编码图案投影仪制造技术

一种编码图案投影仪装置包括表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，其中所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成多个光束中的一个，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端。第一光学元件投影由所述表面发射发射器阵列生成的每个所述多个光束。第二光学元件使所述光束在第一维度中准直并且在第二维度中发散所述光束，使得所述光束形成至少一个条带图案。控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端。所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码条带图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】编码图案投影仪本文所使用的章节标题仅用于组织目的，并且不应被解释为以任何方式限制本申请中所述的主题。。相关申请的交叉引用本申请是2015年10月21日提交的标题为“CodedPatternProjector”的美国临时专利申请第62/244,397号的非临时申请。美国临时专利申请第62/244,397号的整体内容以引用方式并入本文中。
技术介绍
许多成像应用从生成结构化光的照明系统受益。当将结构化光的已知图案的光投影到场景上时，图案的变形提供关于场景中的对象的各种表面和深度信息。例如，如用于3D成像和手势识别应用的那些的光学系统使用编码图案投影。为满足对使用结构化光的光学系统的不断增长的需求，在结构化光照明源和方法中需要改进。附图说明在结合附图而进行的以下详述中更特定地描述根据优选和示例性实施方式的本教导及其进一步优点。本领域的技术人员将理解，以下所述的附图仅用于说明的目的。附图不一定按比例绘制，相反，重点通常在于示出本教导的原理。附图不意图以任何方式限制申请人的教导的范围。图1A示出用来生成本教导的编码图案的顶部发射VCSEL元件的材料结构的实施方式。图1B示出用来生成本教导的编码图案的底部发射VCSEL元件的材料结构的实施方式。图1C示出配置为单片阵列的二维VCSEL器件的实施方式的俯视图。图2A示出用来生成本教导的编码图案的顶部发射RC-LED元件的实施方式。图2B示出用来生成本教导的编码图案的底部发射RC-LED元件的实施方式。图2C示出配置为单片阵列的二维RC-LED器件的实施方式的俯视图。图3示出具有微透镜的表面发射阵列。图4A示出具有整合式微透镜的顶部发射阵列元件的结构。图4B示出具有整合式微透镜的底部发射阵列元件的结构。图4C示出具有单片式地整合到共同衬底上的整合式微透镜阵列的表面发射阵列。图5示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成条带或条纹图案并且将所述条带或条纹图案投影到区域中。图6示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成条带图案并且将所述条带图案投影到区域中。图7示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成均匀条带或条纹图案并且将所述均匀条带或条纹图案投影到区域中。图8A示出本教导的4×4二维VCSEL阵列的实施方式。图8B示出本教导的VCSEL阵列的实施方式的照片，所述VCSEL阵列安装于四方扁平封装壳体中并且连接至壳体引线。图8C示出本教导的VCSEL阵列的输出束斑点图案的实施方式的图片。图9A示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。图9B示出在工作台顶部实验中由图9A中所示的布置生成的条带阵列的照片。图10示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成聚结的多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。图11示出用于将多个均匀条带投影到区域中的本教导的表面发射元件布局的实施方式。图12示出包括微光学棱镜阵列的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。图13示出包括两个DOE的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。图14示出包括两个DOE的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。图15示出包括蝇眼发散透镜的本教导的编码图案投影仪的实施方式。图16为本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的实验工作台顶部设置的照片。图17示出本教导的编码图案投影仪装置的VCSEL阵列的实施方式的掩模CAD绘图。图18示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的所生成条带的阵列。图19示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的完全地填充条带图案的照片。图20示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的大视野条带图案的照片。图21A示出包括本教导的微光学棱镜阵列的编码图案投影仪装置的实施方式。图21B是图21A中所示的本教导的实施方式的特写视图。图21C是图21A中所示的本教导的实施方式的俯视图。图22示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影编码二维结构化图案。图23示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影大结构化图案。图24示出由本教导的编码图案投影仪的实施方式投影的大二维结构化图案的照片。图25示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影完全地填充编码二维图案结构。图26示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪从大VCSEL阵列投影图案的多个复制品。图27A示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。图27B示出本教导的源于通过DOE投影图27A中所示的图案的结构化图案。图27C示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。图27D示出本教导的源于通过DOE投影来自图27C的VCSEL元件的图案的束的编码结构化图案。图28示出将多个完全地填充编码二维图案结构投影到大区域中的本教导的编码图案投影仪的实施方式。具体实施方式现在将参考如附图中所示的本教导的示例性实施方式更详细地描述本教导。虽然本教导结合各种实施方式和示例加以描述，但是本教导不意图限于这类实施方式。相比之下，本教导涵盖各种替代性方案、修改和等效物，如本领域的技术人员将了解。可以使用本文教导的本领域普通技术人员将认识在如本文所述的本公开的范围内的额外实现、修改，和实施方式，以及其他使用领域。在说明书中对“一个实施方式”或“一实施方式”的涉及意味与实施方式相结合描述的特定特征、结构，或特性包括在本教导的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在说明书中的各种地方的出现不一定全部指的是同一实施方式。应理解，本教导的方法的单独步骤可以按任何顺序和/或同时地进行，只要教导保持为可操作的。此外，应理解，本教导的装置和方法可包括任何数目的所描述实施方式或所描述实施方式中的全部，只要教导保持为可操作的。本教导涉及用于投影结构化照明的编码序列的方法和装置。结构化光或结构化照明指的是以各种图案形成并投影于正通过传感系统成像或传感的特定区域中的光。投影到区域中的光图案具有特定空间图案。投影到区域中的特定空间图案可包括条带图案、斑点图案，和条纹图案。投影到区域中的空间图案可具有包围照射区域的暗的或未被照射的区域，或所述空间图案可为名义上全亮的，或所谓的完全地填充图案。光图案可为规则的或不规则的。光图案可在一个或两个维度中延伸。虽然本教导中所述的一些实施方式公开特定图案，但是本领域的技术人员将了解，本教导不限于本文所述的特定图案。对于生成结构化光的光源合意的是为有效的、明亮的，易于成形，并且具有高可靠性。对于生成结构化光的光源也合意的是能够以高速率调变，并且在高温下操作。本教导的编码图案投影仪装置和方法使用表面发射阵列技术来生成照明。表面发射阵列从器件的表面生成光束的图案。