激光发射器、投影模组、光电装置和电子设备的制作方法

本发明涉及成像技术领域，更具体而言，涉及一种激光发射器、投影模组、光电装置和电子设备。

背景技术：

目前，垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)一般用于作为深度相机等获取深度图像的装置的光源。然而，为了与衍射光学元件配合产生不相干性较大的激光图案，vcsel阵列的vcsel数目一般较多，制作成本高。

技术实现要素：

本发明实施方式提供一种激光发射器、投影模组、光电装置和电子设备。

本发明实施方式的激光发射器包括衬底和设置在所述衬底上的多个发光元件。所述发光元件至少形成第一阵列及第二阵列，所述第一阵列的行中的发光元件与所述第二阵列的行中的发光元件依次交错分布，所述第一阵列的列中的发光元件与所述第二阵列的列中的发光元件依次交错分布。

本发明实施方式的激光发射器可以与掩膜进行配合，激光发射器仅需要提供面光源，相较于激光发射器配合衍射光学元件使用时为了得到不相关性较大的激光图案而需要设置较多发光元件并将发光元件随机分布，激光发射器配合掩膜所需的发光元件的数目较少且无需随机分布。另外，激光发射器通过将发光元件分为第一阵列和第二阵列且第一阵列的行中的发光元件和第二阵列的行中的发光元件依次交错分布，第一阵列的列中的发光元件和第二阵列的列中的发光元件依次交错分布，相较于发光元件的随机分布，在相同的空间可以容纳更多发光元件，可以节省衬底的空间，从而可以降低激光发射器的成本。

在某些实施方式中，所述第一阵列中的发光元件的数量与所述第二阵列的发光元件的数量不相同。

在激光发射器和掩膜配合使用时，第一阵列和第二阵列交错分布，使得多个发光元件分布较为均匀，相应地，激光发射器发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。在激光器发射器和衍射光学元件配合使用时，第一阵列和第二阵列设置不同数量的发光元件，提升了多个发光元件整体的不相关性，有利于提升深度信息的检测精度。

在某些实施方式中，所述第一阵列的列中的发光元件的投影位于所述第二阵列的列中相邻两发光元件之间。

在激光发射器和掩膜配合使用时，第一阵列和第二阵列交错分布，使得多个发光元件分布较为均匀，相应地，激光发射器发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。第一阵列的列中的发光元件的投影位于第二阵列的列中相邻的两个发光元件之间，提升了多个发光元件整体的不相关性，从而可以提升深度信息的检测精度。

在某些实施方式中，所述第一阵列的行至与所述第一阵列的行相邻的所述第二阵列的两行的距离不相同。

在激光发射器和掩膜配合使用时，第一阵列和第二阵列交错分布，使得多个发光元件分布较为均匀，相应地，激光发射器发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。在激光发射器配合衍射光学元件使用时，第一阵列的行和第二阵列的相邻两行之间的距离不相同，提升了多个发光元件整体的不相关性，从而可以提升深度信息的检测精度。

在某些实施方式中，相邻的所述发光元件之间的距离相等。

通过等距离排布相邻的发光元件，不仅可以在相同的面积容纳更多的发光元件，节省半导体衬底的体积，还可以为掩膜提供面光源以发射均匀的激光，从而提升深度信息的检测精度。

本发明实施方式的投影模组包括上述任一实施方式的激光发射器和掩膜。所述激光发射器用于发射激光。所述掩膜用于将所述激光转化为特定图案的激光图案。

本发明实施方式的投影模组中，激光发射器可以与掩膜进行配合，并用于提供面光源以发射激光进入掩膜以生成激光图案，通过将发光元件分为第一阵列和第二阵列且第一阵列的行中的发光元件和第二阵列的行中的发光元件依次交错分布，相较于激光发射器配合衍射光学元件使用时的发光元件的随机分布，所需的发光元件的数目较少，从而可以降低激光发射器的成本。

