本發(fā)明涉及光學(xué)及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光投影裝置。

背景技術(shù)：

深度相機(jī)可以獲取目標(biāo)的深度信息借此實(shí)現(xiàn)3d掃描、場(chǎng)景建模、手勢(shì)交互，與目前被廣泛使用的rgb相機(jī)相比，深度相機(jī)正逐步受到各行各業(yè)的重視。例如利用深度相機(jī)與電視、電腦等結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)體感游戲以達(dá)到游戲健身二合一的效果，微軟的kinect、奧比中光的astra是其中的代表。另外，谷歌的tango項(xiàng)目致力于將深度相機(jī)帶入移動(dòng)設(shè)備，如平板、手機(jī)，以此帶來(lái)完全顛覆的使用體驗(yàn)，比如可以實(shí)現(xiàn)非常真實(shí)的ar游戲體驗(yàn)，可以使用其進(jìn)行室內(nèi)地圖創(chuàng)建、導(dǎo)航等功能。

深度相機(jī)中的核心部件是激光投影模組，按照深度相機(jī)種類的不同，激光投影模組的結(jié)構(gòu)與功能也有區(qū)別，比如專利cn201610977172a中所公開的投影模組用于向空間中投射斑點(diǎn)圖案以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光深度測(cè)量，這種斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)也是目前較為成熟且廣泛采用的方案。隨著深度相機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，激光投影模組將向越來(lái)越小的體積以及越來(lái)越高的性能上不斷進(jìn)化。已有的諸多方案在將體積減小的過程中會(huì)遇到諸多的問題，比如斑點(diǎn)噪聲較大、斑點(diǎn)對(duì)比度低、斑點(diǎn)亮度不均勻等，導(dǎo)致成像質(zhì)量不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供激光投影裝置及其相關(guān)的深度相機(jī)，能有效提高激光投影模組的成像質(zhì)量。

本發(fā)明提供一種激光投影裝置，包括vcsel陣列，所述vcsel陣列包括多個(gè)vcsel單元，用于發(fā)射第一光束；微透鏡陣列，包括與所述vcsel單元數(shù)量一致且一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)微透鏡單元，所述微透鏡單元包括至少一個(gè)光學(xué)表面，所述光學(xué)表面與所述vcsel單元間隔為第一距離，用于接收、聚焦與之對(duì)應(yīng)的vcsel單元發(fā)射的所述第一光束，并發(fā)射第二光束；主透鏡，所述主透鏡與所述微透鏡陣列間隔為第二距離，用于接收、匯聚所述第二光束，并發(fā)射第三光束；圖案生成光學(xué)元件，所述圖案生成光學(xué)元件用于接收所述第三光束并向外發(fā)射多個(gè)至少部分相互重疊的第四光束。

根據(jù)一實(shí)施例，vcsel單元以不規(guī)則圖案排列，vcsel單元和微透鏡單元單獨(dú)設(shè)置并一一對(duì)應(yīng)，微透鏡單元被設(shè)置成相同的形狀，用以聚焦vcsel單元發(fā)射的光束并發(fā)射至主透鏡上，主透鏡對(duì)光束進(jìn)行二次聚焦，圖案生成光學(xué)元件對(duì)二次聚焦后的光束進(jìn)行增束，發(fā)射結(jié)構(gòu)光?；蛱鎿Q地，微透鏡單元被設(shè)置成不同的形狀，通過控制與之對(duì)應(yīng)的vcsel單元單獨(dú)打開或同時(shí)打開，使微透鏡陣列發(fā)射成形狀不同、大小不同或密度不同的圖案?；蛱鎿Q地，相同的微透鏡單元，其光學(xué)表面做不同的處理，使得微透鏡陣列發(fā)射成形狀不同、大小不同或密度不同的圖案。

根據(jù)一實(shí)施例，vcsel單元以不規(guī)則圖案排列，微透鏡單元集成在vcsel單元的光出口，使得微透鏡單元與光源保持嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步減小體積。

