CN104583804A - 深度相机的照明光投射 - Google Patents

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Abstract

本文中公开了用于用照明光来照明图像环境的TOF深度相机和方法的各实施例。在一个示例中，被配置成从被照明光照明的图像环境收集图像数据的TOF深度相机包括光源，该光源包括被配置成生成相干光的多个表面发射激光器。该示例TOF相机还包括光学组件和图像传感器，该光学组件被配置成将光从多个表面发射激光器传送到图像环境，该图像传感器被配置成检测从图像环境反射的返回光的至少一部分。

Description

深度相机的照明光投射
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，并可具有可能难以用期望强度分布实现的截面形状(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。
一些使图像环境充满光的先前方法使用高阶光学器件来整形从副发射光源发射出的发散光。然而，这样的方法通常需要对该光的角分布的精确设计和生产控制，以便填充图像环境。
概述
本文中提供了涉及用TOF深度相机的照明光来照明图像环境的各实施例。例如，一个实施例提供了一种TOF深度相机，该TOF深度相机被配置成从由照明光照明的图像环境中收集图像数据。该TOF相机包括光源，该光源包括被配置成生成相干光的多个表面发射激光器。该TOF相机还包括光学组件和图像传感器，该光学组件被配置成将来自多个表面发射激光器的光传送到图像环境，该图像传感器被配置成检测从该图像环境反射的返回光的至少一部分。
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(TOF)深度相机。
图2示意性地示出根据本公开的一实施例的示例光源。
图3示意性地示出根据本公开的一实施例的示例表面发射激光器。
图4示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例表面发射激光器。
图5示出根据本公开的一实施例的示例照明分布。
图6示意性地示出根据本公开的一实施例的示例透镜系统。
图7示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例透镜系统。
图8示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例透镜系统。
图9示意性地示出根据本公开的一实施例的示例均质化光导。
图10示意性地示出根据本公开的一实施例的示例微透镜阵列的一部分。
图11示意性地示出在根据本公开的一实施例的微透镜阵列中的示例透镜元件的透视图。
图12示意性地示出根据本公开的一实施例的另一示例均质化光导。
图13示意性地示出根据本公开的一实施例的示例反射光导。
图14示出了解说根据本公开的一实施例的将照明光投射到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被返回到图像传感器。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，当从较接近于感光表面的特征处被反射出时光被更快的检测到，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。
因此，本文中提供了用于用照明光来照明图像环境的TOF深度相机和方法的各实施例。例如，在一些实施例中，TOF深度相机包括光源，该光源包括被配置成生成相干光的多个表面发射激光器。该示例TOF相机还包括光学组件和图像传感器，该光学组件被配置成将来自多个表面发射激光器的光传送到图像环境，该图像传感器被配置成检测从该图像环境反射的返回光的至少一部分。此多个表面发射激光器可被布置成期望的照明光形状，由此允许该光源的形状的图像被转播到图像环境中。在其他实施例中，均质化光导可被配置成提供用于这样的用途的经整形的光源。