在某些实施方式中，所述掩膜包括有效区域及环绕所述有效区域的安装区域，所述有效区域用于将所述激光转化为所述激光图案，所述安装区域用于安装所述掩膜。

通过有效区域可以将激光转化为激光图案。安装区域环绕有效区域，通过安装区域安装掩膜，有利于投影模组的组装，且安装区域处于有效区域的外围可以对有效区域有一定的保护作用。

在某些实施方式中，所述有效区域包括多个透光区域和多个非透光区域，所述多个透光区域与所述多个非透光区域交错排布并共同形成的图案与所述激光图案相同。

通过多个透光区域和非透光区域交错排布形成和激光图案相同的图案，在激光穿过透光区域后就可以形成激光图案，且通过透光区域和非透光区域的设计可以形成不相关性较高的激光图案，从而提升深度信息的检测精度。

本发明实施方式的光电装置包括上述任一实施方式的投影模组和相机模组。所述投影模组用于朝目标物体发射激光图案。所述相机模组用于接收经目标物体调制后的激光图案。

本发明实施方式的光电装置中，激光发射器可以与掩膜进行配合，并用于提供面光源以发射激光进入掩膜以生成激光图案，通过将发光元件分为第一阵列和第二阵列且第一阵列的行中的发光元件和第二阵列的行中的发光元件依次交错分布，相较于激光发射器配合衍射光学元件使用时的发光元件的随机分布，所需的发光元件的数目较少，从而可以降低激光发射器的成本。

本发明实施方式的电子设备包括壳体和上述光电装置。所述光电装置设置在所述壳体上。

本发明实施方式的电子设备中，激光发射器可以与掩膜进行配合，并用于提供面光源以发射激光进入掩膜以生成激光图案，通过将发光元件分为第一阵列和第二阵列且第一阵列的行中的发光元件和第二阵列的行中的发光元件依次交错分布，相较于激光发射器配合衍射光学元件使用时的发光元件的随机分布，所需的发光元件的数目较少，从而可以降低激光发射器的成本。壳体对光电装置有一定的保护作用。

本发明的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，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

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为本发明实施方式的电子设备的结构示意图；

图2为本发明实施方式的光电装置的结构示意图；

图3为本发明实施方式的投影模组的结构示意图；

图4为本发明实施方式的激光发射器的结构示意图；

图5为本发明实施方式的掩膜的结构示意图；和

图6为本发明实施方式的掩膜的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本发明实施方式的电子设备1000包括光电装置100和壳体200。电子设备1000可以是手机、平板电脑、监控相机、手提电脑、游戏机、头显设备、门禁系统、柜员机等，本发明实施例以电子设备1000是手机为例进行说明，可以理解，电子设备1000的具体形式可以是其他，在此不作限制。光电装置100设置在壳体200上以获取图像，具体地，光电装置100设置在壳体200内并从壳体200暴露，壳体200可以给光电装置100提供防尘、防水、防摔等保护，壳体200上开设有与光电装置100对应的孔，以使光线从孔中穿出或穿入壳体200。

请参阅图2，光电装置100包括投影模组10、相机模组20和处理器30。投影模组10用于朝目标物体发射激光图案。相机模组20用于接收经目标物体调制后的激光图案。处理器30用于根据相机模组20接收的激光图案以成像(深度图像)。

请参阅图3，投影模组10包括基板14、镜筒15、激光发射器11、掩膜12和透镜组件13。

基板14可以是柔性电路板、硬质电路板或软硬结合电路板中的至少一种。

镜筒15设置在基板14上并与基板14形成收容空间16，镜筒15与基板14的连接方式包括螺合、胶合、卡合等。激光发射器11、掩膜12和透镜组件13均收容在收容空间16内。激光发射器11、掩膜12和透镜组件13沿着投影模组10的出光光路依次设置。镜筒15对激光发射器11、掩膜12和透镜组件13具有保护作用。

