三维成像模组的制作方法

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种三维成像模组。


背景技术：

2.近年来，结构光三维成像技术获得了深入研究和广泛应用。使用场景包括：物体信息分割与识别、3d人脸识别、用于安全验证、金融支付等场景；体感手势识别，为智能终端提供新的交互方式；三维场景重建，可用于测距、虚拟装修等场景。
3.用于实现结构光三维成像的三维成像模组一般包括：激光器及光线衍射元件组成的光学投射器、接收相机及处理单元。
4.基于结构光的深度图像获取原理为：光学投射器生成结构光并将结构光投射至待测物体，由接收相机捕获相应的带有结构光的图案。由于捕获的结构光的图案会因为待测物体的形状发生变形，因此处理单元根据形变程度并利用三角原理计算可得到待测物体中各点的深度信息，从而实现三维成像。
5.但是，现有三维成像模组的结构仍有待改进。光学投射器利用激光器作为光源，激光器发射的光束经光线衍射元件调制生成结构光，生成的结构光难以根据适用场景灵活改变。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是提供一种三维成像模组，便于灵活改变呈现的结构光图像，适用场景更广。
7.为解决上述问题，本发明提供一种三维成像模组，包括：显示屏，用于呈现若干预设的结构光图像；透镜组，用于将显示屏呈现的结构光图像投影至待测物体上；接收相机，用于接收透镜组投影的结构光图像在待测物体上的反射图像；处理单元，用于对接收相机接收的反射图像进行处理，以对待测物体进行三维成像。
8.可选的，所述显示屏为oled显示屏。
9.可选的，所述显示屏包括：硅基底；像素组，位于硅基底上，包括多个像素单元；上电极层，位于像素组上；平坦层，位于上电极层上；微透镜组，位于平坦层上，包括多个微透镜。
10.可选的，所述显示屏还包括：位于硅基底内的驱动电路，用于控制各像素单元的发光亮度。
11.可选的，呈现的结构光图像的光线由所述显示屏出射的出射角范围为-30
°
至30
°
。
12.可选的，所述透镜组由正畸变透镜单元或者负畸变透镜单元其中之一组成。
13.可选的，当所述透镜组由正畸变透镜单元组成时，所述显示屏呈现的结构光图像为负畸变图形；当所述透镜组由负畸变透镜单元组成时，所述显示屏呈现的结构光图像为正畸变图形。
14.可选的，经所述透镜组投影的结构光图像的畸变率小于2％。
15.可选的，所述结构光图像包括点结构光图像、条纹结构光图像或者面结构光图像。
16.可选的，所述结构光图像投影至待测物体上的投影面具有长度a及宽度b，其中，5cm＜a＜50cm，5cm＜b＜50cm。
17.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
18.本发明提供的三维成像模组的技术方案中，利用显示屏呈现若干预设的结构光图像，相较于激光器，显示屏可呈现的结构光图像数量更为繁多，结构光图像类别更为多样，便于根据适用场景灵活改变呈现的结构光图像，因而适用场景更广。
附图说明
19.图1是本发明一实施例的三维成像模组的结构示意图；
20.图2是图1所示的三维成像模组的显示屏的结构示意图；
21.图3是本发明一实施例的正畸变透镜单元的工作原理图；
22.图4是本发明另一实施例的负畸变透镜单元的工作原理图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
24.参考图1，一种三维成像模组100，包括：显示屏200，用于呈现若干预设的结构光图像；透镜组300，用于将显示屏200呈现的结构光图像投影至待测物体400上；接收相机500，用于接收透镜组300投影的结构光图像在待测物体400上的反射图像；处理单元600，用于对接收相机500接收的反射图像进行处理，以对待测物体400进行三维成像。
25.本实施例中，所述显示屏200为oled显示屏。
26.参考图2，所述显示屏200包括：硅基底210；像素组220，位于硅基底210上，包括多个像素单元；上电极层230，位于像素组220上；平坦层240，位于上电极层230上；微透镜组250，位于平坦层240上，包括多个微透镜。
27.本实施例中，所述显示屏200还包括：位于硅基底210内的驱动电路，用于控制各像素单元的发光亮度，从而实现所述显示屏200显示画面的变化，进而实现所述显示屏200呈现的结构光图像的变化。
28.所述驱动电路包括驱动cmos电路及像素驱动电路。其中，驱动cmos电路包括：行扫描电路及列信号写入电路等。像素驱动电路包括oled下电极、信号放大保持电路、oled电流电路及像素开启电路等。
29.本实施例中，所述像素组220为rgb像素阵列，单个像素由红、绿、蓝三个子像素点构成。在其他实施例中，所述像素组220还可以为单色像素阵列，单个像素由红、绿、蓝、近红外或者其它单一颜色像素点构成。
30.本实施例中，所述平坦层240材料透明，便于光线穿过。所述平坦层240覆盖所述上电极层230表面，能够对所述上电极层230起到保护作用。
