深度照明和检测光学器件制造技术

本发明专利技术涉及深度照明和检测光学器件。深度图像捕捉设备使用位于诸如二极管激光器之类的照明辐射光源的输出处的圆偏振结构。线性偏振元件接收准直照明辐射并向四分之一波片提供偏振辐射。该辐射作为圆偏振辐射离开四分之一波片，并被提供给输出一图案用以对目标进行照明的衍射光学元件。检测器接收来自目标的输出图案的反射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学器件，尤其涉及深度照明和检测光学器件。
技术介绍
深度感测相机系统可用于多种用途，所有用途都依赖于从其深度将被检测的对象那里接收到的数据的准确度。很多此类系统使用投影仪来以随机或预定义图案对目标进行照明，并且使用来自反射的数据检测到目标的距离。深度传感器使用来自该图案的数据确定深度信息。一种系统使用激光器或激光二极管作为投影仪。至少一种当前设计存在的问题是激光波长的稳定性。检测系统被设计为基于激光器的输出波长读取反射。尽管操作于恒定电流和温度的激光器具有可忽略的波长波动，但是与此类系统联用的光学器件由于来自该系统中的这些光学器件的光学反馈而可能会使波长不稳定。使用激光作为照明源的一个附加问题是，在来自激光器的相干光被重新成像到检测器时，存在光斑(speckle)图案形式的噪声。这就产生了关于确定图像中特征的位置能达到何种准确程度的基本限制。
技术实现思路
提供用于高效图像传感器设备的技术。该设备使用如下光学器件，该光学器件既能减少从激光照明源生成的光斑图案，又能消除从各光学元件回到激光源的反射。一个实施例中，根据本专利技术技术的图像捕捉设备包括位于照明辐射光源，如二极管激光器的输出处的圆偏振结构。该结构产生该照明辐射光源发出的圆偏振照明辐射。在一个实施例中，照明位于红外光谱中。光从图像传感器设备中的其他光学元件被反射至线性偏振光，但是在方向上正交于原始方向。该正交偏振状态将不与激光器的发射模式发生交互，因此不会导致激光变得不稳定。在另一实施例中，该技术为运动检测和跟踪系统的照明和检测系统提供捕捉设备。该设备包括输出照明辐射的激光器和被定位成接收该照明辐射并提供准直照明辐射的准直透镜。线性偏振元件接收准直照明辐射并向四分之一波片提供偏振辐射。该辐射作为圆偏振辐射离开四分之一波片，并被提供给输出一图案来对目标进行照明的衍射光学元件。检测器接收来自目标的输出图案的反射。附图说明图1示出了具有用户正在玩游戏的跟踪系统的示例实施例。图2示出可被用作跟踪系统一部分的捕捉设备的示例实施例。图3是深度照明光学设备的现有技术实施例。图4示出根据本专利技术技术的深度照明光学设备的实施例。图5描绘了可被用于跟踪运动并基于所跟踪的运动来执行应用程序的处理设备的示例。图6示出可被用于跟踪运动并基于所跟踪的运动来更新应用程序的计算系统的第二示例实施例。 具体实施例方式提供了用于具有光学器件的图像传感器设备的技术，该光学器件既能减少激光照明源生成的光斑图案，又能消除从各光学元件回到激光光源的反射。该技术包括捕捉设备的照明部分上的光学元件，该光学元件生成从照明光源发出的圆偏振照明辐射。一个实施例中，照明位于或接近于红外光谱。圆偏振器可包括位于激光器的输出和散射光学器件之间的四分之一波片，或与线性偏振器相结合的四分之一波片。一方面，四分之一波片可将来自激光器的正确定向的线性偏振光转换为圆偏振光。从其他光学元件反射的任何光将被转换回线性偏振光，但是其定向正交于原始定向。该正交偏振状态将不与激光器的发射模式进行交互，因此不会导致激光变得不稳定。如果需要额外的隔离，则一偏振器(与原始偏振器的定向对准)可被插入至四分之一波片的前面， 由此吸收任何被反射的能量。该技术利用了对圆偏振照明辐射的使用。圆偏振包括相差90度相位的两个正交线性偏振状态。这两个正交状态彼此无法交互，因此反射时不会形成光斑。光斑的程度(按光斑对比度比率来度量)将以2的平方根的倍数被减少，从而改善深度准确度并降低无深度误差发生的频率。图1示出可被用作深度或距离检测系统的捕捉设备20的示例实施例。在一个实施例中，该捕捉设备可被用在目标识别、分析和跟踪设备中。该设备在场景中跟踪一目标， 其中该目标可以是用户或对象。