根據(jù)一實(shí)施例，vcsel陣列被制成vcsel半導(dǎo)體切片芯片，并置于底座上，用于進(jìn)一步減小體積，并快速散熱。

本發(fā)明還提供一種深度相機(jī)，包括如上所述的激光投影裝置，用于向目標(biāo)空間中投影結(jié)構(gòu)化光束圖像；圖像采集裝置，用于采集目標(biāo)空間中的所述結(jié)構(gòu)化光束圖像；處理器，接收由所述圖像采集裝置采集的結(jié)構(gòu)化光束圖像并根據(jù)所述結(jié)構(gòu)化光束圖像生成所述目標(biāo)空間的深度圖像。所述根據(jù)所述結(jié)構(gòu)化光束圖像生成所述目標(biāo)空間的深度圖像指的是利用匹配算法計(jì)算所述結(jié)構(gòu)化光束圖像與參考光束圖像之間的偏離值，根據(jù)所述偏離值計(jì)算出所述深度圖像。

本發(fā)明的有益效果：通過vcsel陣列光源、微透鏡陣列、主透鏡和圖案生成光學(xué)元件的依次合理布置與設(shè)計(jì)，使得微透鏡陣列聚焦vcsel陣列光源所發(fā)射的光束，再由主透鏡匯聚實(shí)現(xiàn)二次成像，相比于只有主透鏡或微透鏡陣列，能夠獲得更低的放大倍數(shù)，使得最終形成的結(jié)構(gòu)光圖案更集中，相同的發(fā)光功率可以傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離并且保持更高的圖案質(zhì)量，同時(shí)激光投影裝置具有更小的體積。另外根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要，在安裝時(shí)可以調(diào)節(jié)微透鏡陣列與主透鏡之間的距離以增大或縮小放大倍數(shù)，從而滿足遠(yuǎn)距離或近距離時(shí)所需斑點(diǎn)圖案的大小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式中基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)側(cè)面示意圖。

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的側(cè)視圖。

圖3a為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列示意圖。

圖3b為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列示意圖。

圖3c為本發(fā)明一種實(shí)施方式中微透鏡陣列示意圖。

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的側(cè)視圖。

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式中集成微透鏡的垂直腔面激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式中vcsel陣列正視圖。

圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的底部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明一種實(shí)施方式中激光投影裝置的底部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

深度相機(jī)按種類主要分為結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)、tof深度相機(jī)以及雙目視覺深度相機(jī)。

基于結(jié)構(gòu)光三角法的深度相機(jī)利用激光投影裝置向空間中投射經(jīng)編碼的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)光圖案，空間中目標(biāo)深度的不同將標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)光圖案進(jìn)行了調(diào)制，通過圖像相關(guān)等算法獲取調(diào)制后的結(jié)構(gòu)光圖像與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)光圖案的差別，根據(jù)結(jié)構(gòu)光三角法建立該差別與目標(biāo)深度之間的關(guān)系就可求解出整個(gè)目標(biāo)空間的深度圖像。

基于時(shí)間飛行法的深度相機(jī)利用激光投影裝置向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，由光接收裝置獲取脈沖并記錄下發(fā)射到接收的光飛行時(shí)間，根據(jù)飛行時(shí)間可以計(jì)算出目標(biāo)的深度圖像。

基于雙目視覺原理的深度相機(jī)，本質(zhì)上與結(jié)構(gòu)光三角法原理相似，區(qū)別在于結(jié)構(gòu)光三角法是主動(dòng)測(cè)量，而雙目視覺則是被動(dòng)測(cè)量。利用左右相機(jī)獲取的圖像在視差上的差別，并由視覺算法獲取該視差后進(jìn)一步利用三角法測(cè)量原理計(jì)算出目標(biāo)的深度值。

