带有可移动镜元件、用于具有三维飞行时间捕捉的相机系统的照明器技术方案

描述了一种包括具有飞行时间照明器的相机系统的装置。飞行时间照明器具有光源和一个或多个可倾斜镜元件。所述一个或多个可倾斜镜元件将照明器的光引导至照明器视场内的仅一区域。

Illuminator with movable mirror element for camera system with three-dimensional flight time capture

A device including a camera system with a time-of-flight illuminator is described. The flight time illuminator has a light source and one or more tilt mirror elements. The one or more inclined mirror elements guide light from the illuminator to only one area in the field of view of the illuminator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有可移动镜元件、用于具有三维飞行时间捕捉的相机系统的照明器
本专利
大体涉及计算系统外围设备，并且更具体地，涉及带有可移动镜元件、用于具有三维飞行时间捕捉的相机系统的照明器。
技术介绍
许多现有的计算系统包括传统相机作为集成外围设备。当前的趋势是通过将深度捕捉集成进其成像部件来增强计算系统成像能力。深度捕捉可被用于，例如，执行各种智能物体识别功能，诸如脸部识别(例如，用于安全系统解锁)或手势识别(例如，用于非接触用户界面功能)。一个深度信息捕捉方法，称为“飞行时间(time-of-flight)”成像，从系统发出光到物体上，并且对于图像传感器的多个像素的每一个测量发出光和在传感器上接收其反射图像之间的时间。通过飞行时间像素产生的图像对应物体的三维分布，其特征为在不同的(x，y)像素位置的每一个处有唯一的深度度量(z)。由于许多具有成像能力的计算系统本质上是可移动的(例如，手提电脑、平板电脑、智能手机等)，因此将光源(“照明器”)集成进系统以实现“飞行时间”操作带来了许多设计挑战，诸如成本挑战、封装挑战和/或功率消耗挑战。
技术实现思路
描述了一种包括具有飞行时间照明器的相机系统的装置。飞行时间照明器具有光源和一个或多个可倾斜镜元件。所述一个或多个可倾斜镜元件将照明器的光引导至照明器视场内的仅一区域。描述了一种具有飞行时间相机系统的装置，所述飞行时间相机系统包括第一器件，其用于从光源发射光并将所述光射在一个或多个可倾斜镜上。照明器还包括第二器件，其用于倾斜所述一个或多个可倾斜镜以将所述光引导至所述照明器视场的仅一区域。附图说明以下描述和附图被用于例示本专利技术的实施例。在附图中：图1a示出了照明器及其视场；图1b示出了第一感兴趣的照明区域；图1c示出了第二感兴趣的照明区域；图1d示出了感兴趣的照明区域的扫描；图1e示出了不同尺寸的感兴趣的照明区域；图2a示出了具有可移动镜元件的照明器的侧视图；图2b示出了在图2a的机械臂下侧上的光源；图3a(i)和3a(ii)例示了通过调整透镜和可移动镜元件之间的距离来改变感兴趣的照明区域的尺寸；图3b(i)和3b(ii)例示了发射光束的方向可以通过关于透镜调整可移动镜元件的侧向偏移来确定；图3c(i)和3c(ii)例示了发射光束的方向可以通过倾斜可移动镜元件的角度来确定；图3d(i)和3d(ii)例示了发射光的方向可以通过多个镜的独立倾斜操纵而沿特定方向或区域集中。图4a示出了具有可移动镜元件的照明器的第一实施例；图4b示出了具有可移动镜元件的照明器的第二实施例；图4c示出了具有可移动镜元件的照明器的第三实施例；图5示出了具有可移动镜元件的照明器执行的方法；图6a示出了拥有具有可移动镜元件的飞行时间照明器的相机系统的实施例的第一描绘；图6b示出了图6a的实施例的第二描绘；图7示出了计算系统的实施例。具体实施方式“智能照明”飞行时间系统解决了上述设计挑战中的一些。如在以下讨论中将更清楚的，“智能照明”飞行时间系统可以只将光发射到照明器视场内的“感兴趣区域”上。因此，发射的光学信号的强度足够强以在图像传感器处产生可检测的信号，而同时，照明器的功率消耗不会从计算机系统的功率源显著地提取。一个智能照明方法是使用可移动镜元件来帮助将来自光源的光收集并集中成更强的光束，所述更强的光束可以被引导至照明器的视场内的各个感兴趣区域。紧接着参考图1a至1d讨论了这个特定方法的一些特征的回顾。参考图1a，照明器101拥有视场102，照明器能够在该视场102上发光。在某些情况下和/或当支持某些应用操作时，照明器101可仅引导光至视场102内的较小区域。作为一例，参考图1b，仅视场102内的区域103被照亮。作为对比，如图1c中所观察到的，仅视场内的区域104被照亮。在各个实施例中，如以下进一步更详细讨论的，照明区域可被引导至视场102内的基本上任何位置。“智能照明”处理的挑战是这样的需求：发射具有足够强度以在图像传感器处产生可检测信号的光信号，而同时避免产生发射光的光源的过多功率消耗。