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集成结构化光投影仪制造技术

技术编号:21119908 阅读:20 留言:0更新日期:2019-05-16 10:18
本公开涉及集成结构化光投影仪。公开了一种光电装置,该光电装置包括半导体模片(22)和以包括多个列的网格图案而形成于该半导体模片上的发光元件(24)的单片式阵列。限定用于驱动发光元件的每列的相应公共接触(92)的导体被形成在该模片上。

Integrated structured light projector

【技术实现步骤摘要】
集成结构化光投影仪本申请是申请号为201480034775.9、申请日为2014年6月5日、专利技术名称为“集成结构化光投影仪”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本专利申请要求于2013年6月19日提交的美国临时专利申请61/836,682的权益,该专利申请以引用方式并入本文。
本专利技术整体涉及光电装置,并且更具体地涉及集成投影设备。
技术介绍
微型光学投影仪用于多种应用。例如,此类投影仪可用于将经编码的光或结构化光的图案投射到对象上,以用于3D测绘(也称为深度测绘)目的。就这一点而言,美国专利申请公开2008/0240502(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种照明组件,其中光源诸如激光器二极管或LED利用光学辐射来透射照明透明物,以便将图案投射到对象上。(如本文所使用的,术语“光学”和“光”一般是指可见辐射、红外辐射和紫外辐射中的任一者。)图像捕获组件捕获被投射到对象上的图案的图像,并且处理器处理该图像,以便重建对象的三维(3D)地图。PCT国际专利申请WO2008/120217(其公开内容以引用方式并入本文)描述了上述US2008/0240502中所示的照明组件的种类的更多方面。在一个实施例中,透明物包括被布置成不均匀图案的微透镜阵列。微透镜生成焦点的被投射到对象上的对应图案。在一些应用中,光学投影仪可通过一个或多个衍射光学元件(DOE)来投射光。例如,美国专利申请公开2009/0185274(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种用于投射图案的装置,该装置包括被共同配置为衍射输入光束以便至少部分地覆盖表面的两个DOE。DOE的组合减小了零级(未衍射的)光束的能量。在一个实施例中,第一DOE生成多个光束的图案,并且第二DOE用作图案生成器,以在光束中的每个光束上形成衍射图案。作为另一个实例,美国专利申请公开2011/0188054(其公开内容以引用方式并入本文)描述了包括单个集成封装中的光电部件和光学元件的光子模块。在一个实施例中,集成光子模块(PIM)包括光电元件的二维矩阵形式的辐射源,其被布置在衬底上并在垂直于衬底的方向上发射辐射。此类PIM通常包括在X-Y平面中形成网格的多个平行行的发射器,诸如发光二极管(LED)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)二极管。来自发射器的辐射被引导到光学模块中,该光学模块包括适当图案化的元件和将所得图案投射到场景上的投影透镜。美国专利申请公开2013/038881(其公开内容以引用方式并入本文)描述了集成图案生成器,其中以不是规则网格的图案来布置激光器二极管(诸如VCSEL)。光学器件可被耦接以将由激光器二极管阵列的元件发射的光的图案作为对应点的图案投射到空间中,其中每个点包含由阵列中的对应激光器二极管发射的光。在一些实施例中,DOE产生通过扩展的角范围扇出的图案的多个复制品。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了尤其可用于投射图案化辐射的集成光学投影仪设备。因此,根据本专利技术的实施例,提供了一种光电装置,该光电装置包括半导体模片和以包括多个列的网格图案而形成于半导体模片上的发光元件的单片式阵列。在模片上形成导体,以便限定用于驱动发光元件的每列的相应公共接触。