图1示意性地示出TOF深度相机100的实施例。在图1所示的实施例中，TOF深度相机100包括照明器102，该照明器102被配置成用照明光108来照明定位在图像环境106中的对象104的一部分。例如，照明光108A的照到对象104的一部分的射线被作为返回光112反射出。来自返回光112的光子可被收集并被用于生成对象104的深度信息，如以下详细解释的。
尽管图1所示的示例描绘了单个照明器102被包括在TOF深度相机100中，但将领会，多个照明器102可被包括在TOF深度相机100中以照明图像环境。
TOF深度相机100还包括图像传感器110，该图像传感器110被配置成检测从图像环境106反射的返回光112的至少一部分。图像传感器110包括检测器114，该检测器114用于收集返回光112以用于生成该场景的深度信息(诸如，深度图)。
在图1所示的实施例中，照明器102包括光源118以及光学组件120，光源118被配置成生成相干光，光学组件120被配置成整形相干光并使该相干光朝向图像环境106定向。光源118可以以任何合适的波长(包括但不限于红外波长和可见波长)发射相干光。
图2示意性地示出光源118的一实施例，该光源118包括含多个单独表面发射激光器202的激光器阵列200。将领会，激光器阵列200可具有任何合适的形状，而不背离本公开的范围。在图2所示的实施例中，激光器阵列200具有矩形/长方形的形状，其与期望的照明光截面形状匹配。将领会，多个表面发射激光器202可具有任何合适的形状和/或模式。
可使用大规模集成技术(例如，膜沉积和膜图案化技术)将表面发射激光器202制造在合适的衬底(例如，GaAs)上。在一些示例中，包括激光器阵列200的晶片可包括成百或更多的表面发射激光器202。例如，包括具有约44μm的中心到中心间距的表面发射激光器202的1.5mm的正方形晶片可包括多达1156个表面发射激光器202。
图3示意性地示出表面发射激光器202的一实施例的截面图。具体地，图3所示的表面发射激光器202的实施例是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。VCSEL是发射与在其上形成VCSEL的衬底表面垂直的激光的半导体激光二极管。经由泵激源将光或电流注入VCSEL以激励该增益区域中的有源激光介质(例如，适合响应于泵激源的受激发射的材料——一个非限制示例包括InGaAs)。在发射之前，被注入增益区域的能量在两个反射镜之间谐振。例如，光可在由高折射率膜和低折射率膜的交替层形成的两个分布式布拉格反射器之间反射。在一些实施例中，顶部反射镜和底部反射镜可通过绝缘介电层与增益区域隔离。
图4中示出表面发射激光器202的另一实施例。类似图3，图4描绘了VCSEL。然而，图4所示的激光器在顶部反射镜和底部反射镜之间包括自由空间区域，即一种有时被称为垂直外部腔表面发射激光器(VECSEL)的配置。由于VECSEL包括自由空间区域，二极管可生成与类似的VCSEL相比更高的功率。
回到图1，光学组件120传送由光源118生成的光以照明图像环境106的一部分。出于讨论的目的，图像环境106的被照亮部分可被分解成照明深度区域和照明包络区域。照明深度区域指的是投射光的焦距。在图1所示的实施例中，照明光108被转播到由近边缘124和远边缘126界定的照明深度区域122。例如，在一些实施例中，照明深度区域122可以为约3.5m深。
照明包络区域指的是用照明光108照亮的截面区域。在图1所示的实施例中，呈矩形的照明包络区域128是用水平维度130和用垂直维度132来表示的。然而，将领会，呈任何合适形状的照明包络区域128(例如，椭圆形状、多边形形状或其他封闭形状)可被形成，而不背离本公开的范围。
如上所述，在一些实施例中，光源118中包括的各激光器可被布置成与期望的发射包络匹配的形状(例如，由这些激光器投射的光的形状或模式)，并且光学组件120可被配置成将那个形状传送或转播到远场。在这样的实施例中，发射包络和照明包络区域128可采用激光器的布置的形状。因此，作为一个特定示例，表面发射激光器的呈矩形的阵列可用于生成远场中的呈矩形的光包络。在其他实施例中，光学组件120可被配置成重新整形发射包络。例如，从正方形布置的表面发射激光器发射的光可被重新整形成远场中的呈矩形的光包络。
