用于组合式点光与泛光照明模块的共用光学组件制造技术

公开了一种用于组合式泛光与点光照明模块的共用光学组件。所述共用光学组件包括用于提供泛光束的第一高功率VCSEL元件和用于提供点光束的第二高功率VCSEL元件，其中所述第一VCSEL元件和所述第二VCSEL元件共用相同光学装置并且结合到同一个模块上以节省空间。装置并且结合到同一个模块上以节省空间。装置并且结合到同一个模块上以节省空间。

【技术实现步骤摘要】
用于组合式点光与泛光照明模块的共用光学组件

技术介绍

[0001]泛光照明器被结合到各种产品中，例如移动装置和其他应用，以提供3D感测能力、机器人技术中的3D映射、面部检测等。例如，参看图1，包括泛光照明器的结合在例如移动装置内的光学组件100使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)102来向光学装置106提供泛光束104，所述光学装置转而产生来自输出108的红外(IR)光到相关的物体或人(未图示)上的均匀照明场。图2示出使用诸如图1中绘示的已知光学组件产生的泛光束的示例。
[0002]点阵投影仪有时也与泛光照明器结合使用。点阵投影仪使用第二VCSEL 103来产生到光学装置107的点光束105，所述光学装置转而产生来自输出108的IR光的多个点，从而产生相关的被照明物体的三维图以进行面积和深度确定。红外相机(未图示)从调制的IR泛光捕获深度特征的图像，并且如果被采用，还从从相关的被照明物体反射回的点图案捕获深度特征的图像。然后可以将捕获到的数据的处理用于期望的目的，例如面部识别。与常规泛光照明器相关联的一个缺点是它们的射程被限制于约1.5m。这种相对较短的射程极大地限制了可以使用该技术的应用的类型。
[0003]本公开的主题旨在克服或至少减少上述问题中的一个或多个的影响。

