CN111182287A - 发射模组、成像装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射模组、成像装置和电子装置。发射模组包括可独立控制驱动的多个光源，发射模组被配置为将多个光源发出的光线投影至投影区域，投影区域包括多个子区域，多个光源发射光线的能量分布和多个子区域的位置呈映射关系，每个子区域具有子区域与光源沿光路方向的距离所对应的景深，发射模组还被配置为根据子区域的位置和子区域的景深对应控制光源的开关和光照功率。发射模组可以通过多个光源发射光线到被测目标，每个光源可以被独立控制驱动，根据需要选择性地开启相应的光源，关闭不必要的光源，有利于减少能量的浪费；还可以通过控制光源的光照功率，在保证成像质量的情况下，适当减少光源的光照功率，同样有利于节省能量。

Description

发射模组、成像装置和电子装置

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，特别涉及一种发射模组、成像装置和电子装置。

背景技术

相关技术的三维成像装置中，可以通过飞行时间测距(Time of Flight，TOF)技术利用发射模组发射光线到被测物体，光线在经过被测物体表面后反射被接收模组接收，进而根据光线飞行时间确定成像装置与被测物体之间的距离。当获取一张图像时，图像中的目标有很多，不同的目标可能会涉及不同景深(Depth of Field，DOF)，现有的光源通常是整体以设定的光照功率进行点亮，这对于获取不同景深的目标的深度信息时，会造成比较大的能源浪费。因此，在手机电池还是处于瓶颈状态的情况下，对于成像装置的节能就显得更为有意义。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种发射模组、成像装置和电子装置。

本发明实施方式的发射模组包括可独立控制驱动的多个光源，所述发射模组被配置为将所述多个光源发出的光线投影至投影区域，所述投影区域包括多个子区域，所述多个光源发射光线的能量分布和所述多个子区域的位置呈映射关系，每个所述子区域具有所述子区域与所述光源沿光路方向的距离所对应的景深，所述发射模组还被配置为根据所述子区域的位置和所述子区域的景深对应控制所述光源的开关和光照功率。

上述发射模组中，可以通过多个光源发射光线到被测目标，每个光源可以被独立控制驱动，发射模组可以根据需要选择性地开启相应的光源，关闭不必要的光源，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

在某些实施方式中，所述投影区域包括被测目标对应的目标区域，所述目标区域包括至少一个所述子区域，所述发射模组用于根据位于所述目标区域中所述子区域的数量和位置，控制所述目标区域内的所述子区域所对应的所述光源开启且控制所述目标区域外的其它子区域所对应的所述光源关闭。如此，发射模组可以根据目标区域大小的需求选择性地开启相应的光源，关闭不必要的光源，有利于减少能量的浪费。其中，目标区域可以是被测目标所在的区域。

在某些实施方式中，所述光源的光照功率与所述子区域的景深成正相关关系。可以理解，光线在空气中传播的距离越远，光线的能量损耗越大，如此，发射模组可以根据光源的光照功率与景深的关系控制对应的光源开启时实际需要的光照功率。

在某些实施方式中，所述光源包括垂直腔面发射激光器，所述多个光源形成垂直腔面发射激光器阵列。如此，使用垂直腔面发射激光器作为光源，可以满足光源小体积的需求，由多个垂直腔面发射激光器形成阵列分布可以保证光线投影的面积和连续性。

在某些实施方式中，所述垂直腔面发射激光器阵列中的每个所述垂直腔面发射激光器作为一个可独立控制驱动的所述光源，或者所述垂直腔面发射激光器阵列中的多个所述垂直腔面发射激光器组合形成一个可独立控制驱动的所述光源。如此，不同数量的垂直腔面发射激光器形成的可独立控制的光源可以满足不同的控制及精度要求，适用不同的场景。

本发明实施方式的成像装置包括接收模组和上述任一实施方式所述的发射模组。

上述成像装置中，发射模组可以通过多个光源发射光线到被测目标，光线在经过物体表面后反射被接收模组接收，进而确定被测物体的深度信息。发射模组的每个光源可以被独立控制驱动，发射模组可以根据需要选择性地开启相应的光源，关闭不必要的光源，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