此外，在一些实施例中，光学组件120可将照明光108的截面光强度/辐射分布从高斯分布整形为呈不同形状的照明分布。例如，在一些实施例中，照明光108可被整形为以下照明分布：该照明分布展示围绕照明光108的光轴对称定向的平顶、类似平顶山形状。在这样的实施例中，照明光108的辐射在邻近光轴的区域(例如，对应于该平顶山的顶部的区域)中可具有在可接受的容忍度内的恒定强度。随后，在较远离光轴的区域(例如，对应于该平顶山的侧壁的区域)中，该辐射可在强度方面下降。
在一些其他实施例中，照明光108的特征可在于在较远离照明光108的光轴处比在较接近于照明光的光轴处更强的截面光分布。图5示出了在照明光的示例光分布502内的非相干辐射和截面位置之间的关系500的实施例。在图5所示的示例中，光分布502在较远离光轴504的区域中比在较接近于光轴504的位置处展示更大的辐射强度。作为比喻，光分布502展示在某种程度上类似于关于光轴504布置的大写字母“M”的截面辐射分布。
不希望受限于理论，生成照明光的呈“M”形的分布可抵消在图像传感器110处接收的由图像环境中的对象所导致的反射效果造成的呈“W”形的强度分布。换言之，向图像环境106供应具有呈“M”形的分布的光的净效果可以是图像传感器110检测具有呈平顶山形的分布的返回光。
图6示意性地示出被配置成将光源118的图像传递到图像环境106中的透镜系统600的一实施例，透镜系统600包括聚光器透镜级602、转播透镜级604和光学施密特板606，它们中的每一个都会在以下被更详细的描述。
图6还描绘了包括三个光发射器的示例光源118。如本文中所使用的，光发射器可包括一个或多个表面发射激光器。例如，单个光发射器可包括单个VCSEL、单个VCSEL阵列(不管在该阵列内以有序方式分布还是以随机形式分布)等。来自三个发射器的光是经由透镜系统600被定向的(在图6中被示为光路608A、608B和608C)，以使得来自每一发射器的光被准直并随后被路由到远场的不同区域。通过这种方式，透镜系统600通过将来自每一表面发射激光器元件的光定向到照明包络区域128内的不同区域来使照明包络区域128填充光。
透镜系统600可利用高f数孔径光阑610来为照明深度区域122中经转播的图像源光实现期望的景深。在一些非限制性实施例中，在f/250到f/1000的范围中的f数可用于提供具有在500到3500mm的相应范围内的景深的照明深度区域。
聚光器透镜级602被定位在透镜系统600内以接收来自光源118的光，从而使发射的光的发散射线聚合并形成孔径光阑610。在一些实施例中，聚光器透镜级602可被配置成使接收到的光聚合，而无需将该光放大或缩小到超过可接受的容忍度。另选地或替换地，在一些实施例中，聚光器透镜级602可被配置成提供接收到的光，或将该光整形成所选的光照明分布。例如，聚光器透镜级602可使从光源118接收的光失真以生成以上所述的呈“M”形的分布或任何其他合适的截面照明分布。
转播透镜级604被定位成接收来自聚光器透镜级602的光，并将光源118的图像转播到照明深度区域122中。换言之，转播透镜级604提供透镜系统600内的功率以将光源118的图像传送到图像环境106中，从而形成并照亮照明包络区域128。
在一些实施例中，光学施密特板606可被包括在透镜系统600内，并被定位在透镜系统600的入射光瞳612处。施密特板606可用于将像差引入照明光中以降低可由表面发射激光器202引入的衍射伪像的强度。此外，施密特板606可有助于实现期望的光照明分布。例如，包括施密特板606可加强在由聚光器透镜级602提供的呈“M”形的照明分布内的波峰和波谷。由于施密特板606的散焦效果可提供聚光器透镜级602的准直效果，从而潜在地降低照明深度区域122的深度，包括施密特板606可伴有对透镜系统600的f数的补偿性调整。
尽管出于清楚起见透镜系统600描绘了经典的透镜，但将领会，以上描述的透镜级的任何合适的实施例可被包括在透镜系统600内，而不背离本公开的范围。例如，在一些实施例中，对于透镜级中的一个或多个，可采用晶片级光学器件。如本文中所使用的，晶片级光学器件结构指的是使用合适的形成和/或图案化过程(如在半导体图案化中使用的那些过程)形成的光学结构。晶片级光学器件可提供使一个或多个透镜级成本效益最小化和/或提升这样的级的制造容忍度的潜在优势。
