所述图案生成器以及所述泛光光学元件通过半导体间隔块与所述底座连接固定。

在一些实施例中，所述投影光源用于发射出投影光束，所述投影光束包括用于结构光成像的图案化光束或者用于时间飞行计算的脉冲光束，所述泛光光源用于发射出泛光光束。

在一些实施例中，所述投影光源和所述泛光光源所发射光束的波长包括可见光波长、红外光波长、紫外光波长中的一种或多种；在另一些实施例中，所述投影光源与所述泛光光源所发射光束的波长相同。

在一些实施例中，所述投影光源包括边发射激光发射器、垂直腔面激光发射器(VCSEL)、发光二极管中的一种。

在一些实施例中，所述图案生成器包括衍射光学元件；所述泛光光学元件包括漫射器。

在一些实施例中，所述投影光源包括由多个光源组成的光源阵列。

本实用新型还提供一种多功能成像器件，包括如上所述的照射模组；采集相机以及处理器；所述处理器用于控制所述光投影模块与所述采集相机同步工作，使得所述采集相机采集目标的投影光束图像，所述处理器根据所述投影光束图像计算出目标的深度图像，或者，所述处理器用于控制所述泛光照明子模块与所述采集相机同步工作，使得所述采集相机采集目标的泛光图像。

在一些实施例中，所述处理器用于控制所述光投影子模块、所述泛光照明子模块交错工作，并控制所述采集相机采集目标的投影光束图像以及泛光图像序列。

本实用新型的有益效果：通过将光投影子模块和泛光照明子模块安装在同一个底座上，既实现了模组的多功能化，又使得整体更加紧凑，稳定性强。且其组装简便，有利于模组的快速组装。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的照射模组示意图。

图2为本实用新型另一个实施例的照射模组示意图。

图3为本实用新型一个实施例的多功能成像器件示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

图1是根据本发明一个实施例的照射模组示意图。照射模组10包括底座108、光投影子模块以及泛光照明子模块，其中底座108用于支撑光投影子模块与泛光照明子模块；光投影子模块用于向空间中发射出投影光束，比如用于结构光成像的图案化光束、用于时间飞行计算的脉冲光束等；泛光照明子模块用于向空间中提供泛光照明。

底座108可以由电路板、金属、合金、陶瓷、半导体等底座组成，也可以是由多种不同底座的组合。比如在一个实施例中，底座为陶瓷以及电路板的组合，其中陶瓷具备优良的散热性能，同时还可以提供一定的支撑作用，电路板则用于供电及控制。在一个实施例中，底座108还包含外延的部分，比如柔性电路板(FPC)102以及接口101，整个模组通过FPC以及接口接入到其他系统中，比如3D相机、移动终端、计算设备等等。

光投影子模块包括投影光源104、透镜107以及图案生成器106，投影光源104发射出光束经由透镜107的汇聚后发射至图案生成器106，由图案生成器106向空间中发射出投影光束。投影光源104由底座108进行驱动及控制，比如投影光源104通过导线105与底座108中的电路进行电连接，也可以通过其他方式进行连接，比如通过导电银浆等方式实现连接。投影光源104可以是边发射激光发射器、垂直腔面激光发射器(VCSEL)、发光二极管(LED)等，也可以是多个光源组成的光源阵列，比如VCSEL阵列芯片(在半导体衬底上布置多个VCSEL光源)等，投影光源104发射的波长可以是可见光波长、红外光波长、紫外光波长等。

透镜107用于接收由投影光源104发射出的发散光束或光束阵列，并将光束进行汇聚以实现聚焦或准直的效果，一般地透镜107与投影光源104之间的距离约等于透镜107的焦距。透镜107可以是单透镜也可以是多片透镜的组合，其材质也可以是玻璃或者塑料材质等，在一个实施例中，考虑到多片透镜中靠近光源处的受热较大，将靠近光源处的透镜设置成玻璃材质，在一个实施例中，考虑到最外侧(远离光源)的透镜对光焦度的贡献最大，将最外侧的透镜设置成玻璃材质。透镜107也可以由微透镜阵列组成，微透镜阵列一般与光源阵列对应，用于实施对光源阵列中的各个子光源进行光学调制。

图案生成器106接收经透镜汇聚后的光束，并将该光束转化成投影光束向空间中投射。优选地，图案生成器106为衍射光学元件(DOE)，比如在透明平板中光源入射的一面刻蚀出周期性的微结构而形成的DOE，其具备对入射光束的衍射分束效果，最终可以形成如散斑图案样式的图案化光束，可以应用于结构光三维成像中。

