光发射模组及电子设备
阅读：585发布：2020-05-18
专利汇可以提供光发射模组及电子设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种光发射模组。光发射模组包括 发光层 及扩散层，扩散层包括多个微透镜及基底，基底包括相背设置的入光面及出光面，多个微透镜在出光面上阵列排布，发光层用于向入光面投射光线；发光层包括多个 光源 ，任意相邻的两个光源之间的间距为D1,发光层与扩散层之间的距离为D2，D1小于或等于D2的十分之一；其中，多个光源中光源的数量大于或等于100。本申请提供的光发射模组能够形成 亮度 均匀的照明区域。，下面是光发射模组及电子设备专利的具体信息内容。
1.一种光发射模组，其特征在于，包括发光层及扩散层，所述扩散层包括多个微透镜及基底，所述基底包括相背设置的入光面及出光面，所述多个微透镜在所述出光面上阵列排布，所述发光层用于向所述入光面投射光线；
所述发光层包括多个光源，任意相邻的两个光源之间的间距为D1,所述发光层与所述扩散层之间的距离为D2，D1小于或等于D2的十分之一；其中，所述多个光源中光源的数量大于或等于100。
2.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，单个所述微透镜在所述基底上的投影的长边的长度为D3，D3小于或等于D2的一半。
3.如权利要求1所述的光发射模组，其特征在于，单个所述微透镜在所述基底上的投影呈矩形，且所述微透镜投影的长边与短边的长度比值在1.13至2.05的范围内。
4.如权利要求3所述的光发射模组，其特征在于，所述微透镜投影的长边与短边的长度比值为4:3或16:9。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光发射模组，其特征在于，所述发光层与所述扩散层之间的距离在0.2毫米至5毫米的范围内。
6.如权利要求5所述的光发射模组，其特征在于，所述多个光源采用垂直腔面发射激光器或边发射激光二极管。
7.如权利要求6所述的光发射模组，其特征在于，所述多个微透镜中任意相邻的两个微透镜彼此连接。
8.如权利要求7所述的光发射模组，其特征在于，单个所述微透镜包括相背设置的顶面与底面，所述底面位于所述出光面上，所述顶面呈曲面；自所述底面朝向所述顶面的方向上，所述顶面的曲率逐渐变小。
9.如权利要求8所述的光发射模组，其特征在于，所述顶面与所述底面之间的最大距离在0.025毫米至0.075毫米的范围内。
10.一种电子设备，其特征在于，包括壳体及如权利要求1-9中任一项所述的光发射模组，所述光发射模组安装于所述壳体内。
光发射模组及电子设备
技术领域
[0001] 本申请涉及光技术领域，尤其涉及一种光发射模组及电子设备。
背景技术
[0002] 三维(three dimensional,3D)成像技术是新一代人机交互技术的核心。3D成像系统通过发射模组向物体投射光线来计算物体的深度图像。发射模组可以发射出特定的光线，发射模组中的光源通过多个发光元件后，改变光源的形状，投射出特定的照明区域。
[0003] 现有的多个发光元件通常呈二维阵列布置在光源的衬底上，此种布置方式下，容易导致发射模组投射出的照明区域的亮度分布不均，进一步影响深度图像的获取。因此，如何实现发射模组投射出均匀的照明区域是急需解决的问题。实用新型内容
[0004] 本申请提供了一种光发射模组，所述光发射模组能够形成亮度均匀的照明区域。本申请还提供一种电子设备。
[0005] 第一方面，提供一种光发射模组。所述光发射模组包括发光层及扩散层。所述扩散层包括多个微透镜及基底。所述基底包括相背设置的入光面及出光面。所述发光层用于向所述入光面投射光线。所述扩散层能够将所述发光层投射的光线进行散射，以提高光线的柔和度。所述多个微透镜在所述出光面上阵列排布。
[0006] 所述发光层包括多个光源。任意相邻的两个光源之间的间距为D1。所述发光层与所述扩散层之间的距离为D2。D1小于或等于D2的十分之一。其中，所述多个光源中光源的数量大于或等于100。
[0008] 在本申请实施例中，D1小于或等于D2的十分之一，一方面保证所述发光层与所述扩散层之间的距离较大，使得所述发光层中多个光源的光能够投射到所述扩散层中的多个微透镜上。另一方面，保证所述发光层中任意相邻的两个光源之间的间距较小，使得所述发光层中多个光源的光投射到所述扩散层中的多个微透镜上的光均匀，从而使得所述光发射模组形成的照明区域的光线均匀。