在某些实施方式中，所述接收模组包括检测单元，所述检测单元用于检测所述子区域的景深，所述发射模组用于根据所述子区域的景深控制所述光源的光照功率。如此，发射模组可以根据景深的需求控制光源以相应的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，减少光照功率，有利于节省能量。

在某些实施方式中，所述接收模组包括图像传感器和成像镜头，所述图像传感器用于接收所述投影区域的光线以生成图像信息；所述图像传感器位于所述成像镜头的像侧，所述成像镜头用于将接收的光线汇聚到所述图像传感器。如此，成像镜头可以将光线汇聚到图像传感器，有利于接收模组接收光线，提高成像品质。图像传感器可以采集物体反射的光线生成图像信息。其中，图像信息包括深度信息。

在某些实施方式中，所述成像装置包括飞行时间测距装置。如此，成像装置可以通过飞行时间测距技术利用发射模组发射光线到被测物体，光线在经过被测物体表面后反射被接收模组接收，进而根据光线飞行时间确定成像装置与被测物体之间的距离，获得被测物体的深度信息。

本发明的实施方式的电子装置包括壳体和上述任一实施方式所述的成像装置，所述成像装置安装在所述壳体。

本发明实施方式的电子装置中，成像装置的发射模组可以通过光源发射光线到被测目标，光线在经过物体表面后反射被接收模组接收，进而确定被测物体的深度信息。发射模组的每个光源可以被独立控制驱动，发射模组可以根据需要选择性地开启相应的光源，关闭不必要的光源，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的发射模组的结构示意图。

图2是本发明实施方式的发射模组的工作时的示意图。

图3是本发明实施方式的能量矩阵和区域矩阵的映射关系示意图。

图4是本发明实施方式的投影区域的景深示意图。

图5是本发明实施方式的垂直腔面发射激光器阵列的结构示意图。

图6是本发明实施方式的成像装置的结构示意图。

图7是本发明实施方式的电子装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

发射模组10、光源12、垂直腔面发射激光器阵列120、投影区域14、子区域142、目标区域144；

成像装置100、接收模组20、检测单元22，图像传感器24、成像镜头26；

电子装置1000。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请一并参阅图1至图6，本发明实施方式的发射模组10包括可独立控制驱动的多个光源12，发射模组10被配置为将多个光源12发出的光线投影至投影区域14，投影区域14包括多个子区域142，多个光源12发射光线的能量分布和多个子区域142的位置呈映射关系，每个子区域142具有子区域142与光源12沿光路方向的距离所对应的景深，发射模组10还被配置为根据子区域142的位置和子区域142的景深对应控制光源12的开关和光照功率。

本发明实施方式的发射模组10中，可以通过多个光源12发射光线到被测目标，每个光源12可以被独立控制驱动，发射模组10可以根据需要选择性地开启相应的光源12，关闭不必要的光源12，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源12以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源12开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

具体地，投影区域14指多个光源12全部开启时，光源12发出的光线投影到场景一定距离时所能够照亮的区域。光源12可以沿自身的光轴发射光线，投影区域14的景深表示投影区域14与光源12在沿光路方向的距离(如图4所示)。相应地，子区域142具有该子区域与光源沿光路方向的距离所对应的景深。其中，不同景深处的投影区域14的大小可以不相同。

如图3所示，在一个例子中，投影区域14的多个子区域142可以呈阵列分布并将投影区域14分成一个A行B列的区域矩阵，光源12呈阵列分布形成面光源，多个光源12发射光线的能量分布可以同步分成一个a行b列的能量矩阵。其中，A＝a且B＝b，区域矩阵和能量矩阵呈映射关系，即能量矩阵中的能量可以投影至区域矩阵内相应位置的子区域142中。