图7示意性地示出用于照明器102的示例透镜系统700的另一实施例。在图7所示的实施例中，晶片光学器件元件702在光接收表面704上对聚光器透镜级的一部分的处方(prescription)进行编码并在光发射表面706上对转播透镜级的处方进行编码。晶片光学器件元件708在光接收表面710上对施密特板的处方进行编码。在图7所示的示例中，相对于由图6所示的透镜系统600的实施例散布的光而言，由透镜系统700散布的光被更少的准直，从而导致远场中的光路712A、712B和712C的交迭。
尽管越低级的准直可将照明光108扩展在越大的区域上，然而该扩散伴有照明深度区域122的减少。因此，在一些实施例中，透镜系统可使用衍射光学器件形成。如果透镜系统中包括的透镜元件/级中的一个或多个采用衍射光学元件，则衍射光学器件衬底将使那些级的处方在该衬底的相应表面上被编码。在一些实施例中，例如，单个衬底可具有对一个透镜级的处方进行编码的光接收表面和对另一透镜级的处方进行编码的光发射表面。由于衍射光学器件的工作表面与经典的透镜类似物(该经典的透镜类似物可具有依据该经典透镜的曲率半径设置的厚度)相比相对较薄，因此衍射光学器件可提供与晶片光学器件类似的潜在最小化增强，但还可保留准直和景深。此外，在一些实施例中，衍射光学器件可准许将一个或多个光学元件移除。
图8示意性地示出适合与照明器102一起使用的透镜系统800的另一实施例。在图8所示的实施例中，衍射光学器件元件802在光接收表面804上对聚光器透镜级的处方进行编码并在光发射表面806上对转播透镜级的处方进行编码。施密特板没有被包括在图8所示的示例照明器102中。在图8所示的示例中，相对于由图6所示的透镜系统600的实施例散布的光而言，由透镜系统800散布的光可以被更高度地准直。
将领会，以上描述的各光学级的相对位置可以以任何合适的方式改变，而不背离本公开的范围。例如，在一些实施例中，这些光学级中的一个或多个可被改变以增加光源118的表观大小。增加光源118的大小可(例如，通过使得该光源表现得更漫射)降低用户聚焦于光源的能力和/或可避免将光源118直接成像在用户的视网膜上。作为非限制性示例，一些系统可被配置成在用户的视网膜被定位在光源118的100mm以内时，使得光源118的图像可不被聚焦在用户的视网膜上。
在一些实施例中，增加表观源大小可包括使转播透镜级604被定位得更接近于光源118，这可使照明光108发散得更快，这取决于转播透镜级604和光源118的配置。由于该调整还可导致视野的增加和照明深度区域122的减少，聚光器透镜级602的处方和/或位置也可被调整以调整光学组件120的焦距，同时光源118中包括的表面发射激光器202的布置和间距可被改变以调整照明包络区域128。在一些实施例中，光学组件120还可被配置成在将光转播至图像环境106时，将发射包络变换成不同的形状。
图9示意性地示出均质化光导902形式的照明器102的另一实施例的截面图。均质化光导902被配置成通过经由光接收表面904来接收来自光源118的光并将该光扩散在该光导内来增加光源118的表观大小。在一些实施例中，光源118可包括表面发射激光器202的阵列，和/或可包括任何其他合适的光发射设备。在一个特定示例中，光源118可包括表面发射激光器202的长、薄阵列。
均质化光导902采用光学楔形的形式，但将领会，被配置成扩散和平滑光的任何合适的光导均可被采用，而不背离本公开。在图9所示的实施例中，光通过总反射区域906中的总内部反射被保留在均质化光导902中。在离开总反射区域906后，光遇到光退出区域908，在光退出区域908中，该楔形的各相对面相对于光发射表面910成角度，以允许光超过总内部反射相对于光发射表面910的临界角，并由此逃脱该光学楔形。
沿着均质化光导902通过的光可在经准直或接近准直的路径中行进到光发射表面910。在一些非限制性示例中，光在光接收表面904和光发射表面910之间行进时可成扇形散开达9度或更少。然而，来自光源118的光在行进通过均质化光导902时可融合并混合，以使得在光发射表面910发射的光使得多个激光器表现为位于光发射表面910处的单个较大源。