[0009] 具体地，各光源的光线透过微透镜后，形成一个照明区域，所述多个光源的光线形成的多个照明区域迭加后，形成最终的照明区域。此时，多个照明区域的迭加，指的是多个照明区域完全重叠累加，或者多个照明区域部分重叠累加，且部分交错排布。在发射模组的目标工作距离下，任意相邻的两个光源之间的间距越小，两个光源的光线透过微透镜后形成的照明区域的位置差异越小，使得形成的照明区域亮度不会有明显的起伏和中断，从而使得所述光发射模组形成的照明区域的光线均匀。
[0010] 其中，目标工作距离越远，两个光源的光线透过微透镜后形成的照明区域的位置差异越小，也即，两个光源的光线透过微透镜后形成的照明区域重叠部分越多。当目标工作距离为5厘米时，两个光源的光线透过微透镜后形成的照明区域基本重合，单个光源形成照明区域的位置差异可忽略不计。
[0011] 在一种实施方式中，单个所述微透镜在所述基底上的投影的长边的长度为D3。D3小于或等于D2的一半。
[0012] 单个所述微透镜在所述基底上的投影的长边小于或等于间距的一半，相应地，单个所述微透镜在所述基底上的投影的短边也小于或等于间距的一半。在本申请实施例中，D3小于或等于D2的一半，使得单个所述微透镜的尺寸较小，使得在有限的空间内排布微透镜的数量越多，从而保证所述光发射模组形成的照明区域的光线更加均匀。
[0013] 在一种实施方式中，单个所述微透镜在所述基底上的投影呈矩形，且所述微透镜投影的长边与短边的长度比值在1.13至2.05的范围内。
[0014] 在本实施例中，单个所述微透镜在所述基底上的投影呈矩形，使得光线经过所述微透镜后形成的照明区域呈矩形。当所述照明区域的长边与短边的长度比值约为4:3或16：9时，所述微透镜投影的长边与短边的长度比值在1.13至2.05的范围内，使得所述微透镜投影的形状与所述照明区域的形状接近相似或相似，从而能够形成均匀的照明区域。
[0015] 具体地，所述微透镜包括多个面。多个面包括多条线。照明区域包括多个区域。所述微透镜中的各条线散射的光线对应投射到所述照明区域的各个区域上，从而使得所述照明区域形成的光线均匀。
[0016] 其中，在本申请中涉及到的数值在a至b范围内时，数值包括a与b之间的任意值，也包括端点值a及b。例如，当比值在1.13至2.05的范围内时，比值能够为1.13，也能够为2.05，也能够为1.13至2.05之间的任意值。
[0017] 在一种实施方式中，所述照明区域的长边与短边的长度比值为R1。单个所述微透镜在所述基底上的投影的长边与短边的长度比值为R2。R1与R2的比值在0.8至1.2范围内。R1与R2的比值在0.8至1.2范围内，使得不论所述照明区域的长边与短边的比值为多少，所述微透镜投影的形状与所述照明区域的形状接近相似或相似，从而使得所述照明区域形成的光线均匀。具体地，当R1与R2的比值为1时，表示所述微透镜投影的形状与所述照明区域的形状相似。
[0018] 在一种实施方式中，所述微透镜投影的长边与短边的长度比值为4:3或16:9。
[0019] 常见照明区域的形状的长边与短边的长度比值为4:3或16:9。当所述微透镜投影的长边与短边的长度比值为4:3时，所述微透镜投影的形状与形成4:3的照明区域的形状相似，所述微透镜使得常见的照明区域形成均匀光线。当所述微透镜投影的长边与短边的长度比值为16:9时，所述微透镜投影的形状与形成16:9的照明区域的形状相似，所述微透镜使得所述照明区域形成均匀光线。
[0020] 在一种实施方式中，所述发光层与所述扩散层之间的距离在0.2毫米至5毫米的范围内。
[0021] 在本实施例中，任意相邻的两个光源之间的间距越小，也即所述多个光源越来越密集，形成类似整个平面的发光层，使得所述发光层投射到所述扩散层的光线均匀，从而使得经过所述扩散层形成的照明区域的光线均匀。但是在实际产品设计中，任意相邻的两个光源之间的间距有下限，目前D1最小能达到20微米，固D2的最小值为0.2毫米。
[0022] 所述发光层与所述扩散层之间的距离决定了整个光发射模组的厚度。在本申请实施例中，通过限定所述发光层与所述扩散层之间的距离，来限定整个光发射模组的厚度与外观尺寸。当所述光发射模组为终端设备的组件，例如：光发射模组为手机3D成像中的发射端时，所述发光层与所述扩散层之间的距离较小。此时，D2能够为0.2毫米或0.5毫米。当所述光发射模组作为普通照明灯，例如：手电筒时，所述发光层与所述扩散层之间的距离相对较大。此时，D2能够为2毫米或5毫米。
[0023] 在一种实施方式中，所述多个微透镜中任意相邻的两个微透镜彼此连接。也即，所述多个微透镜中任意两个相邻的两个微透镜之间不设有间隙。