技术实现思路

[0004]公开了一种用于组合式泛光与点光照明模块的共用光学组件。所述共用光学组件包括用于提供泛光束的第一高功率VCSEL元件和用于提供点光束的第二高功率VCSEL元件，其中所述第一VCSEL元件与所述第二VCSEL元件共用相同光学装置。点光束是使用与泛光束相同水平的光学功率来产生，但是点光束聚集成点。因此，返回信号的功率足够高，与单独使用泛光束达到的结果相比，能够在更长的射程内进行检测。代价是接收到的信息分辨率较低，因为只有点所在之处的信息被反射回红外相机。整个系统为点光和泛光功能使用相同的红外相机，但使用泛光束提供高分辨率的短射程检测，而使用点光束提供低分辨率的较长射程检测。通过使用本专利技术，有效射程从约1.5m增加到约6m。此外，由于泛光模块与点光模块共用相同的光学装置，因此实现显著的成本节省和空间节省。
[0005]前述
技术实现思路
并不意图概述本公开的每个潜在实施方案或每个方面。
附图说明
[0006]图1示出本领域所知的具有单独的点光和泛光照明模块的光学组件；
[0007]图2示出本领域所知的使用标准随机化漫射器产生的泛光束；
[0008]图3示出根据本专利技术的示例性实施方案的具有组合式点光与泛光照明模块和共用光学装置的共用光学组件；
[0009]图4A示出根据本专利技术的示例性实施方案产生的点阵投影仪图案；
[0010]图4B示出根据本专利技术的示例性实施方案产生的泛光束；
[0011]图5示出根据本专利技术的示例性实施方案的基于工作距离的预期空间节省；
[0012]图6示出根据本专利技术的示例性实施方案的共用光学装置的配置；
[0013]图7示出根据本专利技术的示例性实施方案的点光VCSEL布局；
[0014]图8示出根据本专利技术的示例性实施方案的泛光VCSEL布局；
[0015]图9示出根据本专利技术的示例性实施方案的各个泛光VCSEL发射器(图8)与最近的漫射器小透镜中心(图6)之间的X轴和Y轴差值的分布；
[0016]图10示出使用本专利技术的示例性实施方案产生的点光场；以及
[0017]图11示出使用本专利技术的示例性实施方案产生的泛光场。
具体实施方式
[0018]参看图3，高功率VCSEL照明器组件300包括组合式点光与泛光照明模块。所述组合模块包括被配置为提供泛光束305的第一VCSEL元件303和被配置为提供点光束304的第二VCSEL元件302。两个VCSEL元件302、303安装在基板301上，并且组件300包括与基板301相邻设置的共用光学装置306。组件300旨在用作整个系统的部件，例如移动装置的面部识别单元。
[0019]点光束VCSEL元件302以限定的配置并且相对于共用光学装置306以限定的距离(被称为工作距离(“WD”))安装在基板301上。泛光束VCSEL元件303也以限定的配置并且相对于共用光学装置306以限定的距离安装在基板301上，其中所述限定的距离偏离工作距离。点光束和泛光束通过共用光学装置306进行成像以产生输出307。
[0020]如以下结合示例性实施方案更详细地阐释，共用光学装置306包括周期性漫射器光学元件，以通过使用两个彼此相当接近的单独的VCSEL 303、302的发射来产生点光场和泛光照明场。组合光束导致使用泛光束以高分辨率进行短射程检测以及使用点光束以较低分辨率进行较长射程检测。因为点光束将VCSEL发射聚集为强度增加的小光点，所以系统的整体射程增加。实现更长射程使分辨率有些损失，因为只有点光束从物体反射回检测器。整个系统的有效射程从仅使用泛光束的约1.5m增加到使用点光束的约6m。
[0021]在本专利技术的应用的一个示例中，IR传感器可以从泛光束提取深度信息，然后进行切换并从点光束提取深度信息，并将两种模式的深度信息相结合。例如，当扫描房间以获取尺寸来进行家具可视化时，可以使用点光模式。泛光可以用于例如面部映射或在映射物体凑近时使用。此外，由于点光VCSEL与泛光VCSEL共用共同光学装置，因此该两者结合到同一个模块上，导致与不共用光学装置的模块相比显著节省大小。
[0022]仍大体上参看图3，点光场VCSEL 302被配置为以距共用光学装置306的预定工作距离来工作并且具有在发射器之间限定的间距，使得共用光学装置306处的衍射效应产生点光场。泛光场VCSEL 303与共用光学装置306之间的距离偏离该工作距离以避免此类衍射效应。例如，与点光场VCSEL 302相比，较厚的VCSEL基板303或从安装基板301算起的增加的高度可以用于产生所需的偏离距离。偏离距离避免了具有高对比度的衍射效应，这对于点阵成像器来说是合乎需要的，但对于泛光成像器来说却是不合需要的。
[0023]仍大体上参看图3，从小源对周期性漫射器阵列自成像导致的衍射效应致使每个单独发射器在漫射器的输出轮廓的包络内重新成像。发射器的间距适当，使得各个发射器阵列图像都相互对齐。该现象在理论上类似于Lau效应，用激光器阵列取代被照明的第一光栅。例如，参见Sudol,R.(1981)，Lau Effect:An Interference Phenomenon in Partially Coherent Light[Thesis],The University of Rochester,Rochester,New York。该理论
规定了可以在距离Z＝NP2/2λ处获得高对比度的图像,其中n是正整数，p是漫射器阵列间距，并且λ是光的波长。
[0024]由于这种高对比度现象仅发生在特定距离处，因此VCSEL激光器阵列和周期性漫射器阵列之间的偏离或散焦可能会降低对比度。如果第二VCSEL发射器(即，泛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种VCSEL照明器组件，所述VCSEL照明器组件包括：第一VCSEL阵列，所述第一VCSEL阵列用于产生点光束；第二VCSEL阵列，所述第二VCSEL阵列与所述第一VCSEL阵列相邻，用于产生泛光束；以及漫射器光学装置，所述漫射器光学装置被所述第一VCSEL阵列和所述第二VCSEL阵列共用以从所述第一VCSEL阵列和所述第二VCSEL阵列接收发射。2.如权利要求1所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一VCSEL阵列位于距所述共用漫射器光学装置第一距离处，并且所述第二VCSEL阵列位于距所述共用漫射器光学装置第二距离处，所述第二距离与所述第一距离不同。3.如权利要求2所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一距离是约2.3mm，并且所述第二距离是约2mm。4.如权利要求3所述的VCSEL照明器组件，其中在所述第二VCSEL阵列下面的基板比在所述第一VCSEL阵列下面的基板厚300um。5.如权利要求4所述的VCSEL照明器组件，其中所述第二VCSEL阵列安装在300um厚的CuW间隔件上。6.如权利要求1所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一VCSEL阵列的间距是所述共用漫射器光学装置的间距的整数倍。7.如权利要求6所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一VCSEL阵列的所述间距是所述共用漫射器光学装置的所述间距的1x；其中所述第一VCSEL阵列的所述间距是所述共用漫射器光学装置的所述间距的2x；或者其中所述第一VCSEL阵列的所述间距是所述共用漫射器光学装置的所述间距的3x。8.如权利要求1所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一VCSEL阵列的间距是所述共用漫射器光学装置的间距的整数分数。9.如权利要求7所述的VCSEL照明器组件，其中所述第一VCSEL阵列的所述间距是所述共用漫射器光学装置的所述间距的1/2x；或者其中所述第一VCSEL阵列的所述间距是所述共用漫射器光学装置的所述间距的1/3x。10.如权利要求8所述的VCSEL照明器组件，其中所述第二VCSEL阵列的每个发射器与所述共用漫射器光学装置的最近的小透镜中心之间存在X和Y增量。11.如权利要求13所述的VCSEL照明器组件，其中所述X和Y增量高达+/
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰森，
申请(专利权)人：IIVI特拉华有限公司，
类型：发明
国别省市：