一般地，前兩種深度相機(jī)中都需要借助于激光投影裝置來(lái)向空間中投射光學(xué)信號(hào)，而對(duì)于雙目視覺深度相機(jī)而言，目前也會(huì)常常利用激光投影裝置來(lái)增加空間中物體的紋理信息以提高測(cè)量精度。因?yàn)椋す馔队把b置對(duì)于深度相機(jī)而言異常重要，往往激光投影裝置的性能、體積、功耗將直接影響深度相機(jī)的精度、體積等。

本發(fā)明提出一種激光投影裝置以及基于此的深度相機(jī)。在后面的說(shuō)明中將對(duì)激光投影裝置以及深度相機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明，但并不意味著這種激光投影裝置僅能應(yīng)用在深度相機(jī)中，任何其他裝置中凡是直接或間接利用該方案都應(yīng)被包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

圖1所示的基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)側(cè)面示意圖。深度相機(jī)101主要組成部件有激光投影模組104、采集模組105、主板103以及處理器102，在一些深度相機(jī)中還配備了rgb相機(jī)107。激光投影模組104、采集模組105以及rgb相機(jī)107一般被安裝在同一個(gè)深度相機(jī)平面上，且處于同一條基線，每個(gè)模組或相機(jī)都對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)光窗口108。一般地，處理器102被集成在主板103上，而激光投影模組104與采集模型105通過接口106與主板連接，在一種實(shí)施例中所述的接口為fpc接口。其中，激光投影模組用于向目標(biāo)空間中投射經(jīng)編碼的結(jié)構(gòu)光圖案，采集模組采集到該結(jié)構(gòu)光圖像后通過處理器的處理從而得到目標(biāo)空間的深度圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)光圖像為紅外激光散斑圖案，圖案具有顆粒分布相對(duì)均勻但具有很高的局部不相關(guān)性，這里的局部不相關(guān)性指的是圖案中各個(gè)子區(qū)域都具有較高的唯一性。對(duì)應(yīng)的采集模組105為與激光投影模組104對(duì)應(yīng)的紅外相機(jī)。利用處理器獲取深度圖像具體地指接收到由采集模組采集到的散斑圖案后，通過計(jì)算散斑圖案與參考散斑圖案之間的偏離值來(lái)進(jìn)一步得到深度圖像。

圖2是圖1中激光投影模組104的一種實(shí)施例。投影模組104包括底座201、光源202、微透鏡陣列204、透鏡205以及衍射光學(xué)元件(doe)206。底座201用于固定光源202，在一些實(shí)施例中也用于提供散熱、電連接等作用，比如由散熱件、電路板共同組成的底座。在另一些實(shí)施例中底座201可以為半導(dǎo)體基底，在半導(dǎo)體基底表面直接制作vcsel光源陣列。光源202包含多個(gè)子光源用于發(fā)射多個(gè)子光束(第一光束)，光源可以是可見光、不可見光如紅外、紫外等激光光源，光源的種類可以是邊發(fā)射激光也可以垂直腔面激光，為了使得整體的投影裝置體積較小，最優(yōu)的方案是選擇垂直腔面激光發(fā)射器陣列(vcsel陣列)作為光源。圖中為了方便示意，僅在一維上列出3個(gè)子光源，事實(shí)上vcsel陣列是以固定二維圖案排列的二維光源。為了產(chǎn)生激光投影裝置發(fā)射出的圖案具有均勻、不相關(guān)等特性，光源的排列圖案為不規(guī)則圖案，即光源并非以規(guī)則陣列排列，而是以一定的不規(guī)則圖案排列。在一些實(shí)施例中，vcsel陣列整體大小僅在微米量級(jí)，比如5mmx5mm大小，上面排列了幾十個(gè)甚至上百個(gè)光源，各個(gè)光源之間的距離處于微米量級(jí)，比如10μm。微透鏡陣列204接收來(lái)自光源202的第一光束，并對(duì)光束進(jìn)行聚焦并發(fā)射第二光束，為了達(dá)到聚焦的效果，微透鏡陣列204至少包含一個(gè)透鏡面203，這里的透鏡面一般為球面。在一些實(shí)施例中，也可以為非球面，比如在一個(gè)實(shí)施例中當(dāng)光源發(fā)出的第一光束形狀為橢圓形時(shí)，可以通過柱形透鏡面將橢圓形光束進(jìn)行整形以形成圓形的第二光束。又如在一個(gè)實(shí)施例中，通過特殊設(shè)計(jì)的非球面透鏡以消除透鏡的球形像差以形成更加精確的斑點(diǎn)圖案。