[0024] 在本申请实施例中，若所述多个微透镜中任意两个相邻的两个微透镜之间不设有间隙，避免照射到扩散层的光线无法进行散射，避免了漏光现象，从而保证所述光发射模组形成的照明区域的光线更加均匀。
[0027] 进一步地，单个所述光源采用垂直腔面发射激光器。单个所述光源采用圆形光源的垂直腔面发射激光器，各光源的发散角较小，其远场光强分布近似平顶分布，使得各光源沿不同方向发射光线的能力越均匀，从而使得所述光发射模组形成的照明区域的光线均匀。
[0028] 在一种实施方式中，单个所述微透镜包括相背设置的顶面与底面。所述底面位于所述出光面上。所述顶面呈曲面。自所述底面朝向所述顶面的方向上，所述顶面的曲率逐渐变小。
[0029] 在本申请实施例中，单个所述微透镜为非球面特征，避免透过所述微透镜的光线仅中间区域光线强度很强，旁边区域光线的强度不高，从而使得所述光发射模组形成的照明区域的光线均匀。
[0030] 在一种实施方式中，所述顶面与所述底面之间的最大距离在0.025毫米至0.075毫米的范围内。
[0031] 在本申请实施例中，所述微透镜采用纳米工艺，使得所述顶面与所述底面之间的最大距离在0.025毫米至0.075毫米的范围内。也即，所述微透镜的厚度在0.025毫米至0.075毫米的范围内，使得所述微透镜的厚度较薄，降低了所述扩散层的整体厚度，从而降低了整个光发射模组的厚度。
[0032] 另一方面，本申请还提供一种电子设备。所述电子设备包括壳体及如上所述的光发射模组。所述光发射模组安装于所述壳体内。
[0033] 在本申请实施例中，所述电子设备中的发光层发射的光线透过扩散层后，能够形成的均匀的照明区域。具体地，所述扩散层中设有多个阵列排布的微透镜，所述发光层设有多个光源，任意相邻的两个光源之间的间距小于或等于发光层与扩散层之间距离的十分之一，使得所述发光层投射到所述扩散层的光均匀，形成的照明区域亮度不会有明显的起伏和中断，从而使得所述光发射模组形成的照明区域的光线均匀。附图说明
[0034] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图；
[0036] 图2是图1所示电子设备中光发射模组的结构示意图；
[0037] 图3是图2所示光发射模组中发光层的结构示意图；
[0038] 图4是图2所示光发射模组在另一种角度的结构示意图；
[0039] 图5是图2中A部分结构的放大示意图。
具体实施方式
[0040] 下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
[0041] 请一并参阅图1及图2，图1是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图；图2是图1所示电子设备中光发射模组102的结构示意图。本申请实施例一种电子设备100。电子设备100可以是任何能够发射光线的设备，例如：平板电脑、手机、笔记本电脑、车载设备、可穿戴设备、手电筒、台灯或投影灯等设备。其中，发射光线的设备，比如，手机上的闪光灯、3D成像的光发射模组或照明灯等。在本申请实施例中，以电子设备100为手机中3D成像的光发射模组为例来进行描写。
[0042] 电子设备100包括壳体101及光发射模组102。光发射模组102安装于壳体101内。光发射模组102可以用于3D成像技术。在本申请实施例中，以光发射模组102应用于飞行时间(time of flight，TOF)为例来进行描写。光发射模组102可以像目标物体连续发送光线，然后电子设备100中的传感器接收从目标物体返回的光，通过探测这些发射和接收光的飞行(往返)时间来得到目标物距离。
[0043] 光发射模组102包括发光层21及扩散层22。扩散层22包括多个微透镜221及基底222。多个微透镜221设于基底222上。其中，多个微透镜221能够采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯单体的共聚物、聚丙烯或聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯等有机高分子材料。
[0044] 基底222包括相背设置的入光面223及出光面224。发光层21用于向入光面223投射光线。扩散层22能够将发光层21投射的光线进行散射，以提高光线的柔和度。多个微透镜221位于出光面224。发光层21投射到扩散层22的光线先经过入光面223后照射到多个微透镜221上，多个微透镜221再对光线进行散射，形成类似矩形的照明区域。多个微透镜221在出光面224上阵列排布。
