结构化光发生器、对象识别设备、电子装置、结构光系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及结构化光发生器、对象识别设备、光学装置和结构光系统。结构化光发生器包括：光源，被配置为发射光；以及第一超颖光学装置，其包括第一超颖表面，第一超颖表面包括具有比从光源发射的光的波长小的亚波长尺寸的纳米结构，第一超颖表面被配置为形成从光源发射的光的光线分布，从而辐射结构化光。

【技术实现步骤摘要】
结构化光发生器、对象识别设备、电子装置、结构光系统
与本文公开的示例性实施例一致的方法和设备涉及用于产生结构化照明的结构化光发生器和用于通过使用结构化光发生器来感测三维(3D)对象的形状或运动的对象识别设备。
技术介绍
近来，为了识别诸如人或其它物体的对象，已经注重通过使用精确的三维(3D)形状识别来准确地辨别对象的形状、位置、运动等。作为这方面的一种方法，已经开发了使用结构化光的3D感测技术(结构化光系统)，因此，精确的运动识别变得可能。与以前使用的光系统相比，当与各种电子装置组合时，这种结构化光系统需要具有更小的尺寸和更高的分辨率。为了产生结构化光，通常使用诸如衍射光学元件(DOE)的光学部件，并且这种光学部件的体积是影响设计和制造要求的精确度的因素。
技术实现思路
本文公开的示例性实施例提供了用于产生结构化光的结构化光发生器。本文公开的示例性实施例还提供了包括结构化光发生器的三维(3D)对象识别设备。将在下面的描述中部分地阐述另外的方面，并且这些另外的方面将从描述中部分地显而易见，或者可以通过实施所呈现的示例性实施例来了解。根据示例性实施例的一方面，提供了结构化光发生器，包括：光源，被配置为发射光；以及第一超颖光学装置，其包括第一超颖表面，第一超颖表面包括具有比从光源发射的光的波长小的亚波长尺寸的纳米结构，其中，第一超颖表面被配置为形成从光源发射的光的光线分布，从而辐射结构化光。第一超颖光学装置的纳米结构可以具有被配置为相对于入射在其上的发射光实现预定的透射强度分布和透射相位分布的形式。光源可以包括光出射表面，发射的光通过该光出射表面出射，并且第一超颖光学装置可以具有整体式结构，可以直接设置在光源的光出射表面上。第一超颖光学装置的纳米结构可以具有这样的形状和布置，该形状和布置被确定为使得重复相对于入射在其上的发射光实现的透射强度分布和透射相位分布。第一超颖光学装置的纳米结构可具有形状和分布，使得获得两个透射相位调制值。两个透射相位调制值可以是0和π。可以确定从光源到第一超颖表面的距离，使得由光线的分布形成的结构化光图案的对比度为最大。从光源到第一超颖表面的距离(d)满足以下条件：其中λ表示从光源发射的光的波长，a1表示在第一超颖光学装置中重复相同结构的周期，m表示自然数。结构化光发生器还可以包括第二超颖光学装置，其设置在光源和第一超颖光学装置之间，并且第二超颖光学装置可以包括配置为调节从所述光源发射的光的波束形状的第二超颖表面。第一超颖光学装置和第二超颖光学装置可以共享支撑第一超颖表面和第二超颖表面的支撑基底，并且第一超颖表面和第二超颖表面可以分别设置在支撑基底的不同表面上，不同表面彼此面对。结构化光发生器还可以包括第三超颖光学装置，其包括第三超颖表面，第三超颖表面被配置为在预定角空间中重复地形成由第一超颖光学装置形成的光线分布。第一超颖光学装置和第三超颖光学装置可以共享支撑第一超颖表面和第三超颖表面的基底，并且第一超颖表面和第三超颖表面可以分别设置在基底的相对表面上，相对表面彼此面对。纳米结构可以具有圆柱形形状或多边形棱柱形状。纳米结构可以具有不对称形状。第一超颖光学装置还可以包括支撑纳米结构的基底。纳米结构可以包括具有比基底的折射率大的折射率的电介质材料。纳米结构可以包括导电材料。纳米结构中的一些纳米结构可以包括具有比基底的折射率大的折射率的电介质材料，并且纳米结构中的其他纳米结构可以包括导电材料。根据另一示例性实施例的一方面，提供了三维(3D)对象识别设备，包括结构化光发生器、传感器和处理器，结构化光发生器包括：光源，被配置为发射光；以及第一超颖光学装置，其包括第一超颖表面，第一超颖表面包括具有比从光源发射的光的波长小的亚波长尺寸的纳米结构，其中，第一超颖表面被配置为形成从光源发射的光的光线分布，从而辐射结构化光，并且其中，结构化光发生器被配置为以预定图案朝向对象辐射结构化光，传感器被配置为接收从对象反射的结构化光，处理器被配置为通过比较由结构化光发生器辐射的结构化光和由传感器接收的结构化光中的图案变化来分析对象的形状或运动。根据另一示例性实施例的一方面，提供了包括3D对象识别设备的电子装置。附图说明通过结合附图对示例性实施例的以下描述，这些和/或其他方面将变得明显和更容易理解，在附图中：图1是由根据示例性实施例的结构化光发生器中使用的超颖表面形成的结构化光的概念图；图2是示出通过根据示例性实施例的结构化光发生器中使用的超颖表面执行的光学功能的示例的概念图；图3是示出了入射在图2中的每个超颖表面上的光束形式的示例的概念图；图4是根据示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图5是图4的结构化光发生器中使用的超颖表面的示例结构的透视图；图6是示出了由图4的结构化光发生器的超颖表面引起的相位变化分布的示例的图表；图7是示出了由具有图6的相位变化分布的结构化光发生器形成的光线分布(即结构化光图案)作为角空间中的强度分布的图表；图8是示出了根据光出射表面和图4的结构化光发生器中的超颖表面之间的距离，图7的结构化光图案的对比度的图表；图9示出了由图4的结构化光发生器形成的光线分布(即结构化光图案)的