多個(gè)微透鏡所發(fā)射的第二光束，其形狀可以相同，也可以不同，如在一個(gè)實(shí)施例中通過特殊設(shè)計(jì)的非球面透鏡將圓形光束整形成具有統(tǒng)一形狀的光束形狀，這種設(shè)置可以使得整體激光投影裝置所發(fā)射的斑點(diǎn)具有統(tǒng)一的非圓形形狀，在一些情形下有利于提高深度計(jì)算的準(zhǔn)確性；又如在一個(gè)實(shí)施例中，通過特殊設(shè)計(jì)的球面和非球面透鏡將第一光束整形成具有不同形狀的第二光束，進(jìn)一步增加不相關(guān)的特性，有利于提高深度計(jì)算的準(zhǔn)確性。

當(dāng)微透鏡陣列204中各個(gè)微透鏡單元僅有一個(gè)透鏡面203時(shí)，透鏡面203可以被放在朝向光源的一面也可以被放在背向光源的一面。在一些實(shí)施例中，每個(gè)透鏡單元也可以兩面都有透鏡面。

微透鏡陣列204中各個(gè)微透鏡單元分別與光源202一一對(duì)應(yīng)，即微透鏡陣列204中各個(gè)微透鏡單元的排列與光源202一致，即數(shù)量相等，排列圖案相同。每個(gè)微透鏡單元分別用于接收對(duì)應(yīng)的光源202的第一光束并聚焦、整形。

微透鏡單元的幾何形狀可以有多種形狀，比如圖3a所示的圓形形狀以及圖3b所示的六角形狀，也可以是未示出的方形、菱形等形狀。在一些實(shí)施例中，微透鏡單元也可以有多種幾何形狀共同構(gòu)成，比如同一個(gè)微透鏡陣列中一半微透鏡單元為六角形狀，另一半微透鏡單元為圓形形狀，一種優(yōu)選的實(shí)施方式如圖3c所示，不同的形狀之間相互錯(cuò)開分布。這種實(shí)施方式的好處在于，將不同形狀對(duì)應(yīng)的光源分開控制，比如六角形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的光源與圓形形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的光源被分組控制，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立打開以及同步打開以發(fā)射第二光束，形成形狀不同、大小不同或密度不同的圖案。比如單獨(dú)打開六角形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的vcsel光源與單獨(dú)打開圓形形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的vcsel光源時(shí)，所出射的發(fā)射光束圖案的形狀不同；比如僅打開六角形狀或圓形形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的vcsel光源與全部打開vcsel光源相對(duì)，所出射的光束圖案的密度也不同。需要理解的是，這里的說(shuō)明中僅列舉了分成兩組的例子，事實(shí)上，也可以進(jìn)行更多種類的分組，對(duì)于同一種形狀微透鏡單元對(duì)應(yīng)的vcsel光源也可以分組控制，甚至，對(duì)每一個(gè)vcsel光源都可以實(shí)行單獨(dú)控制。