请参阅图4，激光发射器11包括半导体衬底112和多个发光元件114。激光发射器11设置在基板14上并与基板14电连接。

多个发光元件114设置在衬底112上。发光元件114至少形成第一阵列116和第二阵列118，也即是说，多个发光元件114被分为第一阵列116的多个发光元件114和第二阵列118的多个发光元件114，本实施方式仅以多个发光元件114被分为第一阵列116的多个发光元件114和第二阵列118的多个发光元件114为例进行说明，则多个发光元件114形成大于两个阵列的情况(多个发光元件114被分为大于两个阵列的发光元件114的情况，例如多个发光元件114被分为三个阵列、四个阵列、五个阵列等等)则依此类推。第一阵列116的行中的发光元件114和第二阵列116的行中的发光元件114依次交错分布，其中，如图4所示，这里以第一阵列116为整个阵列(即第一阵列116和第二阵列118组成的阵列)的奇数行组成，第二阵列118为整个阵列的偶数行组成为例，第一阵列116为整个阵列的偶数行组成，第二阵列118为整个阵列的奇数行组成则类似，在此不再赘述。交错分布指的是，第一行x1为第一阵列116的第一行，第二行x2为第二阵列118的第一行，第三行x3为第一阵列116的第二行，第四行x4为第二阵列118的第二行，第五行x5为第一阵列116的第三行，第六行x6为第二阵列118的第三行，依此类推，使得第一阵列116的行和第二阵列118的行依次交错分布。同样地，第一阵列116的列中的发光元件114和第二阵列116的列中的发光元件114也依次交错分布，如图4所示，这里以第一阵列116为整个阵列(即第一阵列116和第二阵列118组成的阵列)的偶数列组成，第二阵列118为整个阵列的奇数列组成为例，第一阵列116为整个阵列的奇数列组成，第二阵列118为整个阵列的偶数列组成则类似，在此不再赘述。此处的交错分布指的是，第一列y1为第二阵列118的第一行，第二行y2为第一阵列116的第一行，第三行y3为第二阵列118的第二行，第四行y4为第一阵列116的第二行，第五行y5为第二阵列118的第三行，第六行y6为第一阵列116的第三行，依此类推，使得第一阵列116的列和第二阵列118的列依次交错分布。

激光发射器11与衍射光学元件配合时，为了得到不相关性较大的激光图案，一般需要设置较多的发光元件114且需要将发光元件114随机分布，导致占用衬底112的空间较大且制作成本较高。另外，随机分布非发光元件114大多需要客制化，无标准品，需要重新制作模具，进一步提升了制作成本。本发明实施方式的激光发射器11可以与掩膜12进行配合，相较于激光发射器11配合衍射光学元件，激光发射器11仅需要提供面光源，所需的发光元件114的数目较少且无需随机分布，因此无需客制化，存在标准品，无需重新制作模具，从而节省了成本。另外，激光发射器11通过将发光元件11分为第一阵列116和第二阵列118且第一阵列116的行中的发光元件114和第二阵列118的行中的发光元件114依次交错分布，第一阵列116的列中的发光元件114和第二阵列118的列中的发光元件116依次交错分布，相较于发光元件114的随机分布，在相同的空间可以容纳更多发光元件114，可以节省衬底112的空间，从而可以进一步降低激光发射器11的成本。第一阵列116和第二阵列118均为矩阵。由于第一阵列116和第二阵列118均为矩阵，在制作时，可以先制作第一阵列116的多个发光元件114，然后制作第二阵列118的多个发光元件114；或者，可以先制作第二阵列118的多个发光元件114，然后制作第一阵列116的多个发光元件114。制作时由于矩阵的规律性较强，例如，先制作矩阵的第一行，后面的行依次制作，降低了制作难度，由此降低了制作成本。在其他实施方式中，第一阵列116和第二阵列118也可以是圆阵、菱形阵、正六边形阵等等规律性较强的阵列。本发明实施方式的第一阵列116和第二阵列118均为矩阵。

