[发明专利]发射结构化光的照射模块

说明书

深度相机包括照射模块和图像检测器模块。照射模块输出照射捕捉区域的结构化光。图像检测器模块捕捉从捕捉区域内的对象反射的结构化光的图像。照射模块包括VCSEL阵列和光学元件(诸如投影光学器件)、MLA或DOE、或其组合。投影光学器件接收VCSEL阵列发射的光图案并投影该光图案。在该投影光学器件下游的光学元件可引起结构化光中包括的特征的总数大于投影光学器件投影的光图案中包括的特征的数量。在一实施例中，MLA的节距相对于VCSEL阵列的节距偏移。各种结构可包括对齐元件来帮助照射模块的制造。

背景

深度相机可获得包括关于人类或其它对象在物理空间中的位置的信息的深度图像。深度图像可被计算系统中的应用用于各种各样的应用。可以有许多应用，例如用于军事、娱乐、体育和医学目的。例如，包括关于人的信息的深度图像可被映射到三维(3-D)人类骨架模型，并被用于创建动画化的人物或化身。

为了获得深度图像，深度相机通常将红外(IR)光投射到相机的视野中的一个或多个对象上，视野也可被称为捕捉区域。IR光从对象反射开并回到相机，在相机处入射到相机的图像像素检测器阵列上，并被处理以确定深度图像。

一些深度相机利用结构化光来照射捕捉区域。这种深度相机可利用准直激光二极管和衍射光元件(DOE)来产生结构化光。然而，取决于要照射的区域，准直光激光二极管可能不提供足够量的光。此外，对于这种配置而言限制指向容限可能很困难。

概述

本文公开的某些实施例涉及包括照射模块和图像检测器模块的深度相机。照射模块输出照射捕捉区域的结构化光。图像检测器模块捕捉从捕捉区域内的一个或多个对象反射的结构化光的图像。深度相机系统的一个或多个处理器或与深度相机系统相关联的一个或多个处理器取决于图像捕捉模块所捕捉的图像产生深度图像，并使用深度图像来更新应用。本文描述的某些实施例关注输出结构化光的照射模块的某些细节，下面概述了其中一些实施例。

根据一实施例，照射模块包括VCSEL阵列和投影光学器件。VCSEL阵列包括多个垂直腔面发光激光器(VCSEL)，每个VCSEL发射独立的光束，且共同发射一光图案。投影光学器件接收VCSEL阵列中的VCSEL所发射的光图案并投影光图案。投影光学器件可包括场镜和物镜。场镜接收VCSEL阵列中的VCSEL所发射的光束并汇聚光束。物镜接收来自场镜的经汇聚光束并发散光束以产生投影光学器件所投影的光图案。投影光学器件所投影的光图案包括多个特征，诸如斑点或点，但不限于此。照射模块输出的结构化光是至少部分基于投影光学器件所投影的光图案创建的。这意味着投影光学器件所投影的光图案可以是由照射模块输出的结构化光，或替换地，投影光学器件所投影的光图案可被提供至在所述投影光学器件的光学下游的一个或多个光学元件(诸如DOE或分光器)，其中最下游的光学元件(例如DOE或分光器)是照射模块输出的结构化光。根据某些实施例，照射模块还包括在所述投影光学器件的光学下游的光学元件，该光学元件引起照射模块输出的结构化光中包括的特征的总数大于投影光学器件投影的光图案中包括的特征的数量。例如，照射模块可包括衍射光学元件(DOE)，该DOE被配置成引起照射模块输出的结构化光中包括的特征的总数是投影光学器件投影的光图案中包括的特征的数量的整数倍。替换地，照射模块可包括分光器，该分光器将投影光学器件投影的光图案中包括的特征的数量加倍。

根据一实施例，照射模块包括VCSEL阵列和微透镜阵列(MLA)，VCSEL阵列包括具有第一节距的多个VCSEL，MLA具有相对于VCSEL的阵列的第一节距偏移的第二节距，这引起MLA从VCSEL阵列接收的光束汇聚。此外，照射模块包括从MLA接收经汇聚光束并输出照射捕捉区域的结构化光的DOE。更具体而言，MLA的节距可小于VCSEL阵列的节距，且MLA可引起光束(MLA从VCSEL阵列接收的光束)汇聚到DOE所在的单一瞳孔。MLA输出的光图案包括多个特征。根据一实施例，DOE可引起照射模块输出的结构化光中包括的特征的总数为MLA输出的光图案中包括的特征数量的整数倍。