當(dāng)微透鏡單元的形狀不同時(shí)，其對(duì)應(yīng)的焦距一般也會(huì)有差別，當(dāng)微透鏡陣列與vcsel光源之間的距離一定時(shí)，焦距不同會(huì)導(dǎo)致各個(gè)光源最終出射的截面大小也會(huì)不同。即使微透鏡單元為同一種形狀時(shí)，也可以將微透鏡單元的焦距設(shè)置成不同以期產(chǎn)生大小有差異的發(fā)射光束圖案，理論上來(lái)說(shuō)，這種方式會(huì)提高發(fā)射光束圖案的不相關(guān)度，但另一方面會(huì)增加制造的成本。

總之，通過對(duì)vcsel光源的獨(dú)立、分組和整體控制，以及對(duì)微透鏡陣列中微透鏡單元形狀、焦距等方面的設(shè)置，可以發(fā)射出形狀、大小、密度等各不相同的發(fā)射光束以滿足不同的應(yīng)用需求。

回到圖2，微透鏡單元將光束聚焦到焦面207，在焦面207后設(shè)置了主透鏡205，主透鏡205接收、匯聚多個(gè)微透鏡發(fā)射的第二光束，并發(fā)射第三光束。主透鏡205用于將微透鏡陣列的光束進(jìn)行二次聚焦成像，另一方面主透鏡205也起到了將子光束進(jìn)行擴(kuò)散的作用，這里的擴(kuò)散指的是由通過主透鏡的光束相對(duì)于光源202的發(fā)射面的光束而言，光束的直徑被擴(kuò)大了。通過主透鏡205的多個(gè)光束傳輸?shù)窖苌涔鈱W(xué)元件(doe)206,并由doe206以整數(shù)倍進(jìn)行擴(kuò)束(第四光束)。比如若光源202的數(shù)量為100個(gè)，即100個(gè)子光束，通過doe后以500倍進(jìn)行擴(kuò)束，最終形成50000個(gè)斑點(diǎn)的圖案投射到空間中。需要注意的，這50000個(gè)斑點(diǎn)在空間上不同的距離上會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，因此往往斑點(diǎn)數(shù)會(huì)小于50000。換句話說(shuō)，doe的作用是將光源202所形成的圖案在空間中進(jìn)行成倍的復(fù)制，需要注意的是，由于要提高圖案密度，在進(jìn)行復(fù)制時(shí)，相鄰的兩幅圖案之間會(huì)有部分重疊，重疊的另一作用是可以提高整體圖案的不相關(guān)程度。

主透鏡205與doe206在一些實(shí)施例中可以被制作在同一個(gè)光學(xué)元件上，以達(dá)到縮小體積的效果，該光學(xué)元件具有兩個(gè)表面，分別用來(lái)執(zhí)行透鏡以及衍射光學(xué)元件的功能。

減小體積的另一種方式是利用晶圓級(jí)光學(xué)工藝將光源202、微透鏡陣列204、主透鏡205、衍射光學(xué)元件(doe)206都直接制作在半導(dǎo)體基底上。這種工藝的好處一方面減小整體模組的體積，另一方面可以在一片晶圓上同時(shí)制作n個(gè)模組，最后經(jīng)切割形成多個(gè)獨(dú)立的模組，從而大幅度提高生產(chǎn)效率。

微透鏡陣列與光源之間的距離需要進(jìn)行特別設(shè)置，一般地需要滿足兩個(gè)條件，一是保證各個(gè)微透鏡單元僅通過單個(gè)光源的光束，相鄰光束之間不會(huì)有干擾；二是光源最好位于微透鏡單元2倍焦距以外，以保證光束充分聚焦。微透鏡陣列與透鏡的距離最好大于透鏡焦距與微透鏡單元焦距的和。需要說(shuō)明的是，這里僅給出了一種最優(yōu)方案，并非是對(duì)本發(fā)明的方案的限制。

另外，主透鏡與微透鏡陣列之間的距離一般應(yīng)該小于主透鏡的焦距，一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，這一距離小于主透鏡焦距與微透鏡單元焦距之和。主透鏡與微透鏡陣列之間的距離只有滿足上述條件，兩者形成的二次成像光路才能實(shí)現(xiàn)更低的放大倍數(shù)。