在从光发射表面910发射后，该光被微透镜阵列912接收，并扩散以填充照明包络区域128。微透镜阵列912包括被配置成使光发散，并将其投射在图像环境106中的多个小透镜元件。例如，图10示意性地示出包括由框架1004所保留的多个透镜元件1002的示例微透镜阵列912的一部分的正视图。如图10所示，每一透镜元件1002均是参考不同于短轴透镜元件间距1008的长轴透镜元件间距1006来定义的，以使得每一透镜元件1002均具有长方形的形状。在图10所示的实施例中，间距是参考每一单元的中心来定义的，每一单元的中心可对应于每一透镜表面的顶点。在其他实施例中可以使用其他合适的间距定义，而不背离本公开的范围。
微透镜阵列912中包括的透镜元件1002中的每一个均被配置成为光学组件120创建期望的角度照明场。换言之，每一透镜元件1002均被配置成将所选角度的发散提供给传入光。如本文中所使用的，发散光指的是从较准直的光束扩散成较不准直的光束的相干光。发散光可具有任何合适的照明强度截面(如以下更详细解释的)，并可具有如在发散光的光轴和极射线之间测量到的任何合适的发散角。该发散角可通过调整微透镜阵列912内的各透镜元件1002的间距来调整。通过扩散传入光，微透镜阵列912将光传送到照明包络区域128内的所有区域。
图11示意性地示出具有凸透镜表面1102的单独透镜元件1002的一实施例的视角。透镜表面1102部分地依据透镜元件1002的间距尺寸(例如，透镜元件1002的单元尺寸)来整形。进而，该单元的间距尺寸可影响透镜表面1102的非球面性质。因此，透镜元件1002的发散能力至少部分地依据间距尺寸来建立。在图11所示的其中透镜元件1002被描绘成具有长方形的单元形状的实施例中，凸透镜表面1102将具有限定在光轴1106和极射线1108之间的第一发散角1104，该第一发散角1104将不同于限定在光轴1106和极射线1112之间的第二发散角1110。当被投射到图像环境106中时，按根据这些发散角的相应方向扩散的照明光将进而建立照明包络区域128的边界。
在一些实施例中，透镜元件1002可实现的发散程度可受用于形成这些透镜的材料的折射率的影响。当透镜曲率增加时，光逼近总内部反射限制。然而，通过增加折射率，所选的发散角可用相比较而言较小的光弯曲来实现。例如，在一些实施例中，透镜元件1002可用具有约1.49的折射率的光学级聚酯纤维(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)制成。在其他实施例中，透镜元件1002可由具有约1.6的折射率的光学级聚碳酸酯(PC)制成。与由PMMA制成的元件相比，由PC制成的透镜元件1002可具有用于获得相同发散角的更少的曲率。将领会，任何合适的光学级材料均可用于制造透镜元件1002，包括以上描述的聚合物、光学级玻璃等。
尽管图10所示的微透镜阵列912的实施例描绘了该阵列中包括的凸透镜表面将避开光发射表面910，但在一些实施例中，凸透镜表面1102可朝向光源118定位。相对于其中透镜表面1102避开光源118的示例而言，将凸透镜表面1102定位成面向光源118可在光经历透镜元件内的总内部反射之前导致相比较而言较高的入射角。进而，角度照明场并由此照明包络区域在透镜表面1102面向光源118时可更大。此外，将透镜表面1102定位成面向光源118可减少或消除一些表面涂层(例如，诸如MgF2之类的抗反射涂层)，否则在透镜表面1102按另一方向朝向的情况下可能应用这些表面涂层。
在每一透镜元件1002处扩散相干光的聚集效果可以是把截面光的强度/辐射分布从与入射相干光相关联的高斯分布整形成呈不同形状的照明分布。例如，在一些实施例中，少至六个透镜元件1002可足以形成期望的照明分布，诸如以上所述的呈“M”形的照明分布。
