用于快速轴扩张的光束投射制造技术

本文揭示的光投射系统提供高光学性能的光束的快轴扩张，而不管所述光投射系统所集成在其中的设备的大小限制。在一个实现中，光投射系统包括漫射器(308)、边缘发射半导体激光二极管(320)、以及印刷电路板(322)。扩散器定义扩散表面，并且被定向为基本上平行于印刷电路板的至少一部分。边缘发射半导体激光二极管发射具有快轴和慢轴的激光，其中激光的快轴定义对应于激光从边缘发射半导体激光二极管行进的路径的快轴平面。边缘发射半导体激光二极管被定向使得快轴平面在所述漫射器和所述印刷电路板的至少平行部分之间基本平行于漫射平面。

Beam projection for rapid axis expansion

The light projection system disclosed in this paper provides fast axis expansion of the beam with high optical performance, regardless of the size limitation of the device integrated in the optical projection system. In one implementation, the optical projection system includes a diffuser (308), an edge emitting diode laser diode (320), and a printed circuit board (322). The diffuser defines the diffusion surface and is directed to at least one part of the printed circuit board. The edge emitting semiconductor laser diode emits laser with fast axis and slow axis. The fast axis of the laser corresponds to the fast axis plane of the laser transmitting the semiconductor laser diode from the edge. The edge emitting semiconductor laser diode is oriented so that the fast axis plane is basically parallel to the diffused plane between the diffuser of the diffuser and the printed circuit board at least.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于快速轴扩张的光束投射
技术介绍
光投射系统可被集成到电子设备中以在各种不同应用中使用。在某些应用中，投射的光(例如，激光)的飞行时(TOF)测量被用于提供有关周围环境的深度信息。在其它应用中，结构化光图案被投射并且这样的图案的失真被测量以提取有关反映结构化光的各种对象的定位和深度信息。在又一些其它应用中，投射的激光被用于诸如眼部跟踪、视网膜标识、面部识别等的生物评价。消费者期望更小更薄的电子设备，如手机、手表、平板等，限制了可用性设计选择，提出了将光投射系统结合到移动电子设备的许多挑战。概述根据一个实现，所揭示的技术提供包括边缘发射半导体激光二极管的光投射系统、漫射器、和印刷电路板。漫射器定义漫射表面，并且被定向为基本上平行于印刷电路板的至少一部分。边缘发射半导体激光二极管发射具有快轴和慢轴的激光，其中激光的快轴定义对应于激光行进离开边缘发射半导体激光二极管的路径的快轴平面。边缘发射半导体激光二极管被附连到基台并被定向使得激光的快轴平面在漫射器和印刷电路板的至少所述平行部分之间基本上平行于漫射平面。提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。本文还描述和列举了其他实现。附图说明图1示出了包括提供高光学性能的快轴扩张的示例光投射系统的电子设备。图2示出了包括提供高光学性能的快轴扩张的另一示例光投射系统的电子设备。图3示出了包括提供快轴扩张而不管电子设备的瘦轴约束的示例光投射系统的电子设备的正面视图和俯视图。图4示出了提供基本上平行于PCBA的方向上的快轴光束扩张的另一示例光投射系统的侧面透视图。图5示出了包括提供高光学性能的快轴扩张的又一示例光投射系统的前透视图。图6示出提供高光学性能的快轴扩张和增加的光路长度的另一示例光投射系统。图7示出提供高光学性能的快轴扩张和增加的光路长度的又一示例光投射系统。图8示出了投射光束并实现期望的漫射平面上的最小斑大小的示例操作。图9例示了可以对实现所描述的技术有用的另一示例系统。详细描述虽有大量用于移动电子设备中的光投射光学器件，将这样的光学器件有效地结合到各种移动电子设备提出了设计上的挑战，部分归因于许多电子设备的紧凑大小，特别是设备厚度方面。在一些应用中，光通过将入射的光重新分发并投射的漫射器。入射在漫射器上的光束的直径大小(“斑大小”)直接影响在远场中投射的光的照明的均匀性和亮度。因此，这一“斑大小”直接影响利用投射光的各种工具的功效。此外，某些管辖区域为了设备安全强制实行指定最小斑大小的规章。入射到漫射器上的光束的斑大小部分取决于光束在光源和漫射器之间行进的光学路径。更长的光学路径长度可允许在光束接触漫射器之前光束足够地扩展到期望的最小斑大小。此外，光束斑大小也可部分取决于在抵达漫射设备之前光束被允许扩张的程度。某些光束沿着光学路径不均匀扩张。如果光束被定向使得扩张的快轴与电子设备的瘦轴对齐，则扩张有效地被电子设备的罩壳内的可用行进距离限制。如在这里所使用的，“瘦轴”指定义电子设备的最薄的尺寸(例如，长度)的轴。例如，蜂窝电话具有垂直于显示屏的瘦轴，其可对瘦轴方向的束扩张施加硬的空间限制。本文揭示的技术，通过提供快轴束扩张和/或改善的光学路径长度来提供促进投射光的基本上均匀的远场照明的多个光投射系统。“基本上均匀的远场照明”指，例如，在远场足够均匀使得在远场强度中的变化提供了给予远场数据的有用的光学分析的解决方案。在讨论中，除非另有说明，否则修改本公开的实施例的一个或多个特征的条件或关系特性的诸如“基本上”和“大约”之类的形容词应被理解成是指该条件或特性被限定在对该实施例所意图的应用而言可接受的该实施例的操作的容差以内。