本發(fā)明的激光投影裝置的光路布置圖事實(shí)上也是對(duì)光源202的二次成像，與已有技術(shù)中單個(gè)透鏡的光路布置圖相比，二次成像的放大倍數(shù)可以調(diào)整，且系統(tǒng)的集成度更高。目前單個(gè)透鏡的放大倍數(shù)一般在200左右，而本發(fā)明由微透鏡陣列與主透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)則可以實(shí)現(xiàn)40～200。更小的放大倍數(shù)則意味著最終形成的散斑圖案更加集中，相同的發(fā)光功率可以傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離且保持較高的圖案質(zhì)量，深度圖計(jì)算精度將更高。另外根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要，比如對(duì)于遠(yuǎn)距離測(cè)量，則可以調(diào)節(jié)微透鏡陣列與主透鏡之間的距離以增大放大倍數(shù)從而增加激光投影模組的投影斑點(diǎn)大小，以保證在遠(yuǎn)距離時(shí)仍能獲取較高質(zhì)量的斑點(diǎn)圖案，反之則減小放大倍數(shù)。

在安裝時(shí)調(diào)整好微透鏡陣列與主透鏡之間的距離，放大倍數(shù)可以是40-200之間的任何一個(gè)數(shù)值，安裝完成后激光投影裝置的放大倍數(shù)即已確定?，F(xiàn)有的采用不同焦距透鏡的激光投影裝置，由于單個(gè)透鏡的放大倍數(shù)一般均在200左右，單個(gè)透鏡無(wú)法實(shí)現(xiàn)更低的放大倍數(shù)，使最終形成的散斑圖案噪聲大、對(duì)比度低、亮度不均勻。因此，本發(fā)明的激光投影裝置，無(wú)論是成本還是實(shí)現(xiàn)方式上，都比現(xiàn)有的激光投影裝置有更大的優(yōu)勢(shì)。

衍射光學(xué)元件206為doe，doe被配置成接收主透鏡發(fā)射的第三光束并輸出結(jié)構(gòu)化光，其結(jié)構(gòu)光中包括的特征(例如斑點(diǎn)或點(diǎn))總數(shù)大于第三光束中包括的特征總數(shù)。使用這種光學(xué)元件，可以使輸出的結(jié)構(gòu)化圖案中能夠有比vcsel單元中更多的特征。從而，如果期望產(chǎn)生具有一千個(gè)特征的結(jié)構(gòu)化光圖案，則在vcsel陣列中不需要一千個(gè)vcsel單元，可以有效減小vcsel陣列的整體大小和體積，并減少整體的大小和成本。在替換實(shí)施例中，衍射光學(xué)元件被實(shí)現(xiàn)為微透鏡陣列或者光柵。

圖4所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一種激光投影裝置示意圖。為了進(jìn)一步減小整體的激光投影裝置的體積，將微透鏡與vcsel光源進(jìn)行集成，集成后的情形如401所示，這種方式可以使得整體的體積更小，且透鏡與光源將嚴(yán)格的保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，不會(huì)受到安裝等引起的誤差影響。

圖5為進(jìn)一步介紹集成微透鏡的vcsel光源細(xì)節(jié)。vcsel的有源層505在中間，與有源層連接的是限制層506，限制層的作用是用來(lái)控制光場(chǎng)和電流以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光形狀等的控制，有源層兩端還有p型與n型的半導(dǎo)體反射鏡504與507，反射鏡507的另一側(cè)是頂部電極508(p極、正極)，反射鏡504的一側(cè)分別是半導(dǎo)體襯底503以及底部電極502(n極、負(fù)極)。激光束在p極508之間發(fā)出，通過在反射鏡507上制作微透鏡509以實(shí)現(xiàn)集成的效果，比如在一種實(shí)施例中通過在反射鏡507上沉積sio2-si3n4從而形成凸起的微透鏡。由集成微透鏡的vcsel陣列如圖6所示，vcsel光源以不規(guī)則圖案排列在襯底上，每個(gè)光源表面均有與其一一對(duì)應(yīng)的微透鏡。

