[发明专利]一种光投射系统

说明书

一种系统包括：光源、可切换式漫射器、结构光检测器和ToF检测器。控制光源和可切换式漫射器一致地(一起和/或与系统的其他光学和电子元件一起)操作，以在单个图像采集周期内投射准直光束的脉冲(在泛光脉冲之间交错)，在相同的图像采集周期内，准直光束的脉冲被结构光检测器和ToF检测器解析。

技术领域

本发明涉及采用可切换式漫射器组件来投射光，以及可选地控制该光投射的系统和方法。

背景技术

光投射技术对于启用多个重要设备的功能至关重要。例如，结构光投射技术应用于手机的3D相机模块，以用于识别面部特征。面部特征反射的投射光可以被检测器采集，并通过算法进行分析，以“察觉”出面部的拓扑结构。相应地，可根据面部特征识别的输入进行身份验证、生成表情符号、图像采集定向(image capture orientation)以及其他各类功能的设计。

目前，光投射技术的缺点在于成本高、设备尺寸大以及集成度低。尤其是，常规光投射技术无法完全利用已有光源实现所寻求的多种功能，而是通过多个投射装置来实现其目的。这些缺点成为进一步对建立于或围绕着光投射技术的装置结构和功能进行改进的瓶颈。因此，消费者市场和相关行业都希望能改进现有光投射技术。

光投射是实现各类应用的关键步骤，例如3D特征检测和3D绘图。在常规系统中，多个光源和光投射子系统相互结合使用，以提供3D特征检测功能和3D绘图技术。例如，很多常规系统安装有不同的泛光照明组件和不同的点投射器组件，以实现所需的读取。通常，泛光组件生成的光线为宽光束，其在传播时基本会发生扩散。泛光用于照亮目标物的表面以进行图像采集。另一方面，点投射器生成的光线为窄光束，其采用基本平行的光线，这些光线在传播时不会像泛光那么容易发散或扩散。采用两种不同的光源实现泛光照明和点投射的效率较低，还会造成模块尺寸过大而无法匹配较小的应用环境。

发明内容

本发明的各实施例包括光投射系统和结构、可切换式漫射器和其他设备。

根据本发明的一个方面，一种系统包括：光投射系统，其被配置为投射若干路准直光束；可切换式漫射器，其具有第一表面和第二表面，所述可切换式漫射器与控制源耦合并被配置为：对从第一条件转变到第二条件的控制源做出响应，以从第一状态转变到第二状态；其中在所述第一状态，可切换式漫射器被配置为：在第一表面接收若干路准直光束的至少一部分，并从第二表面投射出泛光；其中在所述第二状态，可切换式漫射器被配置为：允许若干路准直光束的至少一部分作为阵列而从第二表面传播出；以及处理引擎，其与非暂时性计算机可读介质电连接，所述非暂时性计算机可读介质具有存储于其上的机器可读指令，当处理引擎执行所述机器可读指令时，使得系统：根据第一预定模式在第一条件和第二条件之间对控制源进行振荡。可以理解的是，基于本发明的目的，术语“计算机可读介质”涵盖任何被配置为存储有被处理引擎执行的机器可读指令的任何介质。例如，此类介质可以作为芯片上的系统，或以前述的任意组合，而存在于微控制器单元中。

在一些实施例中，光投射系统包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)元件、衍射光学元件，和/或波导器件。

在一些实施例中，光投射系统包括波导器件(waveguide)，所述波导器件包括表面A和表面B；表面A包括若干光栅结构；所述波导器件被配置为：引导耦合进的光束在表面A和表面B之间受到全内反射；并且所述光栅结构被配置为：干扰全内反射以使至少一部分耦合进的光束从表面A耦合出波导器件，从波导器件耦合出的这部分耦合进的光束形成了耦合出的光束，该耦合出的光束包括若干路准直光束。表面A在x-y平面内，所述x-y平面包括相互垂直的x方向和y方向；耦合进的光束在波导器件内基本沿x-y平面的x方向传播；耦合出的光束基本沿x-y平面的法线z方向传播；各光栅结构与光栅深度、占空比、周期、以及相对于z方向在x-y平面内的取向相关联；在x方向上的不同位置的光栅结构具有不同的光栅深度和不同的光栅占空比的至少其中之一；在x方向上的不同位置的光栅结构具有不同的周期；并且在y方向上的不同位置的光栅结构具有不同的取向(orientations)。