能量矩阵由多个光源12发射光线的能量分布形成，如此，可以通过调节多个光源12的开关和光照功率控制能量矩阵中光线的能量分布。

请参阅图2，在某些实施方式中，投影区域14包括被测目标对应的目标区域144，目标区域144包括至少一个子区域142，发射模组10用于根据位于目标区域144中子区域142的数量和位置，控制目标区域144内的子区域142所对应的光源12开启且控制目标区域144外的其它子区域所对应的光源12关闭。

如此，发射模组10可以根据目标区域144的大小的需求选择性地开启相应的光源12，关闭不必要的光源12，有利于减少能量的浪费。其中，目标区域144可以是被测目标所在的区域或想要投影的区域。例如，当发射模组10应用于3D测量进行3D人脸识别时，人脸区域即为目标区域。

在一个例子中，利用发射模组10对目标进行3D测量时，用户可以在测量前根据被测物体所在的区域预先选择目标区域144，使得发射模组10可以根据目标区域144的大小的需求选择性地开启相应的光源12，从而光源12发出的光线投影到被测物体。

需要说明的是，本申请提出的发射模组10的3D测量不仅仅用于3D成像中的人脸识别，同样可用于3D成像拍照或者摄像，既包括应用于手机上实现摄像，同样也适用于其他各种设备对应不同场景的摄像，尤其是想要获取具有深度信息的成像场景。因此，在拍照或者摄像过程中，类似当前的普通相机具有的对焦以及确定人脸区域等操作，本申请提出的发射模组10在进行拍照摄像时，对应设备的显示屏幕中可显示出目标区域144所在的整体画面，然后可以基于操作者的手动选取或者基于选择程序按照预设轮廓的选取来预先选定目标区域144，当然也可以是不在显示屏幕显示该操作而由后台程序自动完成。例如，在进行3D 摄像时，先启动相机进入预拍摄状态，先由RGB相机摄像获取得到显示图像，然后基于所述显示图像中目标物体对应位置以及预先构建的RGB相机显示区域与发射模组10的投影区域的对应关系，可以相应的确定目标区域144并且选择目标区域144对应的光源12。同样，基于RGB相机的预拍摄也可以通过摄像对焦得到初步的景深信息，进而可以控制对应光源 12的功率，进一步，这里的景深信息还可以通过开启部分对应光源12获取，例如上述过程可以从10000个光源12中确定100个对应目标区域144的光源12，然后可以选择其中一个或者多个进行景深检测，然后基于景深控制这100个光源的功率。

其中，上述预先构建的RGB相机显示区域与发射模组10的投影区域14的对应关系，一方面可以参考当前飞行时间(TOF)相机、结构光相机或者双目相机中将红外图像与RGB图像对应起来的对应关系，另一方面，投影模组10应用于3D测量时，通常设置有接收模组20，本申请提出的发射模组10尤其适用于较远距离的3D成像，此时无论是目标物体的距离还是目标物体的宽度均远大于发射模组10与接收模组20(包括红外接收模组和RGB 接收模组)之间的距离，因此，可以将发射模组10与接收模组20之间视角等同为同一视角，这样可以更方便的建立RGB相机显示区域与发射模组10的投影区域14的对应关系。

进一步地，目标区域144可以是区域矩阵内的一个子区域142或多个子区域142的集合，在发射模组10投影光线时，只需将投影光线的能量映射到目标区域144对应的子区域142 中，由于能量矩阵和区域矩阵的映射关系，可以通过开启目标区域144内的子区域142所对应的光源12及关闭目标区域144外的其它子区域所对应的光源12，从而实现目标区域144 的能量映射，减少不必要的能量浪费。

需要说明的是，目标区域144可以是一个或多个。目标区域144是多个时，多个目标区域144可以连续或不连续，多个目标区域144的景深可以相同或不相同。

在某些实施方式中，光源12的光照功率与子区域142的景深成正相关关系。

可以理解，光线在空气中传播的距离越远，光线的能量损耗越大，如此，发射模组10 可以根据光源12的光照功率与子区域的景深的关系控制对应的光源12开启时实际需要的光照功率。具体地，在需要投影的子区域142对应的景深较大时，可以根据光源12的光照功率与景深的关系增大光源12开启时的光照功率；在需要投影的子区域142的景深较小时，可以根据光源12的光照功率与景深的关系减小光源12开启时的光照功率。