對(duì)vcsel陣列中各個(gè)光的控制可以有不同的模式，在一種實(shí)施例中，所有的vcsel光源被同步控制打開與關(guān)閉；在另一種實(shí)施例中，vcsel光源被獨(dú)立或分組控制以產(chǎn)生不同的光照密度。單個(gè)vcsel光源的形狀、面積也可以不相同。

在一些實(shí)施例中，vcsel陣列光源按特殊的用途也可以進(jìn)行封裝成芯片，類似于電腦的cpu等芯片，將正負(fù)極通過連接到引腳在同一側(cè)與外界連接。針對(duì)本發(fā)明所述的深度相機(jī)實(shí)施例而言，為了達(dá)到體積小的效果，一種較佳的處理方式是直接將未封裝的vcsel半導(dǎo)體切片芯片置于底座201上。芯片的底部與負(fù)極相連，頂部與正極相連。

為了進(jìn)一步減小體積，對(duì)于激光投影裝置，可以直接將未封裝的vcsel半導(dǎo)體切片芯片置于底座201上，芯片的底部負(fù)極連接，頂部正極連接。在以下說(shuō)明中將以vcsel切片芯片為例進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)理解的是封裝芯片也包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。在下面的闡述中，為了便于理解，將用“芯片”、“陣列芯片”等用詞來(lái)代替上文所提到的vcsel陣列。

芯片都需要有承載和連接機(jī)構(gòu)，以保證芯片的正常功能。例如電腦cpu有為其獨(dú)立設(shè)計(jì)的卡套式連接與固定機(jī)構(gòu)；對(duì)于一些發(fā)熱量不大的專用芯片，會(huì)直接通過引腳與主板進(jìn)行直接相連；而對(duì)于本發(fā)明所述的芯片，一般具有較高的發(fā)熱量，且需要有穩(wěn)固的固定裝置。vcsel陣列芯片由于是用來(lái)發(fā)射光束，需要較大的功率，發(fā)熱量較大，另外還需要被集成到體積較小的微型設(shè)備中，散熱問題需要解決；另一方面，對(duì)于深度相機(jī)而言，激光投影模組的相對(duì)位置要求非常穩(wěn)固，以確保有穩(wěn)定、精確的深度圖像輸出。因此，vcsel陣列芯片的承載與連接機(jī)構(gòu)就要求既擁有小的體積以便于集成，又需要有較好的散熱性能以及穩(wěn)固的連接。

本發(fā)明的激光投影裝置在深度相機(jī)中采用一種特殊的結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)體積小、散熱高等優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)處于激光投影裝置的底部，具體地，包括支撐部件，用來(lái)承載芯片；散熱部件，用來(lái)將芯片產(chǎn)生的熱量散失；控制部件，用來(lái)控制芯片工作，圖2中的底座201即是用于承載及連接vcsel陣列芯片，底座201被設(shè)置成如圖7所示的芯片嵌入裝置801，即底座201起到支撐、散熱和控制芯片的三重作用。芯片具體為vcsel陣列芯片806；控制部件具體的為電路板803，通過其接口804接入電極以供電或控制vcsel陣列芯片806；支撐部件和散熱部件具體為同一個(gè)部件，即基底802，用于放置并承載芯片，并且與芯片連接起到散熱和/或電極連接的作用，常用的材料為銅鍍金、陶瓷等等。該裝置可以方便地與其他控制單元如主板進(jìn)行連接，且可以穩(wěn)定地支撐芯片。