因此，一个方法是通过物镜收集集中光源的发散光以产生较不发散的光(诸如平行的或更加聚焦的光)，来有效地减小所述光源的自然发射角。将较不发散的光束刻意成形为更窄的束即有效地将更大的光信号功率集中到照明器视场内的更小的感兴趣区域103、104上。另外，在需要更大的照明区域的情况下，智能照明技术可使用较小的照明区域“扫描”更大的区域。例如，如在图1d中观察到的，如果一应用需要照亮视场102内的更大区域105，则照明器可以通过跨区域105扫描较小尺寸的照明区域来有效地照亮区域105。如图1d中所描绘的，在时间t1照明区域中心在位置106处，在时间t2照明区域中心在位置107处，在时间t3照明区域中心在位置108处，并且在时间t4照明区域在位置109处。这里，只要从传感器得到的信息被理解为跨大约从时间t1到时间t4的时间段，则更大尺寸的区域105的照明可以被理解，尽管使用了较小尺寸的照明区域。仍进一步，如图1e中所观察到的，在各个实施例中，照明区域110、111的尺寸本身可以被改变。大体上，更大的照明区域尺寸可以被容忍，其程度与可以容忍的在传感器处的更弱接收信号强度(例如，感兴趣物体越靠近照明器，冲突的环境光较少，等)的程度相当、并且/或者与可以容忍的从功率源提取的更高功率消耗程度相当。当然，照明区域越大，照明器为了有效照亮更大的感兴趣区域所需要执行的扫描活动越少。可以理解，一些情况可以允许单独的照明区域足够大，可以充满整个视场102。因此，总而言之，图1a的照明器101将光功率从其光源(一个或多个)集中在较小的照明区域上，以提高在接收器处接收的信号的强度。因为照明器101照亮较小的区域，因此照明器被设计为有能力将所述较小的照明区域移动至视场102内的各个位置。在一些情况下照明器101可以跨更大的表面面积扫描较小的照明区域，以有效地照亮更大的表面面积。另外，照明器101可被设计为调整照明区域的尺寸。要照亮视场的哪个区域、要具有什么尺寸的照明区域、以及要不要执行任何扫描，是根据计算系统的特定条件/情况和/或其执行的特定应用的。一些情况/条件/应用的例子包括，举例来说，人脸的智能识别(例如，用于计算系统安全访问)或人手的形成的智能识别(例如，用于支持手势识别的计算系统的用户界面)。这里，人的脸或者手(“感兴趣的物体”)倾向于仅消耗视场102的部分。图2a和图2b描绘了各种照明器实施例的高水平视图，所述各种照明器实施例包括可移动镜元件以将发射光束引导至视场内的特定位置。如图2a中所观察到的，光源205居于机械臂204的下侧上或至少机械地联接至机械臂204的下侧。在其他实施例中，光源可以被固定或机械联接至其他特征部，诸如透镜保持器202的下侧。从光源205发射的光206被引导至可移动镜元件203的表面。从可移动镜元件203反射的光被透镜201收集(或通过光学表面)并且从照明器发射。下面进一步给出关于镜元件203的各种移动可以如何影响光束的指向和尺寸的更彻底的讨论。图2b示出了光源205的实施例(例如从看图2a的机械臂204的下侧的视角)。如图2b中所观察到的，光源被实施为半导体芯片205，所述半导体芯片205具有成阵列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：相机系统，包括飞行时间照明器，所述飞行时间照明器具有光源和一个或多个可倾斜镜元件，所述一个或多个可倾斜镜元件将照明器的光引导至照明器视场内的仅一区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 US 14/580,0531.一种装置，包括：相机系统，包括飞行时间照明器，所述飞行时间照明器具有光源和一个或多个可倾斜镜元件，所述一个或多个可倾斜镜元件将照明器的光引导至照明器视场内的仅一区域。2.如权利要求1所述的装置，其中所述照明器进一步包括沿着照明器的光学路径的透镜。3.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个可倾斜镜元件包括MEMS设备。4.如权利要求1所述的装置，其中所述光源进一步包括多个光源设备。5.如权利要求4所述的装置，其中所述光源设备布置成阵列。6.如权利要求4所述的装置，其中所述光源设备是VCSEL。7.如权利要求4所述的装置，其中所述光源设备是LED。8.如权利要求1所述的装置，其中所述照明器包括音圈马达，以实现所述一个多个可移动镜元件的倾斜。9.如权利要求1所述的装置，其中所述光源附接至臂的下侧，所述臂的下侧延伸至居于所述一个或多个可倾斜镜元件之上的竖直高度。10.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个可倾斜镜进一步包括独立地可倾斜的多个可倾斜镜。11.如权利要求1所述的装置，其中所述照明器进一步包括机械地联接至所述一个或多个可倾斜镜的转盘马达。12.一种方法，包括：用飞行时间相机系统执行以下步骤：从光源发射光并且将所述光射在一个或多个可倾斜镜上；倾斜所述一个或多个可倾斜镜，以将所述光引导至所述照明器视场的仅一区域。13.如权利要求12所述的方法，其中所述倾斜进一步包括将多个镜倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：J科，温宗晋，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国,US