请参阅图5，在某些实施方式中，光源12包括垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，多个光源12形成垂直腔面发射激光器阵列120。

如此，使用垂直腔面发射激光器作为光源12，可以满足光源12小体积的需求，由多个垂直腔面发射激光器形成阵列分布可以保证光线投影的连续性。

在某些实施方式中，垂直腔面发射激光器阵列120中的每个垂直腔面发射激光器可以作为一个可独立控制的光源12，或者垂直腔面发射激光器阵列120中的多个垂直腔面发射激光器可以组合形成一个可独立控制的光源12。

如此，当每个垂直腔面发射激光器作为一个可独立控制的光源12时，有利于发射模组 10精确控制目标区域144内的子区域142所对应的光源12的数量，提高投影精确度。

当多个垂直腔面发射激光器组合形成一个可独立控制的光源12时，便于发射模组10控制光源12开关，有利于提高控制效率。在一个例子中，相邻的多个垂直腔面发射激光器可以组合形成一个可独立控制的光源12；在另一个例子中，不相邻的多个垂直腔面发射激光器可以组合形成一个可独立控制的光源12。

请参阅图6，本发明实施方式的成像装置100包括接收模组20和上述任一实施方式的发射模组10。

本发明实施方式的成像装置100中，发射模组10可以通过多个光源12发射光线到被测目标，光线在经过物体表面后反射被接收模组20接收，进而确定被测物体的深度信息。发射模组10的每个光源12可以被独立控制驱动，发射模组10可以根据需要选择性地开启相应的光源12，关闭不必要的光源12，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源 12以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源12开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

在某些实施方式中，接收模组20包括检测单元22，检测单元22用于检测子区域142的景深，发射模组10用于根据子区域142的景深控制对应的光源12的光照功率。

具体地，在成像装置100获取投影区域14的深度信息前，发射模组10可以利用部分光源12发射光线，并由检测单元22接收物体反射的光线，对被测物体涉及的景深进行初步检测。

进一步地，检测单元22检测目标区域144对应的景深，发射模组10根据目标区域144 对应的景深控制光源12的光照功率。其中，目标区域144可以是被测目标所在的区域或想要投影的区域。用户可以根据成像装置100采集的图像信息选择被测目标所在的区域为发射模组10投影光线的目标区域144，从而检测单元22可以根据目标区域144的位置初步检测目标区域144的景深。

在一个例子中，在成像装置100获取投影区域14的深度信息前，发射模组10可以利用部分光源12发射光线，并由接收模组20接收物体反射的光线，检测单元22对目标区域144的景深进行初步检测。

其中，部分光源12可以是目标区域144中心位置的子区域142所对应的光源12。如此，在初步测量景深时，利用光源12较少，能量消耗较小。当然，部分光源12还可以是目标区域边缘位置子区域对应的光源，或者是特定位置的光源。

如此，检测单元22初步检测目标区域144的景深完成后，发射模组10可以根据检测到的景深控制光源12以相应的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源开启时的光照功率，有利于节省能量。

在某些实施方式中，接收模组20包括图像传感器24，图像传感器24用于接收图像区域的光线以生成图像信息。

如此，图像传感器24可以采集物体反射的光线生成图像信息。其中，图像信息包括深度信息。特别地，发射模组10投影光线到被测物体，经被测物体表面反射后，图像传感器24可以采集被测物体反射的光线，从而获得被测物体的深度信息。

在某些实施方式中，图像传感器24包括电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器。

在图示的实施例中，检测单元22可以是图像传感器24的一部分，即检测单元22利用图像传感器24的部分感光元件对子区域142的景深进行初步检测。当然，在其他实施例中，检测单元22可以是独立的感光元件，在此不做具体限定。