31.本实施例中，所述微透镜组250包括的多个微透镜在所述平坦层240表面上间隔排布。
32.所述微透镜组250能够减少由所述像素组220出射的光的发散角，有助于提高光的
利用率，使所述显示屏200发出的光尽可能多地进入到所述透镜组300(参考图1)。
33.参考图1，本实施例中，呈现的结构光图像的光线由所述显示屏200出射的出射角范围为-30
°
至30
°
。
34.其中，所述出射角为亮度衰减到中心角度光亮度的50％的光线角度。中心角度光为垂直角度出射光。光线角度越偏离中心角度光，相应光线亮度越小。
35.所述显示屏200呈现的所述结构光图像包括点结构光图像、条纹结构光图像或者面结构光图像。
36.利用所述显示屏200可便捷地呈现种类繁多的所述结构光图像，仅以条纹结构光图像举例，不仅可呈现平行条纹图案，还可呈现方波条纹图案或者正弦波条纹图案等，在条纹颜色方面，可呈现红、绿、蓝或者近红外单色条纹图案。此外，借助所述显示屏200还可方便地实现显示画面的动态改变，从而可在时域动态改变所述显示屏200呈现的结构光图像。仍以条纹结构光图像举例，比如可动态改变条纹密度或者条纹延伸方向。
37.当所述显示屏200呈现的所述结构光图像采用面结构光图像时，将二维的结构光图案投射到待测物体400表面上，这样不需要进行扫描就可以实现三维轮廓测量，有利于提高测量速度。
38.本实施例中，以所述像素组220(参考图2)作为光源，所述显示屏200能够起到一定的投射光源的作用。但作为被投射物的待测物体400的面积一般远大于所述显示屏200的面积，因而需要借助所述透镜组300将投影面积增大。
39.参考图3，本实施例中，所述结构光图像投影至待测物体400(参考图1)上的投影面具有长度a及宽度b，其中，5cm＜a＜50cm，5cm＜b＜50cm。
40.参考图3及图4，所述透镜组300(参考图1)由正畸变透镜单元310或者负畸变透镜单元320其中之一组成。
41.受尺寸以及制作成本限制，所述透镜组300(参考图1)很难做到对结构光图像无畸变投影，也比较困难做到畸变很小，例如畸变率小于2％。但是对投影至待测物体400(参考图1)上的结构光图像投影条纹，为保证三维成像质量，需要满足无畸变，或者畸变率很小。
42.为解决上述问题，通过改变显示屏200(参考图1)呈现的结构光图像，使显示屏200(参考图1)呈现出负畸变图形710或者正畸变图形720，并以所述透镜组300(参考图1)做补偿，使得最终投影至待测物体400(参考图1)上的结构光图像投影条纹无畸变，或者畸变率很小，从而改善三维成像质量。
43.本实施例中，如附图3中所示，所述透镜组300(参考图1)由正畸变透镜单元310组成。相应的，所述显示屏200(参考图1)呈现的结构光图像为负畸变图形710(也称为枕形畸变图形)，所述负畸变图形710在经所述正畸变透镜单元310投影时会得到修正，使得投影至待测物体400(参考图1)上的结构光图像无畸变，或者畸变率很小，如附图3中所示的第一投影图形810。由此，经所述透镜组300投影的结构光图像的畸变率小于2％。
44.在另一实施例中，如附图4中所示，所述透镜组300(参考图1)由负畸变透镜单元320组成。相应的，所述显示屏200(参考图1)呈现的结构光图像为正畸变图形720(也称为桶形畸变图形)，所述正畸变图形720在经所述负畸变透镜单元320投影时会得到修正，使得投影至待测物体400(参考图1)上的结构光图像无畸变，或者畸变率很小，如附图4中所示的第二投影图形820。由此，经所述透镜组300投影的结构光图像的畸变率小于2％。
45.需要说明的是，当投影的结构光图像比较复杂时，为了确定待测物体400表面点与其图像像素点之间的对应关系，需要对投影的结构光图像进行编码。图案编码分为空域编码和时域编码。空域编码方法只需要一次投射就可获得物体深度图，适合于动态测量，但是目前分辨率和处理速度还无法满足实时三维测量要求，而且对译码要求很高。时域编码需要将多个不同的投射编码图案组合起来解码，这样比较容易实现解码。主要的编码方法有二进制编码、二维网格图案编码、随机图案编码、彩色编码、灰度编码、邻域编码、相位编码以及混合编码。
46.本实施例中，所述处理单元600包括计算部610及显示部620。所述计算部610用于对接收相机500接收的反射图像进行深度计算，从而获取所述待测物体400的深度信息。所述显示部620适于对计算获得的三维图像进行显示。
47.与投影至待测物体400上的结构光图像相比，反射图像会因为待测物体400的形状发生变形，因而通过发生形变的程度，利用三角原理计算即可得到所述待测物体400的深度信息。
48.综上，利用显示屏200呈现若干预设的结构光图像，相较于激光器，显示屏200可呈现的结构光图像数量更为繁多，结构光图像类别更为多样，便于根据适用场景灵活改变呈现的结构光图像，因而适用场景更广。
49.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。