表面发射阵列可为可寻址阵列。可寻址阵列允许阵列的单独元件，或阵列中的元件的分组被独立地电控制。例如，本教导使用从垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列或谐振腔发光二极管(RC-LED)阵列发射的光束投影结构化图像的编码序列。本教导的编码图案投影仪装置和方法可以用于如3D成像和手势识别应用中的光学系统。另外，在将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种编码图案投影仪装置，包括：a)表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成多个光束中的一个，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端；b)第一光学元件，所述第一光学元件安置在由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的光学路径中，所述第一光学元件投影由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束中的每一个；c)第二光学元件，所述第二光学元件安置在所述多个光束的所述光学路径中，所述第二光学元件使所述多个光束在第一维度中准直并且使所述多个光束在第二维度中发散，使得所述多个光束形成至少一个条带图案；以及d)控制器，所述控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码条带图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.21 US 62/244,3971.一种编码图案投影仪装置，包括：a)表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成多个光束中的一个，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端；b)第一光学元件，所述第一光学元件安置在由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的光学路径中，所述第一光学元件投影由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束中的每一个；c)第二光学元件，所述第二光学元件安置在所述多个光束的所述光学路径中，所述第二光学元件使所述多个光束在第一维度中准直并且使所述多个光束在第二维度中发散，使得所述多个光束形成至少一个条带图案；以及d)控制器，所述控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码条带图案。2.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件是在所述第一光学元件之后安置在所述多个光束的所述光学路径中。3.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件是在所述第二光学元件之后安置在所述多个光束的所述光学路径中。4.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件包括透镜。5.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件包括准直透镜。6.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件包括衍射光学元件(DOE)。7.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件包括圆柱形透镜。8.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少三个被安置以形成所述表面发射发射器阵列的行，使得所述至少一个条带图案中的至少一个包括均匀条带图案。9.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些被安置以形成所述表面发射发射器阵列的第一行，并且所述多个发射器中的至少一些其他发射器被安置以形成所述表面发射发射器阵列的第二行，其中所述第一行和所述第二行偏移，使得所述条带图案中的至少两个聚结。10.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些包括发射器分组，并且其中包括所述发射器分组的所述多个发射器中的每一个的所述相应电输入端为同一电输入端。11.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件复制所述至少一个条带图案中的每一个并且以对应角度投影每个复制条带图案。12.如权利要求11所述的编码图案投影仪装置，其中所述对应角度中的每一个被选择来投影条带的不重叠阵列。13.如权利要求11所述的编码图案投影仪装置，其中所述对应角度中的每一个被选择以投影条带的聚结图案。14.如权利要求11所述的编码图案投影仪装置，其中所述第三光学元件为衍射光学元件(DOE)。15.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，进一步包括微棱镜阵列，所述微棱镜阵列安置在所述表面发射发射器阵列与所述第一光学元件之间，所述微棱镜阵列包括各自对准到所述多个发射器中的相应一个的多个微光学棱镜元件，所述微棱镜阵列使所述多个光束弯曲，使得它们传播通过所述第一光学元件的孔径。16.如权利要求15所述的编码图案投影仪装置，其中呈现给所述多个发射器中的所述相应一个中的每一个的所述微棱镜阵列的所述多个微光学棱镜元件中的每一个的表面角从所述微光学棱镜阵列的中心按比例增加。17.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，进一步包括微透镜阵列，所述微透镜阵列相邻于所述表面发射阵列安置。18.如权利要求17所述的编码图案投影仪装置，其中所述微透镜阵列的阵列节距小于所述多个发射器的阵列节距，并且其中所述微透镜阵列对准并对齐到所述多个发射器，使得所述多个光束被准直并会聚。19.如权利要求17所述的编码图案投影仪装置，其中所述微透镜阵列的阵列节距大于所述多个发射器的阵列节距，并且其中所述微透镜阵列对准并对齐到所述多个发射器，使得所述多个光束被准直并发散。20.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其进一步包括微透镜阵列，所述微透镜阵列整合到所述表面发射发射器阵列上。21.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件安置在所述光学路径中，所述第三光学元件产生所述所需要的编码条带图案的所需要的视场。22.如权利要求21所述的编码图案投影仪装置，其中所述第三光学元件包括蝇眼透镜。23.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括VCSEL阵列。24.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括高亮度VCSEL阵列。25.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括RC-LED阵列。26.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括高亮度RC-LED阵列。27.一种编码图案投影仪装置，包括：a)二维表面发射发射器阵列，所述二维表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成光束，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，其中由所述多个发射器生成的所述光束形成二维光束图案；b)第一光学元件，所述第一光学元件安置在由所述二维表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的光学路径中，所述第一光学元件投影所述光束的二维图案；c)第二光学元件，所述第二光学元件安置在由所述二维表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的所述光学路径中，所述第二光学元件复制所述光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：同·陈，丘尼·高希，劳伦斯·沃特金斯，
申请(专利权)人：普林斯顿光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US