在某些实施方式中，接收模组20包括成像镜头26，图像传感器24位于成像镜头26的像侧，成像镜头26用于将接收的光线汇聚到图像传感器24。

具体地，成像镜头26包括至少一个光学透镜。在一个例子中，成像镜头26可以是一个光学透镜。在另一个例子中，成像镜头26可以是多个光学透镜的组合。如此，成像镜头26可以将光线汇聚到图像传感器24，有利于接收模组20接收光线，提高成像品质。

在某些实施方式中，成像装置100包括飞行时间测距装置。

如此，成像装置100可以通过飞行时间测距技术利用发射模组10发射光线到被测物体，光线在经过被测物体表面后反射被接收模组20接收，进而根据光线飞行时间确定成像装置 100与被测物体之间的距离，获得被测物体的深度信息。

请参阅图7，本发明的实施方式的电子装置1000包括壳体200和上述任一实施方式的成像装置100，成像装置100安装在壳体200。

本发明实施方式的电子装置1000采用本发明实施方式的成像装置100，也即是说，本发明实施方式的成像装置100可以应用于本发明实施方式的电子装置1000。电子装置1000 可以通过成像装置100获取物体的三维轮廓信息，从而实现更多功能。例如，电子装置1000 可以获取人脸的深度信息，从而实现人脸识别，人脸解锁等功能。

本发明实施方式的电子装置1000中，成像装置100的发射模组10可以通过多个光源 12发射光线到被测目标，光线在经过物体表面后反射被接收模组20接收，进而确定被测物体的深度信息。发射模组10的每个光源12可以被独立控制驱动，发射模组10可以根据需要选择性地开启相应的光源12，关闭不必要的光源12，有利于减少能量的浪费；同时，还可以通过控制光源12以合适的光照功率发射光线，在保证成像质量的情况下，适当减少光源12开启时的光照功率，同样有利于节省能量。

其中，壳体200可以保护成像装置100及电子装置1000的其他元件，使得成像装置100 及电子装置1000的其他元件不容易受到外界环境影响，从而可以正常工作。

在某些实施方式中，电子装置1000包括但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备、门锁、车载终端、无人机等电子装置。在图7所示的例子中，电子装置1000为手机。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发射模组，其特征在于，包括可独立控制驱动的多个光源，所述发射模组被配置为将所述多个光源发出的光线投影至投影区域，所述投影区域包括多个子区域，所述多个光源发射光线的能量分布和所述多个子区域的位置呈映射关系，每个所述子区域具有所述子区域与所述光源沿光路方向的距离所对应的景深，所述发射模组还被配置为根据所述子区域的位置和所述子区域的景深对应控制所述光源的开关和光照功率。

2.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述投影区域包括被测目标对应的目标区域，所述目标区域包括至少一个所述子区域，所述发射模组用于根据位于所述目标区域中所述子区域的数量和位置，控制所述目标区域内的所述子区域所对应的所述光源开启且控制所述目标区域外的其它子区域所对应的所述光源关闭。

3.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述光源的光照功率与所述子区域的景深成正相关关系。

4.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述光源包括垂直腔面发射激光器，所述多个光源形成垂直腔面发射激光器阵列。

5.如权利要求4所述的发射模组，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器阵列中的每个所述垂直腔面发射激光器作为一个可独立控制驱动的所述光源，或者所述垂直腔面发射激光器阵列中的多个所述垂直腔面发射激光器组合形成一个可独立控制驱动的所述光源。

6.一种成像装置，其特征在于，包括接收模组和权利要求1-5任一项所述的发射模组。

7.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述接收模组包括检测单元，所述检测单元用于检测所述子区域的景深，所述发射模组用于根据所述子区域的景深控制对应的所述光源的光照功率。

8.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述接收模组包括图像传感器和成像镜头，所述图像传感器用于接收所述投影区域的光线以生成图像信息；所述图像传感器位于所述成像镜头的像侧，所述成像镜头用于将接收的光线汇聚到所述图像传感器。

9.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括飞行时间测距装置。

10.一种电子装置，其特征在于，包括壳体和权利要求6-9任一项所述的成像装置，所述成像装置安装在所述壳体。

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