[发明专利]用于深度感测设备中的光学解调的系统和方法

说明书

示例性成像设备包括：光学传感器，其具有光轴；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其按尺寸被制造成将至少两个不同相位延迟引入到通过透镜从场景接收的光信号的波前中；壳体，其将可变相位光学元件矩阵固定在光学传感器和透镜之间；以及处理子系统，其被编程为基于至少两个不同相位延迟来确定与光信号相关联的相位差。还提供了相关系统和方法。

背景

成像系统被用在越来越多的应用(包括机器视觉)中。这种系统允许设备(例如头戴式显示器、产品分拣机、车辆等)形成直接操作环境的景象。这可以允许许多其他动作基于在设备与其环境之间的关系(例如设备相对于场景中的一个或更多个对象的位置和定向)来被执行。在用于机器视觉的深度感测系统中，至少部分地由于解调反射信号以确定相对于发射信号的相位差可能所需的电路，常规的基于相位的飞行时间(ToF)传感器可能比其他图像传感器具有更低的分辨率。相位差然后可以用于计算场景内的深度值。因此，所需要的是用于基于相位的ToF传感器的改进的成像设备、系统和方法。

概述

如下文将更详细描述的，本公开描述了实现在基于相位的ToF系统中使用的信号的光学解调的系统和方法。通过至少部分地在光域中解调信号而不是仅仅依赖于电路，在ToF深度传感器上的更多区域可以用于光感测(photosensing)，而更少的区域可以在电路上被使用。

在一个示例中，成像设备可以包括：光学传感器，其具有光轴；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其按尺寸被制造成将至少两个不同相位延迟引入到通过透镜从场景接收的光信号的波前(wavefront)中；壳体，其将可变相位光学元件矩阵固定在光学传感器和透镜之间；以及处理子系统，其被编程为基于至少两个不同相位延迟来确定与光信号相关联的相位差。

在一些实现中，可变相位光学元件矩阵当在第一位置上时可以将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素。当光学设备的至少一个光学部件相对于光学设备的另一个光学部件横向移位时，可变相位光学元件矩阵可以将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素。可变相位光学元件矩阵可以包括衍射光学元件，该衍射光学元件将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素，并将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第二像素。至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟分隔开携带光信号的光的波长的预定分数。在一些实现中，当光学设备的至少一个光学部件相对于光学设备的另一个光学部件横向移位时，可变相位光学元件矩阵可以将具有第三相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素，并且可以将具有第四相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第二像素。成像设备的光学部件可以将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的第一部分引导到光学传感器的第一像素，将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的第二部分引导到光学传感器的第二像素，将具有至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟的光信号的第三部分引导到光学传感器的第三像素，并且将具有至少两个不同相位延迟中的第四相位延迟的光信号的第四部分引导到光学传感器的第四像素。光学部件可以包括透镜、光学传感器或可变相位光学元件矩阵中的至少一个。

在一些实现中，至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟具有90°的相位差(out of phase)。至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟具有90°的相位差。至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第四相位延迟具有90°的相位差，第一相位延迟、第二相位延迟、第三相位延迟和第四相位延迟产生允许光学正交解调的信号。光学传感器可以包括单独光敏区域的阵列，单独光敏区域中的每个区域具有小于约2微米×约2微米的面积。