[0045] 发光层21包括多个光源211。多个光源211中光源211的数量大于或等于100。多个光源211中光源211的数量越多，光源211在有限的空间内排布得越密集，使得发光层21投射到扩散层22每个区域的能量越均匀，从而使得光发射模组102形成的照明区域的光线更加均匀。
[0046] 请一并参阅图2及图3，图3是图2所示光发射模组中发光层的结构示意图。具体地，图3是图2所示光发射模组中发光层的俯视图。任意相邻的两个光源211之间的间距为D1。发光层21与扩散层22之间的距离为D2。D1小于或等于D2的十分之一。
[0047] 在本申请实施例中，D1小于或等于D2的十分之一，可以保证发光层21与扩散层22之间的距离较大，使得发光层21中多个光源211的光能够投射到扩散层22中的多个微透镜221。另一方面，保证发光层21中任意相邻的两个光源211之间的间距较小，使得发光层21中多个光源211的光投射到扩散层22中的多个微透镜221上的光均匀，从而使得光发射模组
102形成的照明区域的光线均匀。
102形成的照明区域的光线均匀。
[0048] 具体地，各光源211的光线透过微透镜221后，形成一个照明区域，多个光源211的光线形成的多个照明区域迭加后，形成最终的照明区域。此时，多个照明区域的迭加，指的是多个照明区域完全重叠累加，或者多个照明区域部分重叠累加，且部分交错排布。在发射模组的目标工作距离下，任意相邻的两个光源211之间的间距越小，多个照明区域迭加后，两个光源211的光线透过微透镜221后形成的照明区域的位置差异越小，使得形成的照明区域亮度不会有明显的起伏和中断，从而使得光发射模组102形成的照明区域的光线均匀。
[0049] 其中，目标工作距离越远，两个光源211的光线透过微透镜221后形成的照明区域的位置差异越小，也即，两个光源211的光线透过微透镜221后形成的照明区域重叠部分越多。当目标工作距离为5厘米时，两个光源211的光线透过微透镜221后形成的照明区域基本重合，单个光源形成照明区域的位置差异可忽略不计。
[0050] 进一步地，单个微透镜221在基底222上的投影的长边的长度为D3。D3小于或等于D2的一半。
[0051] 单个微透镜221在基底222上的投影的长边小于或等于间距的一半，相应地，单个微透镜221在基底222上的投影的短边也小于或等于间距的一半。
[0052] 在本申请实施例中，D3小于或等于D2的一半，使得单个微透镜221的尺寸较小，使得在有限的空间内排布微透镜221的数量越多，从而保证光发射模组102形成的照明区域的光线更加均匀。
[0053] 进一步地，发光层21与扩散层22之间的距离在0.2毫米至5毫米的范围内。
[0054] 在本实施例中，任意相邻的两个光源211之间的间距越小，也即多个光源211越来越密集，形成类似整个平面的发光层21，使得发光层21投射到扩散层22的光线均匀，从而使得经过扩散层22形成的照明区域的光线均匀。但是在实际产品设计中，任意相邻的两个光源211之间的间距有下限，目前D1最小能达到20微米，固D2的最小值为0.2毫米。
[0055] 发光层21与扩散层22之间的距离决定了整个光发射模组102的厚度。在本申请实施例中，通过限定发光层21与扩散层22之间的距离，来限定整个光发射模组102的厚度与外观尺寸。
[0056] 当光发射模组102为手机上的闪光灯或3D成像的光发射模组时，发光层21与扩散层22之间的距离较小。此时，D2能够为0.2毫米或0.5毫米。当电子设备100为普通照明灯，光发射模组102作为照明灯时，发光层21与扩散层22之间的距离相对较大。此时，D2能够为2毫米或5毫米。
[0057] 进一步地，多个光源211采用垂直腔面发射激光器或边发射激光二极管。
[0058] 在本申请实施例中，多个光源211采用垂直腔面发射激光器或边发射激光二极管，使得发光层21发射出具有高光电转换效率和高输出功率等高性能脉冲光，从而提供光发射模组102发射的光线的质量。
[0059] 进一步地，单个光源211采用垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)。在本申请实施例中，以单个光源211采用垂直腔面发射激光器为例来进行描写。
[0060] 单个光源211采用圆形光源的垂直腔面发射激光器，各光源211的发散角较小，其远场光强分布近似平顶分布，使得各光源211沿不同方向发射光线的能力越均匀，从而使得光发射模组102形成的照明区域的光线均匀。
[0061] 进一步地，请一并参阅图2及图4，图4是图2所示光发射模组在另一种角度的结构示意图。单个微透镜221在基底222上的投影呈矩形。也即，单个微透镜221在出光面224上的形状呈矩形。微透镜221投影的长边与短边的长度比值在1.13至2.05的范围内。