图12示意性地示出照明器102的另一实施例，该照明器102包括具有板的形式而非锲形形式的均质化光导1202。均质化光导1202被配置成经由光接收表面1204来接收来自光源118的光。光从总内部反射表面1206反射出，并被朝向光发射区域1208定向，在该光发射区域1208中，该光中的一些经由光发射表面1210发射。光发射表面1210被配置成部分内部反射表面，从而使光的一部分朝向总内部反射表面1206反射以供继续传播，同时允许另一部分逃脱。在一些非限制性示例中，光发射表面1210可被配置成在任何单独的反射实例处反射入射光的约95％，从而允许5％的光被发射到微透镜阵列912。经反射的光可重新遇到光发射表面1210并再次经历入射光的部分发射。这样的部分发射实例可被重复直到基本上被均质化光导1202接收的所有的光都被经由光发射表面1210发射。在一些实施例中，均质化光导1202可包括被定位在总内部反射表面1206对面的总内部反射区域，以保存并传播接收到的光，直到它到达光发射区域1208。
用于整形发射包络并增加表观源大小的又一方法包括使用光学组件120内的折叠光路。图13示出了照明器102的另一实施例。图13所示的实施例还描绘了接收来自光源118的光的至少一部分并将所接收的光发射到微透镜阵列912的反射光导1302的截面。光沿着折叠光路(在图13中被示为光路1304A、1304B和1304C)，同时经过反射光导1302。图13所示的折叠光路使允许总内部反射的补偿性角包括在反射光导1302内。在反射光导1302内使用补偿性角可提供对由光导的误放而引起的一个或多个反射误差的自校正。将领会，在一些实施例中，折叠光路可包括一个或多个反射镜，该一个或多个反射镜被合适地定位以实现该期望光路。
在图13所示的示例中，由水平地误放反射光导1302所引起的误差可由通过这些补偿性角度的反射来消除。例如，沿着光路1304B行进的光在光入口1306处被接收，并照到第一总内部反射表面1308，在该第一总内部反射表面处，光以第一角度1312朝向第二总内部反射表面1310反射。在第二总内部反射表面1310处，光以第二角度1314朝向光发射表面1316反射。这些总内部反射表面相对于彼此被布置成使得角1312与角1314互补，从而在退出光发射表面1316的光内不存在角误差。因此，光学组件120的潜在制造误差或影响可在可接受的容忍度内被自校正。
图14示出了描绘将照明光投射到图像环境中的方法1400的一实施例的流程图。将领会，方法1400可由任何合适的硬件来执行，包括但不限于本文中描述的硬件。此外，将领会，在图14中示出并在以下描述的方法1400的实施例是出于示例的目的来呈现的。在一些实施例中，参考图14描述的过程中任何一个均可用其他合适的过程来补充、被忽略和/或被合适地重新排序，而不背离本公开的范围。
在1402，方法1400包括使用多个表面发射激光器来生成相干光。例如，相干的可见光、红外光或接近红外的光可使用合适的表面发射激光器(如本文中描述的VCSEL和/或VECSEL)来生成。
在一些实施例中，方法1400可包括在1404使相干光均质化。使相干光均质化可增加光源的表观大小和/或可导致多个表面发射激光器表现为单个源。在一些这样的实施例中，在1404使相干光均质化可包括在1406，使用均质化光导来使照明光均质化。使光导均质化的非限制示例包括被配置成通过光的部分反射来沿着一个表面发射光，同时将来自另一表面的光全部反射到光导内的使光锲形均质化及使光板均质化。在其他实施例中，在1404使相干光均质化可包括在1408使用反射光导使照明光均质化。反射光导的非限制示例包括定义折叠光路的光导。在又一些实施例中，这样的均质化可被忽略。
在1410，方法1400包括将照明光传递至图像环境。在一些实施例中，将照明光转播至图像环境可包括在1412，经由透镜系统将光源的图像转播至图像环境。在一些这样的实施例中，图像源的表观大小可通过调整透镜系统的焦距、照明深度区域和照明包络区域来调整。
在一些实施例中，在1410将照明光转播到图像环境可包括在1414将经准直的光转播到图像环境。例如，如上所述，来自表面发射激光器阵列中的每一激光器的光可被准直，并随后以与来自该阵列中的其他激光器的经准直光不同的方向来定向。作为另一示例，微透镜阵列可用于将从合适的均质化光导接收的光传递到照明包络区域的不同部分。
