照明装置的制作方法

本公开涉及用于深度映射应用的照明装置领域，并且尤其涉及用于生成泛光照明光束并且还用于生成结构光图案的照明装置。

背景技术：

1、场景的深度映射也称为三维(3d)映射，通常由电子设备使用，例如智能手机、平板设备、游戏机和笔记本电脑。

2、在一些示例中，场景的深度映射可用于安全目的，诸如基于3d面部识别来允许访问电子设备上的资源或解锁电子设备。在一些示例中，电子设备还可包括诸如相机的图像感测设备，其中场景的深度图可用于提高图像感测设备的图像捕获能力。

3、用于深度映射的多种技术是已知的。例如，立体视觉相机可用于基于由多个相机捕获的图像之间的差异来确定场景的深度图。一些深度映射技术可包括场景的照明，其中照明的特性可用于确定场景的深度图。

4、在一些示例中，可使用结构光、例如光图案。其中，结构光可被投射到场景上，并且由投射的结构光在场景中创建的图案使得可根据场景特征与结构光发射装置的距离来区分场景的特征。也就是说，投射到场景上的结构光的图像可与参考图案进行比较，并且图像与参考图案之间的差异可被用于确定场景的深度图。

5、在一些示例中，可能还需要场景的一般照明。与结构光照明器相比，泛光照明器为场景提供一般均匀的照明。

6、在一些示例中，泛光照明器可被用于照明场景并检测传感器前面的物体(诸如人)的存在，并且结构光照明器可被用于以独特的点图案照明场景，从而实现场景的3d重建。

7、然而，在电子设备中实现泛光照明器和结构光照明器两者均会增加设备的整体成本、复杂性和尺寸。此外，电子设备设计的最新趋势，尤其是诸如智能手机的便携式设备的设计，正在朝着提高小型化水平和降低总成本的方向发展。

8、因此，还期望提供一种适用于诸如智能手机、智能手表、平板设备、游戏机和膝上型计算机的电子设备的3d映射解决方案，其中该解决方案不会显著增加电子设备的成本、复杂性和/或尺寸。

9、因此，本公开的至少一个方面的至少一个实施例的目的是消除或至少减轻至少一个以上所提及的现有技术缺点。

10、照明器的一些示例简要列出如下：

11、ep 3,250,882 b1(rossi等人)；

12、us2019/0068853(price等人)；

13、us2019/0346687 a1(zheng)；以及

14、“自成像现象及其应用”，krzysztof patorski，《光学进展(progress inoptics)》，第27卷，1989年，第1-108页。

技术实现思路

1、本公开涉及用于深度映射应用的照明装置领域，尤其涉及用于生成泛光照明的光束以及用于生成结构光图案的照明装置。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种照明装置，包括：微透镜阵列(mla)，其包括周期性布置的微透镜；周期性布置的第一辐射发射元件的阵列，其被设置在距mla第一距离处并且被配置成与mla协作生成结构光图案；以及多个第二辐射发射元件，其被设置在距mla第二距离处，并且被布置成避免与周期性布置的微透镜的任何周期性相匹配，并且被配置成与mla协作生成泛光照明光束。第一距离大于第二距离。

3、有利的是，通过将用于生成结构光图案的第一辐射发射元件和用于生成泛光照明的光束的第二辐射发射元件集成到单个装置中，例如单个封装件中，相对于实施分立泛光照明器和结构光图案照明器的现有技术解决方案，可减小照明装置的整体尺寸。

4、有利的是，通过减小装置的整体尺寸，可降低与制造装置相关联的材料成本。此外，装置所需的占用面积(例如印刷电路板上的占用面积)也可减小，从而降低整体系统成本。

5、有利的是，通过仅具有用于生成结构光图案和泛光照明光束的单个mla，可降低装置的复杂性，从而可相应地减少组装成本和时间。

6、此外，通过仅具有用于生成结构光图案和泛光照明的光束的单个mla，可改进设计公差控制。也就是说，通过将泛光照明和结构光照明功能性集成到单个装置中，减轻了对分立泛光照明器和结构光图案照明器的分立组件的精确相对位置的要求。