第一阵列116的发光元件114的数量和第二阵列118的发光元件114的数量不同。在激光发射器11配合掩膜12使用时，第一阵列116和第二阵列118交错分布，使得多个发光元件114的分布较为均匀，相应地，激光发射器11发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。在激光发射器11配合衍射光学元件使用时，由于第一阵列116和第二阵列118设置不同数量的发光元件114，提升了多个发光元件114整体的不相关性，有利于提升深度信息的检测精度。

第一阵列116的列中的发光元件114的投影位于第二阵列118的列中相邻的两个发光元件114之间。具体地，如图4所示，以第一阵列116为整个阵列的偶数列组成，第二阵列118为整个阵列的奇数列组成为例进行说明，第一阵列116为整个阵列的奇数列组成，第二阵列118为整个阵列的偶数列组成则类似，在此不再赘述。第一阵列116的第一列y2位于第二阵列118的第一列y1和第二列y3之间，第一阵列116的第二列y4位于第二阵列118的第二列y3和第三列y5之间，第一阵列116的第三列y6位于第二阵列118的第三列y5和第四列y7之间，依次类推，使得第一阵列116的每一列中的发光元件114的投影均位于第二阵列118的列中相邻的两个发光元件114之间。在激光发射器11配合掩膜12使用时，第一阵列116和第二阵列118交错分布，使得多个发光元件114的分布较为均匀，相应地，激光发射器11发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。在激光发射器11配合衍射光学元件使用时，由于第一阵列116的列中的发光元件114的投影位于第二阵列118的列中相邻的两个发光元件114之间，提升了多个发光元件114整体的不相关性，从而可以提升深度信息的检测精度。

请再次参阅图4，任意两个相邻的发光元件144的之间的距离相等。此时，任意一个发光元件114的周围相邻的所有发光元件114可都在一个圆的圆周上，这个圆的半径r即为两个相邻的发光元件114之间的距离，其中，该距离指的是相邻的两个发光元件114的中心的连线。在衬底112上的发光元件114分布的区域，发光元件114均匀分布在该区域，不仅可以在相同的面积容纳更多的发光元件114，节省衬底112的体积，还可以为掩膜12提供面光源以发射均匀的激光，从而提升深度信息的检测精度。

在某些实施方式中，第一阵列116的行至与第一阵列116的行相邻的第二阵列118的两行的距离不相同。具体地，以第一阵列116的第二行x3为例进行说明。第一阵列116的第二行x3与第二阵列118的第一行x2和第二行x4相邻，第一阵列116的第二行x3与第二阵列118的第一行x2的距离为d2，第一阵列116的第二行x3与第二阵列118的第二行x4的距离为d3，d2不等于d3(即第一阵列116的行至第二阵列118相邻的两行之间的距离不相同)，这里的距离d2和d3指的是行与行之间的垂直距离。同样的，也可以是，第二阵列118的行至第一阵列116相邻的两行之间的距离不相同，第二阵列118的第一行x2位于第一阵列116的第一行x1和第二行x3之间，第二阵列118的第一行x2与第一阵列116的第一行x1和第二行x3的距离分别为d1和d2，d1不等于d2(即第二阵列118的行至第一阵列116相邻的两行之间的距离不相同)，d1和d2指的是行与行之间的垂直距离。在激光发射器11和衍射光学元件配合时，第一阵列116的行至第二阵列118相邻的两行之间的距离不相同，提升了多个发光元件114整体的不相关性，从而可以提升深度信息的检测精度。在激光发射器11和掩膜12配合时，第一阵列116和第二阵列118交错分布，使得多个发光元件114的分布较为均匀，相应地，激光发射器11发出的激光也相对均匀，有利于提升深度信息的检测精度。