[0062] 如图4所示，图中Y方向表示长边所在的方向，X方向表示短边所在的方向。微透镜221的长边的长度为D3,微透镜221的长边的长度为D4。也即，D3与D4的比值在1.13至2.05的范围内。
[0063] 在本实施例中，单个微透镜221在基底222上的投影呈矩形，使得光线经过微透镜221后形成的照明区域呈矩形。当照明区域的长边与短边的长度比值约为4:3或16：9时，微透镜221投影的长边与短边的长度比值在1.13至2.05的范围内，使得微透镜221投影的形状与照明区域的形状接近相似或相似，从而能够形成均匀的照明区域。具体地，微透镜221的单位面积散射的光线对应投射到形成的照明区域的单位区域上，从而使得照明区域形成的光线均匀。
[0064] 例如：当微透镜221投影的长边与短边的比值较大时，微透镜221在Y方向上的形状较长，则其投射出的光形，不容易分布成在X方向上特别远的地方，使得形成的照明区域的光线不均匀。
[0065] 其中，在本申请中涉及到的数值在a至b范围内时，数值包括a与b之间的任意值，也包括端点值a及b。例如，当比值在1.13至2.05的范围内时，比值能够为1.13，也能够为2.05，也能够为1.13至2.05之间的任意值。
[0066] 在本申请实施例中，以光发射模组102形成的照明区域的长边与短边的比值为4:3或16:9为例来进行描写。具体地，当光发射模组102形成的照明区域的长边与短边的长度之比为4:3时，微透镜221投影的长边与短边的长度比值在1.13至1.53的范围内，使得照明区域的光线均匀。当光发射模组102形成的照明区域的长边与短边的长度之比为16:9时，微透镜221投影的长边与短边的长度比值在1.51至2.05的范围内，使得照明区域的光线均匀。
[0067] 在一种实施方式中，照明区域的长边与短边的长度比值为R1。单个微透镜221在基底222上的投影的长边与短边的长度比值为R2。R1与R2的比值在0.8至1.2范围内。
[0068] R1与R2的比值在0.8至1.2范围内，使得不论照明区域的长边与短边的比值为多少，微透镜221投影的形状与照明区域的形状接近相似或相似，从而使得照明区域形成的光线均匀。具体地，当R1与R2的比值为1时，表示微透镜221投影的形状与照明区域的形状相似。
[0069] 在一种实施方式中，微透镜221投影的长边与短边的长度比值为4:3或16:9。
[0070] 照明区域常见形状的长边与短边的长度比值为4:3或16:9。当微透镜221投影的长边与短边的长度比值为4:3时，微透镜221投影的形状与形成4:3的照明区域的形状相似，微透镜221使得常见的照明区域形成均匀光线。当微透镜221投影的长边与短边的长度比值为16:9时，微透镜221投影的形状与形成16:9的照明区域的形状相似，微透镜221使得照明区域形成均匀光线。
[0071] 进一步地，多个微透镜221中任意相邻的两个微透镜221彼此连接。也即，多个微透镜221中任意两个相邻的两个微透镜221之间不设有间隙。
[0072] 在本申请实施例中，若多个微透镜221中任意两个相邻的两个微透镜221之间不设有间隙，避免照射到扩散层22的光线无法进行散射，避免了漏光现象，从而保证光发射模组102形成的照明区域的光线更加均匀。
[0073] 进一步地，请一并参阅图2及图5，图5是图2中A部分结构的放大示意图。单个微透镜221包括相背设置的顶面225与底面226。底面226位于出光面224上。顶面225呈曲面。自底面226朝向顶面225的方向上，顶面225的曲率逐渐变小。
[0074] 在本申请实施例中，单个微透镜221为非球面特征，避免透过微透镜221的光线仅中间区域光线强度很强，旁边区域光线的强度不高，从而使得光发射模组102形成的照明区域的光线均匀。
[0075] 进一步地，顶面225与底面226之间的最大距离在0.025毫米至0.075毫米的范围内。
[0076] 在本申请实施例中，微透镜221采用纳米工艺，使得顶面225与底面226之间的最大距离在0.025毫米至0.075毫米的范围内。也即，微透镜221的厚度在0.025毫米至0.075毫米的范围内，使得微透镜221的厚度较薄，降低了扩散层22的整体厚度，从而降低了整个光发射模组102的厚度。
[0077] 以上对本申请实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
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