為了減小整體的體積，采取的是在電路板803中間增加孔洞的形式，基底802與電路板803膠接，并且覆蓋了孔洞(一般地，孔洞中心與電路板802中間重合)，然后將芯片置于孔洞中且與基底連接。這種設(shè)置的好處在于可以同時(shí)兼顧電路板與芯片之間的連接以及整體厚度的控制。

在另一實(shí)施例中，芯片嵌入裝置801，如圖8所示，電路板803為柔性電路板(fpc)，基底802為銅鍍金材料，vcsel陣列芯片806位于孔洞中心，且通過導(dǎo)電銀漿與基底802連接，基底802與電路板803膠接。在fpc的孔洞周圍布置了一些焊盤805，焊盤805通過線路與接口804連接。在圖8中，正極焊盤通過金線807與vcsel芯片頂端電極806連接，負(fù)極焊盤通過金線808直接與基底802連接，由于基底與芯片的底部電極通過導(dǎo)電銀漿相連，因而也就實(shí)現(xiàn)了焊盤與底部電極的間接連接。另外，由于vcsel芯片與基底802連接，且基底具有很好的導(dǎo)熱性，因此vcsel芯片的散熱問題也得到了解決。

在另一實(shí)施例中，電路板803與基底802之間通過物理連接，比如螺栓等。若利用膠水連接，優(yōu)點(diǎn)在于不占用空間，操作便捷，但缺點(diǎn)是由于膠水的電阻較大，因而不利于散熱，會(huì)增加功耗。具體的連接方式在此不做限定。

在另一實(shí)施例中，電路板803為印制電路板(pcb)與柔性電路板(fpc)的結(jié)合，即軟硬結(jié)合電路板，與fpc相比，pcb硬度高，承載性能較好，但是連接則較為困難。因此，在本實(shí)施例中，采用了二者結(jié)合的方式，即接口所在部位用fpc，而在與基底連接的部位采用軟硬結(jié)合板。在其他實(shí)施例中，電路板803可以全部采用印制電路板(pcb)。

電路板與芯片及基底的連接，更清晰地可見圖9。在圖9中，電路板803通過金線807和808分別與芯片806以及基底802連接。一般地，電路板的孔洞尺寸應(yīng)大于芯片806的尺寸，一方面便于安裝以及為金線808與基底802的連接留出操作空隙，另一方面進(jìn)一步提高了基底802的散熱性能?？锥吹男螤钜话銥閳A形或方形，在此不做限定。在其他實(shí)施例中，連接用的金線也可以為其他任何可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接的材料。

在另一實(shí)施例中，為了進(jìn)一步地減小體積，可以在基底上為芯片開凹槽，如圖10所示，這種方式可以進(jìn)一步減小整體的厚度。需要注意的是，當(dāng)基底本身厚度就較薄時(shí)不建議開凹槽，以避免當(dāng)芯片發(fā)熱時(shí)會(huì)導(dǎo)致基底材料的變形。

可以理解的是，基底也可以是其他導(dǎo)熱材料，比如陶瓷。此時(shí)，vcsel芯片與基底僅導(dǎo)熱連接，與電路板的正、負(fù)極導(dǎo)電連接，連接方式可以采取任何其他可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接的方式，在此不做限定。基底也可以被設(shè)計(jì)成適合散熱的形狀，比如增加扇葉等方式以增加散熱面積等。在與手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行集成過程中也可以將基底與其他散熱材料進(jìn)行連接以提升散熱性能。

激光投影裝置，在深度相機(jī)中可以采用芯片嵌入裝置進(jìn)行固定，所述芯片嵌入裝置，通過在控制部件上開設(shè)孔洞，并將vcsel陣列芯片嵌入其中，可以充分減小裝置的整體體積，同時(shí)芯片與散熱部件直接接觸連接，散熱部件同時(shí)起到支撐芯片的作用，保證給芯片提供最大限度的散熱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)小體積、高散熱、低功耗，還可以實(shí)現(xiàn)更低的放大倍數(shù)和更高的成像質(zhì)量。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。