示例；图10是根据另一示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图11是根据另一示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图12是根据另一示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图13是根据另一示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图14是根据另一示例性实施例的结构化光发生器的结构的示意性横截面图；图15概念性地示出了来自相应光源的入射光束通过图14的结构化光发生器以不同的形式自成像，以形成复合结构化光；以及图16是根据示例性实施例的三维(3D)对象识别设备的结构的示意性框图。具体实施方式现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且为了描述的清楚和方便，附图中的元件的尺寸可能被夸大。本示例性实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于本文所阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述示例性实施例以解释各方面。以下，将理解的是，当元件或层被称为“形成在另一元件或层上”时，元件或层可以与另一元件或层接触并直接形成在另一元件或层上或者不与另一元件或层接触并间接形成在其上。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”及其变体旨在包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”及其变体指定其它元件的存在，但不排除其它元件的存在或添加，除非特别地指出。此外，诸如“-器”的术语是指用于执行至少一个功能或操作的单元，并且该单元可以用硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。图1是由根据示例性实施例的结构化光发生器中使用的超颖表面MS形成的结构化光SL的概念图。超颖表面MS可以形成从光源LS发射的光的光线分布。光源LS可以是点光源，例如激光二极管。对于由光源LS形成的入射光束，超颖表面MS可以形成在空间上行进的光线的分布。也就是说，从光源LS发射并形成一个束斑10的光通过超颖表面MS被分成多个光线，并且多个光线的每个在预定角空间上形成束斑图像12。束斑图像12具有由超颖表面MS的详细条件确定的各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构化光发生器，包括：光源，被配置为发射光；以及第一超颖光学装置，包括第一超颖表面，所述第一超颖表面包括具有比从所述光源发射的光的波长小的亚波长尺寸的纳米结构，其中，所述第一超颖表面被配置为形成从所述光源发射的光的光线分布，从而辐射结构化光。

【技术特征摘要】
2016.08.31 KR 10-2016-0112087;2016.03.30 US 62/3151.一种结构化光发生器，包括：光源，被配置为发射光；以及第一超颖光学装置，包括第一超颖表面，所述第一超颖表面包括具有比从所述光源发射的光的波长小的亚波长尺寸的纳米结构，其中，所述第一超颖表面被配置为形成从所述光源发射的光的光线分布，从而辐射结构化光。2.根据权利要求1所述的结构化光发生器，其中，所述第一超颖光学装置的纳米结构具有被配置为相对于入射在其上的发射光实现预定的透射强度分布和透射相位分布的形式。3.根据权利要求1所述的结构化光发生器，其中：所述光源包括光出射表面，所述发射光通过所述光出射表面出射；并且所述第一超颖光学装置具有整体式结构，并且直接设置在所述光源的光出射表面上。4.根据权利要求1所述的结构化光发生器，其中，所述第一超颖光学装置的纳米结构的形状和布置被确定为使得重复相对于入射在其上的发射光实现的透射强度分布和透射相位分布。5.根据权利要求4所述的结构化光发生器，其中，所述第一超颖光学装置的纳米结构的形状和分布使得获得两个透射相位调制值。6.根据权利要求5所述的结构化光发生器，其中，所述两个透射相位调制值是0和π。7.根据权利要求4所述的结构化光发生器，其中，确定从所述光源到所述第一超颖表面的距离，使得由所述光线分布形成的结构化光图案的对比度最大。8.根据权利要求7所述的结构化光发生器，其中，从所述光源到所述第一超颖表面的距离(d)满足以下条件：其中λ表示从光源发射的光的波长，a1表示在第一超颖光学装置中重复相同结构的周期，m表示自然数。9.根据权利要求1所述的结构化光发生器，还包括第二超颖光学装置，其设置在所述光源和所述第一超颖光学装置之间，并且所述第二超颖光学装置包括配置为调节从所述光源发射的光的波束形状的第二超颖表面。10.根据权利要求9所述的结构化光发生器，其中，所述第一超颖光学装置和所述第二超颖光学装置共享支撑所述第一超颖表面和所述第二超颖表面的支撑基底，并且所述第一超颖表面和所述第二超颖表面分别设置在所述支撑基底的不同表面上，所述不同表面彼此面对。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩承勋，A纳卡维，H阿特沃特，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，加州理工学院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR