[发明专利]飞行时间深度相机

说明书

背景

在飞行时间(TOF)深度相机中，将光脉冲从光源投射到图像环境中的对象，该对象被聚焦在图像传感器上。可能难以使图像环境充满照明光，因为图像环境可具有相当大的体积，并可具有不匹配来自光源的光束的形状(例如，圆形)的截面形状(例如，矩形)。此外，成像光学器件可具有期望在其中有一致的投射光强的大景深。

一些实现期望照明光形状的先前方法采用随机布置的微透镜。然而，由于这样的微透镜的大小是随机的并且这样的微透镜是随机分布的，因此控制光在图像环境内的分布(包括光的截面分布以及光在房间内照明的包络的尺寸)的能力可能受到损害。

概述

公开了涉及对投射在图像环境中的TOF深度相机照明光进行整形的各个实施例。例如，一个实施例提供TOF深度相机，该TOF深度相机包括被配置成生成相干光的光源。示例TOF深度相机还包括第一光学级，该第一光学级包括周期性布置的透镜元件阵列，该阵列被定位成接收相干光的至少一部分。该TOF深度相机还包括第二光学级，该第二光学级被定位成接收发散光的至少一部分并被适配成降低该发散光中的一个或多个衍射伪像的强度以形成要投射在照明环境中的照明光。该示例TOF深度相机还包括图像传感器，该图像传感器被配置成检测从照明环境反射的返回照明光的至少一部分。

提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的概念选择。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。

附图简述

图1示意性地示出根据本公开的一实施例的示例使用环境中的示例飞行时间深度相机。

图2示意性地示出用于示例飞行时间深度相机的示例照明器，根据本公开的一实施例该示例照明器被描绘成改变光包络的形状。

图3示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例照明器。

图4示意性地示出根据本公开的一实施例的示例照明器的光整形级的示例。

图5示意性地示出根据本公开的一实施例的光整形级的另一示例。

图6在某种程度上示意性地示出根据本公开的一实施例的示例光整形级中包括的示例透镜元件的透视图。

图7示出根据本公开的一实施例的照明光的非相干辐射和光轴之间示出示例照明分布的示例关系。

图8示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例照明器。

图9示出了解说根据本公开的一实施例的将照明光投射在图像环境中的示例方法的流程图。

详细描述

如上所述，TOF深度相机利用从TOF深度相机投射在图像环境中的光脉冲(例如，红外光和/或可见光)。照明光脉冲从图像环境中的各个对象表面反射出并返回到图像传感器。TOF深度相机通过量化依赖于时间的返回光信息来生成距离数据。换言之，由于与从较远离感光表面的对象特征处被反射出时相比，当光从较接近于感光表面的特征处被反射出时被更快检测到，因此TOF深度相机可确定关于该对象的特征的距离信息。

可能难以使图像环境充满期望强度分布的照明光。例如，可期望与在成像环境的中心处相比，在图像环境的周边附近的区域中投射光的强度在某种程度上更大，因为从那些区域反射的光可由于在成像光学器件上的入射角而在图像传感器上具有更低的强度。

此外，如上所述，成像环境可具有与光源所发射的光不同的截面形状。成像环境还可能相对较大，以捕捉潜在的多个用户的潜在的较大范围的移动。

与TOF深度相机一起使用的照明源可在圆形模式或呈圆形的发射包络中发射光。因此，以实现跨整个非圆形的图像环境的相对均匀的照明强度的方式将呈圆形的发射模式覆盖在非圆形的图像环境上可导致该环境的不被用于进行深度分析的各部分的照明。这可浪费光源功率，并且还可涉及对更强大且更昂贵的光源的使用。

一些重新整形照明光的先前方法采用随机分布的球形微透镜。通过使微透镜随机分布，发射的光的形状可被调整，同时避免引入可由周期性布置的微透镜引起的衍射干扰。然而，由于这些微透镜的大小是随机的，因此控制光在图像环境内的分布(包括光的截面分布以及光在房间内照明的包络的尺寸)的能力可能受到损害。