[发明专利]多模式照明模块和相关方法

说明书

用于发射光(5)的照明模块可在至少两个不同的模式中操作，其中在每个模式中，所发射的光(5)具有不同的光分布。该方法具有用于选择模块在哪个模式中操作的模式选择器(10)，且它具有光学布置。该布置包括：微镜阵列(LL1)，其包括以镜间距P(P1)有规律地布置的多个透射或反射微镜(2)；照明单元，其用于照亮微镜阵列(LL1)。照明单元包括光源的第一阵列(S1)，其每个可操作来发射第一波长L1的光且每个具有孔。孔位于公共发射平面中，公共发射平面位于离微镜阵列(LL1)的距离D(D1)处。在第一模式中，对于镜间距P、距离D和波长L1适用P²＝2·L1·D/N，以及其中N是整数，N≥1。

技术领域

本公开涉及光学器件的领域，且特别是涉及用于照亮场景的模块且也涉及结构光的产生和图案化照明。它涉及相应的装置和方法。

术语的定义

“无源光学部件”：通过折射和/或衍射和/或(内部和/或外部)反射来使光改变方向的光学部件，例如透镜、棱镜、反射镜(平面或曲面)或光学系统，其中光学系统是可能也包括机械元件(例如孔径光阑、影像屏幕、保持架)的这样的光学部件的集合。

“光”：最通常地，电磁辐射；更特别地，电磁频谱的红外线、可见光或紫外线部分的电磁辐射。

照明模块可用于例如在下面的情况下照亮场景：基于响应于照明从场景返回的光，应确定到存在于场景中的物体的距离。对于距离确定的一些技术，可从照明模块发射结构光。

例如，在场景中由结构光创建的光图案使得能够根据它们与发射结构光的装置的距离来区分主体。游戏控制台例如可包括用于用结构光照亮场景的图案投影仪，其中存在玩家，而这样照亮的场景被成像并分析以便实现场景的3D映射，其也被称为深度映射。

结构光常常被称为编码光或图案化光，使得这些术语在当前的专利申请中可互换地被使用。当光被评估用于借助于三角测量技术来确定距离时，术语“结构光”最多地被使用。另一方面，当光被评估用于使用立体视觉来确定距离时，术语“图案化光”最多地被使用，其中光在这种情况下一般用于对比度增强。图案化光不一定意味着有规律的图案被产生或投影。例如，所产生或投影的光纹理可包括随机布置的特征或随机特征。

背景技术

下面简要讨论相关技术的一些例子。

US 7,970,177 B2例如描述用于基于使用衍射光学元件产生结构光来进行距离计算的装置。

US2012/038986A1描述使用衍射光学元件的图案投影仪。

US2010/118123A1描述用于映射包括照明组件的物体的装置，照明组件包括包含点的固定图案的单个透明物。其中，光源使用光辐射来透照单个透明物，以便将图案投影到物体上。

US2013/038941A1描述包括布置在衬底上的光源的矩阵的光学装置，在光源之间有预先确定的均匀间距。相同的均匀间距的微镜阵列布置成接近微镜阵列，以便使从光源发射的光准直并建立光束匀化器。

WO2014/083485A1描述用于将结构光图案投影到包括半导体激光器的几个阵列的场景上的激光设备。

US8320621描述用于在3D成像设备中使用的投影仪。投影仪包括由垂直腔表面发射激光器或VCSEL阵列形成的光源。来自VCSEL阵列的光穿过由多个透镜组成的准直微镜阵列被聚焦，每个VCSEL有一个透镜。微镜阵列用于将来自VCSEL阵列的光束聚焦和引导到DOE。DOE将光束形成为各种光图案中的任一个，其进而使3D成像成为可能。

发明内容

在实例中，例如当照亮场景时产生两种不同类型的光分布可能是有利的。例如，两种不同类型的结构光可随后从照明模块发射。或在另一例子中，结构光和漫射光可以交替地从照明模块发射。