透镜107与DOE106通过镜座103实现与投影光源104的光学对齐以及与底座的连接固定。

泛光照明子模块包括泛光光源110、泛光光学元件112，泛光光学元件112通过镜座109实现与泛光光源110的光学对齐以及与底座的连接固定。泛光光源110可以由激光、LED等光源组成，也可以包含光源阵列。泛光光源110由底座108进行驱动及控制，比如通过导线111与底座108中的电路进行电连接，也可以通过其他方式进行连接，比如通过导电银浆等方式实现连接。泛光光学元件112可以由毛玻璃、全息片、衍射均化器(漫射器)等构成。

一般地，投影光源104与泛光光源110所发射光束的波长应相同，由此可以由单个图像传感器就可以实现对投影光束以及泛光光束的图像采集，以提高整体系统的集成度。

对于图1所示的照射模组，将光投影子模块以及泛光照明子模块安装在同一个底座上，模组整体更加紧凑，稳定性强。另外，在一个实施例中，通过合理的电路布线，使得用同一个接口来控制两个子模块的独立或同步控制，节约了接口资源。在本实施例中所示的照射模组在组装过程中，首先提供底座，并且将光源安装在底座上，其次将透镜等光学元件与镜座进行组装，最后将镜座与底座进行安装，优选地，可以采用AA制程进行安装。组装过程中或者组装完成后，对光源、光学元件的位置进行实时测量与对齐以保证光学投影以及照明的质量。

图2是根据本发明另一个实施例的照射模组示意图。照射模组20同样包含底座202、光投影子模块以及泛光照明子模块。优选地，底座202为半导体底座，比如硅基座等，底座202上设置多个导电极201以实现电力控制，光投影子模块中的投影光源206与泛光照明子模块中的泛光光源208安装在底座上。光投影子模块以及泛光照明子模块中的透镜205、图案生成器204、泛光光学元件207通过间隔块203、209安装在底座202上并与相应的光源对齐。优选地，间隔块也为半导体材质。该照射模组可以进一步通过导电极与外部电路连接，比如与电路板等连接。

图2所示实施例中的投射模组在制造时，优选地，将采用晶圆级光学(WLO)工艺，首先在晶圆上合理地安装投影光源、泛光光源以及布置导电极，其次将透镜、图案生成器以及泛光光学元件通过间隔块安装在晶圆上，最后将同一块晶圆上的多个模组进行切割以形成多个独立的投影模组。

与图1所示实施例不同的是，图2所示实施例中的照射模组拥有更紧凑的结构布置，并且由于结构、材质的不同，所选取的制造工艺也会有区别，图2更适用于大规模量产。

图3是根据本发明一个实施例的多功能成像器件示意图。该成像器件30包括照射模组302以及采集相机305，照射模组302与采集相机305安装在支架301上。照射模组302如前所述具备光投影子模块303以及泛光照明子模块304，采集相机305可以是一个也可以是多个，比如在本实施例中仅为1个，其用于对红外光成像，光投影子模块303以及泛光照明子模块304均发射出对应的红外光，因此该采集相机即可以采集光投影子模块303所发射出的光束也可以采集由泛光照明子模块304所发射出的光束(由被投影或被照射目标反射回的光束)。

该多功能成像器件可以为独立的电子设备也可以作为模组嵌入到其他电子设备中去，一般地还包含有处理器，处理器用于控制成像器件中各个模块的工作，处理器可以是成像器件中的专用处理器，也可以是其他电子设备中的处理器，处理器可以是单个处理器也可以是多个处理器的组合。

在一个实施例中，处理器控制光投影子模块303与采集相机305同步工作，以使得采集相机305采集目标的投影光束图像(比如结构光图像、时间飞行脉冲图像)，处理器根据投影光束图像计算出目标的深度图像。

在一个实施例中，处理器控制泛光照明子模块304与采集相机305同步工作，以使得采集相机305采集目标的泛光图像。

在一个实施例中，处理器控制光投影子模块303、泛光照明子模块304交错工作，并控制采集相机305采集目标的投影光束图像-泛光图像序列。

在一个实施例中，处理器器控制光投影子模块303、泛光照明子模块304、采集相机305同步工作，以使得采集相机305同时采集到投影光束图像以及泛光图像。此时光投影子模块303、泛光照明子模块304看的光源波长不同，采集相机305一般为两个，分别用于采集不同波长光束的图像，或者在单个采集相机305中布置允许两种波长通过的滤光片，由此可以在单幅图像中用不同像素分别记录不同波长的光束图像。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。