7、有利的是，所公开的装置可在电子设备(例如智能手机)上实施，其中与需要两个缝隙的现有技术设备相比，在电子设备的壳体中只需要单个缝隙用于结构光和泛光照明。此外，所公开的照明装置所需的缝隙尺寸将小于现有技术电子设备中所需的两个缝隙的总尺寸。

8、有利的是，通过将多个第二辐射发射元件布置成避免与周期性布置的微透镜的任何周期性(例如间距)相匹配，可避免泛光照明光束中的实质性条纹和/或高对比度区域。此外，这类布置使得单个mla能够用于泛光照明和结构光的生成。

9、也就是说，对于包括mla和多个辐射发射元件的照明装置，其中mla包括以微透镜间距p规则布置的微透镜并且多个辐射发射元件被布置在距mla距离为d的公共平面上，其中每个辐射发射元件被配置成发射波长为l的辐射，当满足以下条件时可实现特别高对比度的结构光图案：

10、p2＝2ld/n   (公式1)

11、并且其中n是正整数。因此，有利的是，通过使第一距离大于第二距离，例如第二辐射发射元件比第一辐射发射元件更靠近mla，对于第二辐射发射元件可避免p、d和n之间的这种关系，从而避免泛光照明光束中的任何实质性条纹和/或高对比度区域。也就是说，可选择第二距离，使得对于第二辐射发射元件不满足由等式(1)定义的p、d和n之间的关系，从而提高泛光照明的均匀性。

12、可选择第一距离，使得满足由等式(1)定义的第一辐射发射元件的p、d和n之间的关系。因此，设置在距mla第一距离处的周期性布置的第一辐射发射元件的阵列可被配置成与mla协作生成包括条纹和/或高对比度区域的结构光图案。

13、照明装置可包括导热间隔件，其中多个第二辐射发射元件被设置成与间隔件成热传递关系。间隔件可定义第二距离。

14、有利的是，导热间隔件可将热量从第二辐射发射元件传导出去，从而优化第二辐射发射元件的运行。例如，可将热量传导到另一基板中，在该基板上安装有间隔件，如下面更详细地描述的。

15、间隔件可由陶瓷材料形成。

16、有利的是，陶瓷材料提供了足够的散热和相对较高的设计形状自由度。例如，可根据需要选择间隔件的设计来定义第二距离。此外，陶瓷材料可提供足够的电绝缘，并且可适合作为其上可形成电接触件的基板，如下面更详细描述的。

17、在一些实施例中，间隔件可由高温共烧陶瓷(htcc)形成。

18、在一些实施例中，间隔件可包括延伸穿过间隔件的至少一个导电通孔。

19、在一些实施例中，间隔件可包括印刷电路板(pcb)。

20、间隔件可包括设置在第一辐射发射元件阵列上方的缝隙，使得由第一辐射发射元件发射的辐射穿过该缝隙向mla传播。

21、有利的是，间隔件可被设计成起光学挡板的作用，限制第一辐射发射元件的照明区域，如特定设计规范可能要求的那样。

22、间隔件可在集成电路(ic)上方延伸，使得多个第二辐射发射元件设置在ic上方。

23、有利的是，通过在ic上方延伸间隔件，可通过在ic上方有效地堆叠第二辐射发射元件来组装紧凑且高度集成的装置。

24、此外，间隔件和ic可共同提供用于从第二辐射发射元件散热的导热路径。

25、在一些实施例中，间隔件和ic可通过热界面材料、例如导热膏或硅脂导热化合物耦合。

26、间隔件可为ic。

27、ic可被配置成驱动周期性布置的辐射发射元件的阵列和/或多个第一辐射发射元件和/或第二辐射发射元件。

28、有利的是，通过使用ic作为间隔件，该ic既可用于驱动周期性布置的第一辐射发射元件和/或多个第二辐射发射元件的阵列，也用于定义第二距离的双重目的。有利的是，ic的这类双重功能可实现特别小且紧凑的装置的组装。