图1示出了包括具有高光学性能的快轴扩张的光投射系统102的示例电子设备100。光投射系统102包括将光束沿着光学投射轴112投射到用户环境的边缘发射半导体激光二极管(未示出)。在图1的电子设备100内，光学投射轴112大致平行于电子设备100的瘦轴110。电子设备100被例示为蜂窝电话；然而，电子设备100也可以是多个结合了光投射技术的设备的任何一个，包括但不限于，平板计算机、家庭安全系统、计算机系统、机顶盒、智能手表等。电子设备100包括用于执行操作系统和至少一个光投射应用的处理器，光投射应用存储在电子设备100的存储器中并可操作以发起光的投射和/或检测并分析投射的光。例如，光投射应用可包括用于深度映像(例如，使用结构化光图案或飞行时测量)或生物测定评价(诸如眼部跟踪、视网膜标识、面部识别，和其它特征标识和测量)的一个或多个程序。在图1中，边缘发射半导体激光二极管可操作来发射具有快轴104和慢轴106的激光，快轴104和慢轴106的每一个垂直于光学投射轴112。当从边缘发射半导体激光二极管被发射时，激光在沿着快轴104的方向相比沿着慢轴106的方向扩张更快。激光被漫射光线并将光线投射通过电子设备中的窗口并进入用户环境的漫射器(未示出)接收。在被漫射器漫射之后，激光可不再展示明显的快和慢轴(例如，如在存在于电子设备100里的快轴104和慢轴106中)。在某些设备配置中，边缘发射半导体激光二极管被定向来以沿着相关联的电子设备的瘦轴对齐的快轴104发射激光。这些配置强加了光学组件(例如，透镜、镜子、漫射器、窗口等)的间距约束和复杂的布局，这最终降低光学器件性能。与这样的配置相反，电子设备100的边缘发射半导体激光二极管被定向来以最初在基本上垂直于电子设备100的瘦轴110的方向上对齐的快轴104发射激光。在一个实现中，最初发射激光的慢轴106可基本上平行于瘦轴110。这允许高光学性能而不管电子设备在瘦轴110方向上的紧凑设计。由于激光在内部反射和重定向，在光线从电子设备100发射时快轴104和慢轴106两者基本平行于显示屏108(如所示)并且垂直于瘦轴110。如在此使用的，术语“基本上平行”和“基本上垂直”的每一个分别是指包括0和90度的值的范围，其适于在不对应于电子设备100的瘦轴的方向上获得激光的快轴扩张。例如，基本上垂直可指90度+/－5度或适于获得以上描述的快轴扩张的其它值。类似地，基本上平行可指0度+/－5度或适于获得以上描述的快轴扩张的其它值。图2示出了包括提供高光学性能的快轴扩张的光投射系统202的另一示例电子设备200。光投射系统202包括将光束沿着电子设备200内的光学投射轴212投射的边缘发射半导体激光二极管(未示出)。光学投射轴212大致平行于电子设备200的瘦轴210。在图2中，电子设备200是包括存储器、处理器、和可操作以发起光的投射和/或检测并分析投射的光的至少一个光投射应用的智能手表。光投射系统202可进一步包括用于接收光束、重分发光束、并将光束沿着电子设备200外的光投射轴212投射的漫射器(未示出)。边缘发射半导体激光二极管具有快轴204和慢轴206。在所示的实现中，边缘发射半导体激光二极管在电子设备200内被定向，使得光束的快轴204在光束被最初发射的时候，基本上垂直于电子设备200的瘦轴210。在一个实现中，光束的慢轴206，在光束被最初发射时，基本平行于电子设备200的瘦轴210本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投射激光的设备，所述设备包括：具有漫射平面的漫射器；被置于基本平行于所述漫射平面的印刷电路板的至少一部分；边缘发射半导体激光二极管，所述边缘发射半导体激光二极管被配置来发射具有快轴和慢轴的激光，其中所述激光的所述快轴定义对应于所述激光从所述边缘发射半导体激光二极管行进的路径的快轴平面；以及基台，所述边缘发射半导体激光二极管被固定于其上，并且所述基台被配置将所述快轴平面定向为在所述漫射器和所述印刷电路板的至少平行部分之间基本平行于所述漫射平面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 US 14/705,3271.一种用于投射激光的设备，所述设备包括：具有漫射平面的漫射器；被置于基本平行于所述漫射平面的印刷电路板的至少一部分；边缘发射半导体激光二极管，所述边缘发射半导体激光二极管被配置来发射具有快轴和慢轴的激光，其中所述激光的所述快轴定义对应于所述激光从所述边缘发射半导体激光二极管行进的路径的快轴平面；以及基台，所述边缘发射半导体激光二极管被固定于其上，并且所述基台被配置将所述快轴平面定向为在所述漫射器和所述印刷电路板的至少平行部分之间基本平行于所述漫射平面。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述激光从所述边缘发射半导体激光二极管的发射期间所述激光的慢轴基本上垂直于所述漫射平面。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：至少一个光学器件，以将发射的激光从基本上平行于漫射器的平面重新导向到基本上垂直于漫射器的平面。4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光学平面在所述激光最初从所述边缘发射半导体激光二极管被发射的位置处基本平行于所述印刷电路板。5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：定向在所述漫射器和所述边缘发射半导体激光二极管之间的五棱镜，所述五棱镜配置用于增加所发射的激光的光路长度。6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述五棱镜是实心整体元件。7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述五棱镜包括由充满空气的腔分开的两面镜子。8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光发射激光二极管被结合到在由瘦轴定义的方向上具有最薄的尺寸的电子设备中，并且所发射的激光从所述电子设备沿着所述瘦轴发射。9.一种用于投射激光的方法，所述方法包括：从边缘发射半导体激光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·博恩，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US