在所公开的实施例中,发光元件包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在一些实施例中,装置包括光学器件,该光学器件被配置为投射由发光元件发射的光,以便生成条纹图案,每个条纹对应于列中的相应一个列。光学器件可包括衍射光学元件(DOE),该DOE被配置为产生由发光元件生成的条纹图案的多个复制品。另选地或替代地,该光学器件包括圆柱形投影透镜。在一些实施例中,该装置包括衬底,其中所述光学器件和所述半导体模片被共同安装在衬底上。该光学器件可包括被安装在衬底上的折叠式反射镜。另选地或替代地,装置包括控制器,该控制器被配置为通过交替致动不同组的列来驱动发光元件。根据本专利技术的实施例,还提供了一种光电装置,该光电装置包括半导体模片和以包括多个列的网格图案而形成于半导体模片上的发光元件的单片式阵列。光学器件包括被安装在衬底上的并且被配置为投射由元件发射的光的衍射光学元件(DOE),以便生成与网格图案的列对应的条纹图案。在所公开的实施例中,该DOE被配置为产生图案的多个复制品。在一些实施例中,该装置包括控制器,该控制器被配置为通过交替致动不同组的列来驱动发光元件以产生条纹图案的时间序列。在一些实施例中,该光学器件包括圆柱形透镜,该圆柱形透镜可具有相对于发光元件的网格图案的列成角度的圆柱形轴。根据本专利技术的实施例,还提供了一种光电装置,该光电装置包括具有穿过其的开口的衬底,以及被布置在该衬底上的发光元件阵列。折叠式反射镜被安装在衬底上并被定位成使由发光元件发射的光朝衬底转向。光学器件被安装在衬底上并被配置为通过开口来投射由折叠式反射镜转向的光。在一些实施例中,发光元件和光学器件被配置为生成并投射图案,该图案可包括分别与发光元件阵列中的列对应的多个条纹。在一个实施例中,折叠式反射镜包括棱镜。根据本专利技术的实施例,还提供了一种光电装置,该光学装置包括衬底和在衬底上被布置成包括多个列的网格图案的发光元件阵列。光学器件被配置为投射由发光元件发射的光以便生成条纹图案,每个条纹对应于列中的相应一个列。控制器被配置为通过交替致动不同组的列来驱动发光元件,以便生成条纹图案。在一些实施例中,控制器被配置为驱动不同组中的发光元件,以便生成变化的空间周期的条纹图案的时间序列。根据本专利技术的实施例,还提供了一种光学方法,该光学方法包括提供在衬底上被布置成包括多个列的网格图案的发光元件阵列。驱动发光元件以发射光。在衬底上安装光学器件,以投射由元件发射的光,以便生成与网格图案的列对应的条纹图案。结合附图由下文中对本专利技术的实施例的详细描述将更加完全地理解本专利技术,其中:附图说明图1是根据本专利技术的实施例的设备的示意性顶视图,该设备包括半导体模片,在该半导体模片上已形成发射器的单片式阵列;图2A-2C是根据本专利技术的实施例的集成光学投影模块的示意性侧视图;图3是根据本专利技术的实施例的由集成光学投影模块产生的条纹图案的示意性前视图;图4是示意性示出了根据本专利技术的实施例的变化的周期的条纹图案的时间序列的图示;图5A和5B是根据本专利技术的实施例的半导体模片的示意性顶视图,在该半导体模片上已形成发射器的单片式阵列;图6A是根据本专利技术的实施例的光学投影模块中的发射器阵列和圆柱形透镜的示意顶视图;图6B是示意性示出了根据本专利技术的实施例由图6A的光学投影模块投射的图案中的条纹密度的时间变化的图示;以及图7A-7C是根据本专利技术的替代实施例的包括集成光学投影模块的投影仪的示意侧视图。具体实施方式在生产紧凑、高密度光源和投影仪时可有利地使用VCSEL阵列。下文所述的本专利技术的实施例使用VCSEL网格阵列来直接将光的多个条纹的图案投射到空间中。这种方式提供能够生成具有致密覆盖的条纹图案的廉价设备。当在3D测绘应用中用于将图案投射到场景上时,这些图案简化了场景的图像沿外极线与对应参考图像的匹配。然而,在3D测绘中使用这种均匀条纹图案时,图像中的任何给定位置处的图案并非局部唯一的(与投射不均匀图案的投影仪对比),这种唯一性的缺失可能导致匹配的歧义。在本专利技术的一些实施例中,这种图案歧义通过投射本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光电装置,包括:衬底;在半导体膜片上形成的并且安装在衬底上的发光元件的阵列,其中所述阵列包括至少第一组发光元件和第二组发光元件;控制器,所述控制器被耦接为独立于第二组发光元件对第一组发光元件进行驱动;以及第一光学元件和第二光学元件,其中第一光学元件安装在衬底上以接收从发光元件的阵列发射的光并且将所接收的光朝第二光学元件引导,并且其中第二光学元件投射从第一光学元件接收的光以便产生图案。