请参阅图5，掩膜12包括有效区域122和安装区域124。

有效区域122包括多个透光区域126和多个非透光区域128，多个透光区域126和多个非透光区域128交错排布并共同形成的图案与投影模组10发射的激光图案相同。通过合理的设计透光区域126和非透光区域128的排布，可以形成不相关性较高的激光图案，提高激光图案的不相关性，从而提升深度信息的检测精度。例如可以形成点状图、网格图、线条图等等，当然，不限于上述形状。本发明实施方式的透光区域126的形状可如图6所示，透光区域126的图形所在区域之外即为非透光区域128，多个透光区域126和多个非透光区域128交错排布，将激光发射器11发出的激光转化为不相关性较高的激光图案，可以提升深度信息的检测精度。有效区域122的范围根据激光发射器11发出的激光的覆盖范围设计，较优地，使得有效区域122的大小刚好覆盖激光的覆盖范围或者保留一定的冗余量以使所有激光均照射在有效区域122上，从而可以充分利用激光。另外，通过合理的设置有效区域122的大小，掩膜12可以在保证覆盖激光发射器11发射的所有激光的同时，体积也不会过大，有利于减小投影模组10的体积。

安装区域124环绕有效区域122设置。安装区域124用于将掩膜12安装到镜筒15上，安装方式包括螺合、胶合、卡合等。通过设置安装区域124，有利于投影模组10的组装，且安装区域124处于有效区域122的外围可以对有效区域122有一定的保护作用。

请再次参阅图3，透镜组件13用于将由掩膜12转化而成的激光图案进行进一步调整，例如对激光图案的线宽、自由度、视场角等等进行调整，使得调整后的激光图案符合成像的要求。透镜组件13可以为单独的透镜，该透镜为凸透镜或凹透镜；或者为多枚透镜，多枚透镜可均为凸透镜或凹透镜，或部分为凸透镜，部分为凹透镜。透镜的凹凸可以根据对激光图案的成像要求进行设置。

本发明实施方式的投影模组10中，激光发射器11可以与掩膜12进行配合，并用于提供面光源以发射光线进入掩膜12以生成激光图案，通过将发光元件114分为第一阵列116和第二阵列118且第一阵列116的行中的发光元件114和第二阵列118的行中的发光元件114依次交错分布，相较于激光发射器11配合衍射光学元件使用时的发光元件的随机分布，所需的发光元件的数目较少，从而可以降低激光发射器的成本。

请参阅图2和图3，光电装置100形成有与投影模组10对应的投射窗口40和与相机模组20对应的采集窗口50。投影模组10用于通过投射窗口40向目标空间投射激光图案，相机模组20用于通过采集窗口50接收经过目标物体调制后的激光图案以成像。在投影模组10发光时，首先，激光投射器11发出激光，激光经过掩膜12转化后形成激光图案，激光图案再经过透镜组件13调整达到成像要求后从投射窗口40投射出去。例如，投影模组10朝目标物体发射激光图案，该激光图案为散斑图案。相机模组20通过采集窗口50采集经目标物体调制反射回来的激光图案。处理器30与投影模组10及相机模组20均连接，处理器30用于处理上述激光图案以获得深度图像。具体地，处理器30通过将激光图案与参考图案进行比对，根据该激光图案和参考图案的差异以生成深度图像。在其他实施方式中，该激光图案为具有特定的图案即具有特定编码的编码结构光图像，这时通过提取激光图案中的编码结构光图像，与参考图案进行对比从而可以获取到深度图像。在得到深度图像后，可应用于人脸识别、3d建模等领域。

本发明实施方式的光电装置100中，激光发射器11可以与掩膜12进行配合，并用于提供面光源以发射均匀的光线进入掩膜12以生成激光图案，通过将发光元件114分为第一阵列116和第二阵列118且第一阵列116的行中的发光元件114和第二阵列118的行中的发光元件114依次交错分布，相较于激光发射器11配合衍射光学元件使用时的发光元件的随机分布，所需的发光元件的数目较少，从而可以降低激光发射器的成本。另外，光电装置100通过相机模组及处理器30的配合，可以将经目标物体调制的激光图案进行接收以及处理以获取深度图像，从而可以应用在人脸识别、3d建模等领域。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“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”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、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。