根据一示例实施例，捕捉设备20可被配置成经由任何适合的技术，包括例如飞行时间、结构化光、立体图像等从深度图像中捕捉深度信息，该深度图像可包括深度值。根据一个实施例，捕捉设备20可将所计算的深度信息组织为“Z层”，或可与深度相机沿其视线延伸的Z轴垂直的层。如图1所示，捕捉设备20可包括图像相机组件22。根据一个示例实施例，图像相机组件22可以是捕捉场景的深度图像的深度相机。深度图像可包括被捕捉场景的二维 (2-D)像素区域，其中2-D像素区域中的每一像素可表示例如以厘米、毫米等为单位的被捕捉场景中的对象离相机的长度或距离的深度值。如图1所示，根据一个示例实施例，图像相机组件22可包括顶光组件M、例如三维(3-D)相机沈的第一传感器、例如RGB相机观的可被用来捕捉场景的深度图像的第二传感器。每个组件被聚焦在场景上。例如，在飞行时间分析中，捕捉设备20的顶光组件24 可将红外光发射到场景上，然后可使用传感器沈(下面讨论)，用例如3-D相机沈和/或 RGB相机观来检测来自场景中一个或多个目标和对象的表面反向散射的光。此处讨论的技术可使用顶光组件和图3、4中被称为图像检测器600的传感器。某些实施例中，可使用脉冲式红外光从而可以测量出射光脉冲和对应的入射光脉冲之间的时间差并将其用于确定从捕捉设备20到场景中目标或对象上的特定位置的物理距离。此外，在其他示例实施例中，可比较出射光波的相位与入射光波的相位以确定相移。然后可使用该相移来确定从捕捉设备20到目标或对象上特定位置的物理距离。根据另一示例实施例，可使用飞行时间分析，通过经由包括例如快门式光脉冲成像的各种技术来分析反射光束随时间的强度变化以间接地确定从捕捉设备20到目标或对象上特定位置的物理距离。在另一示例实施例中，捕捉设备20可使用结构化光来捕捉深度信息。在该分析中，图案化光(即，被显示为例如网格图案或条纹图案的已知图案的光)可经由例如顶光组件M被投影到场景上。在撞击到场景中一个或多个目标或对象的表面时，作为响应，图案可变形。图案的这种变形可被例如3-D相机沈和/或RGB相机观捕捉，然后可被分析以确定从捕捉设备20到目标或对象上特定位置的物理距离。根据另一实施例，捕捉设备20可包括从不同角度观察场景的两个或更多个物理上分离的相机或传感器，以获取可被解析以生成深度信息的视觉立体数据。捕捉设备20还可包括麦克风30或麦克风阵列，以用作目标识别、分析和跟踪设备的输入。在一示例实施例中，捕捉设备20还可包括可以与图像相机组件22进行可操作的通信的处理器或微控制器32。处理器32可包括标准化处理器、专用处理器、微处理器等，它们可执行用于接收深度图像、判断合适的目标是否可被包括在深度图像中、将合适的目标转换为目标的骨架表示或模型的指令，或任何其他适合的指令。捕捉设备20还可包括存储器组件34，存储器组件34可存储可由微控制器32执行的指令、3-D相机沈或RGB相机观捕捉的图像或图像帧、或任何其他适合的信息、图像等。 根据一个示例实施例，存储器组件34可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、缓存、闪存、硬盘或任何其他适合的存储组件。微控制器32和存储器可被一起统称为微控制器。如图1所示，一个实施例中，存储器组件34可以是与图像捕捉组件22和处理器32 通信的单独的组件。根据另一实施例，存储器组件34可被集成到处理器32和/或图像捕捉组件22中。如图1所示，捕捉设备20可经由通信链路36与计算环境12通信。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种深度检测系统，包括：输出照明辐射的照明源（６１０）；接收准直照明辐射并输出圆偏振准直光束的圆偏振结构（６５０）；接收圆偏振准直光束并输出圆偏振照明辐射的图案以对目标进行照明的衍射光学器件（６１５）；以及接收来自目标的图案的反射的检测器（６９０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·麦克尔道尼，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：US