【技术特征摘要】
2013.06.19 US 61/836,6821.一种光电装置,包括:衬底;在半导体膜片上形成的并且安装在衬底上的发光元件的阵列,其中所述阵列包括至少第一组发光元件和第二组发光元件;控制器,所述控制器被耦接为独立于第二组发光元件对第一组发光元件进行驱动;以及第一光学元件和第二光学元件,其中第一光学元件安装在衬底上以接收从发光元件的阵列发射的光并且将所接收的光朝第二光学元件引导,并且其中第二光学元件投射从第一光学元件接收的光以便产生图案。2.根据权利要求1所述的装置,其中所述第二光学元件包括衍射光学元件(DOE)。3.根据权利要求2所述的装置,其中所述图案包括对应于各组发光元件的图案分量,并且其中,DOE被配置为产生包括在预定义的角范围扇出的图案分量的多个复制品的扩展图案。4.根据权利要求3所述的装置,其中DOE被配置为投射光图案的多个复制品,使得所述扩展图案堆砌在空间的表面或区域上,由此所述表面或区域被光图案的多个相邻的复制品覆盖,在复制品之间没有明显的重叠或缝隙。5.根据权利要求1所述的装置,还包括相机,所述相机被配置为捕获图案投射到其上的对象的图像。6.根据权利要求5所述的装置,还包括处理器,所述处理器被配置为处理被捕获的图像以便生成对象的三维(3D)图。7.根据权利要求6所述的装置,其中所述处理器被配置为通过测量被投射图案在图像中的每个点处相对于已知参照系的局部横向偏移并且基于所述局部偏移进行三角测量以找到该点的深度坐标,生成该3D图。8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置,其中所述图案是伪随机图案。9.根据权利要求1-7中任一项所述的装置,其中所述发光元件包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。10.根据权利要求1-7中任一项所述的装置,其中第一光学元件包括被安装在所述衬底上的折叠式反射镜。11.根据权利要求10所述的装置,其中第二光学元件包括被安装在所述衬底上的投影透镜。12.根据权利要求10所述的装置,其中折叠式反射镜被配置成使从所述发光元件的阵列发射的光朝所述衬底转向,使得光通过所述衬底中的开口。13.根据权利要求10所述的装置,其中所述折叠式反射镜包括棱镜。14.根据权利要求1-7中任一项所述的装置,其中所述控制器被配置为在不同的第一时间和第二时间致动第一组发光元件和第二组发光元件。15.根据权利要求14所述的装置,其中所述控制器被配置为通过交替致动各组发光元件来驱动发光元件以生成图案的时间序列。16.根据权利要求1-7中任一项所述的装置,其中第二光学元件包括圆柱形透镜。17.一种光电装置,包括:半导体模片;发光元件的单片式阵列,所述发光元件的单片式阵列以包括多个列的网格图案而形成于所述半导体模片上;和光学器件,所述光学器件包括衍射光学元件(DOE),所述DOE被安装在所述衬底上并被配置为投射由该元件发射的光,以便生成与所述网格图案的所述列对应的条纹图案。18.根据权利要求17所述的装置,其中所述DOE被配置为产生所述图案的多个复制品。19.根据权利要求17所述的装置,并且包括控制器,所述控制器被配置为通过交替致动不同组的所述列来驱动所述发光元件以生成条纹图案的时间序列。20.根据权利要求17-19中任一项所述的装置,其中所述光学器件包括圆柱形透镜。21.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:Z·莫尔
申请(专利权)人:苹果公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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