29、照明装置可包括基板。间隔件可提供在形成于基板上的至少一个导电元件与多个第二辐射发射元件之间的至少一个电连接。

30、间隔件可包括一个或多个金属层。例如，间隔件的上表面上的金属层可定义用于耦合到一个或多个电子组件(诸如多个第二辐射发射元件)的接合焊盘。间隔件的下表面上的金属层可定义用于将间隔件耦合到另一组件(诸如形成照明装置一部分的基板)的接合焊盘。一个或多个通孔可延伸穿过间隔件，并且可将间隔件的上表面上的金属层连接到间隔件的下表面上的金属层。

31、间隔件可包括一个或多个中间金属层。

32、周期性布置的第一辐射发射元件的阵列可包括具有对应于mla的间距的整数n倍或1/n倍的间距的辐射发射元件。

33、周期性布置的第一辐射发射元件的阵列可包括具有对应于mla的第二间距的整数n倍或1/n倍的第一间距的辐射发射元件。

34、有利的是，通过匹配mla的周期性或mla的整数倍，由每个辐射发射元件生成的结构光图案可精确地重叠，以增加由照明装置发射的总结构光图案的强度。

35、有利的是，通过匹配mla间距的1/n倍，结构光图案可包括比mla中的透镜更多的点。例如，如果第一辐射发射元件在x方向和正交的y方向上以对应于mla间距的一半的间距布置，则可生成包括四倍于mla中透镜数目的点的结构光图案。

36、多个第二辐射发射元件可在至少第一方向和与第一方向正交的第二方向上以与mla的间距不同的间距周期性地布置。

37、多个第二辐射发射元件可在至少第一方向和与第一方向正交的第二方向上以不同于mla的第二间距的第三间距和/或第四间距周期性地布置。

38、有利的是，通过布置多个第二辐射发射元件使得mla的间距不匹配，可生成适合于泛光照明的相对均匀的照明光束，而没有实质性条纹和/或高对比度区域。

39、多个第二辐射发射元件可被布置成规则的周期性阵列，该阵列相对于mla的周期性布置的微透镜旋转。

40、通过相对于mla的周期性布置的微透镜旋转多个第二辐射发射元件，可避免mla的周期性与第二辐射发射元件之间的任何匹配。有利的是，这可使得第二辐射发射元件能够被提供为规则的周期性阵列，这一般是实现起来更简单的设计，然而可避免发射的辐射中的实质性条纹和/或高对比度区域。

41、以第一距离设置的周期性布置的第一辐射发射元件的阵列可被配置成生成包括目标上的点或线的阵列的结构光图案。

42、通过以特定图案组织辐射发射元件，结构光图案可包括期望的形状，例如点或线。

43、每个辐射发射元件可为竖直腔体表面发射激光器(vcsel)。

44、在一些实施例中，每个辐射发射元件可被配置成发射红外辐射。

45、多个第二辐射发射元件可作为单片设备提供。也就是说，多个第二辐射发射元件可作为单个基板(例如硅基板)上的辐射发射元件阵列来提供。

46、照明装置可与壳体结合来提供以定义设备。该设备可为例如以下各项中的一项：智能手机；平板设备；通信设备；个人计算机；可穿戴电子设备；电子锁设备；安全设备；生物识别设备；或游戏设备。

47、壳体可包围照明装置。照明装置可被配置成穿过壳体中的单个缝隙或窗口发射结构光图案和泛光照明光束。

48、有利的是，这类壳体可更简单且更便宜地制造，并且一般对用户来说更美观。

49、上述
技术实现要素：
仅仅是示例性的而非限制性的。本公开包括单独地或在各种组合中的一个或多个对应的方面、实施例或特征，无论是否在该组合中或单独地具体说明(包括要求保护的)。应当理解，在任何其他方面或实施例中，可单独地或与任何其他定义的特征结合使用根据本公开的任何方面或与本公开的任何特定实施例相关的以下定义的特征，或者形成本公开的另一方面或实施例。