在某些实施例中，以上所述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统绑定。尤其地，这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品。
图1所示的TOF深度相机100描绘了可以执行上述方法和过程中的一个或多个的计算系统的非限制性实施例的示例。例如，在图1所示的实施例中，光生成模块150可包括可执行来操作照明器102的指令，且深度信息模块152可包括可执行来操作图像传感器110并解释检测器114所检测到的图像信息的指令。尽管图1所示的各模块被示为TOF深度相机100内的不同的、独立的实体，但将领会，由这样的模块执行的功能可被集成和/或分布在整个TOF深度相机100和/或与TOF深度相机100本地地或远程地连接的计算设备上，而不背离本公开的范围。
TOF深度相机100包括逻辑子系统160和存储子系统162。TOF深度相机100可以任选地包括显示子系统164、输入/输出设备子系统166和/或图1中未示出的其他组件。
逻辑子系统160包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑子系统160可被配置成执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其它逻辑构造的一部分的指令。可以实现这样的指令为执行任务、实现数据类型、变换一个或多个组件的状态、或以其它方式达到所需的结果。
逻辑子系统160可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或可替代地，逻辑子系统160可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。逻辑子系统160的处理器可以是单核或多核的，而其上执行的程序可以被配置为进行串行、并行或分布式处理。逻辑子系统160可以任选地包括分布在两个或更多设备之间的独立组件，这些独立组件可以位于远程和/或被配置用于进行协调处理。逻辑子系统的各方面可以由云计算配置中配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储子系统162包括一个或多个物理、非瞬时设备，该一个或多个物理、非瞬时设备被配置为保持逻辑子系统160可执行来实现本文中描述的方法和过程的数据和/或指令。在实现这些方法和过程时，可以变换存储子系统162的状态(例如，保存不同的数据)。
存储子系统162可以包括可移动介质和/或内置设备。存储子系统162可包括光学存储器设备(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器设备(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器设备(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等等。存储子系统162可包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址、和/或内容可寻址设备。在某些实施例中，可将逻辑子系统160和存储子系统162集成到一个或多个单一设备中，诸如应用程序专用的集成电路(ASIC)或片上系统。
将领会，存储子系统162包括一个或多个物理、非瞬时设备。然而，在一些实施例中，在此描述的指令的各方面可以按暂态方式通过不由物理设备在有限持续时间期间保持的纯信号(例如电磁信号、光信号等)传播。此外，与本公开有关的数据和/或其他形式的信息可以通过纯信号来传播。
术语“模块”和“程序”可用于描述被实现为执行一个特定功能的计算系统的一方面。在某些情况下，可以通过执行由存储子系统162所保持的指令的逻辑子系统160来实例化模块或程序。将领会，可以从同一应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、函数等实例化不同的模块和/或程序。同样，可以由不同的应用程序、服务、代码块、对象、例程、API、函数等实例化同一模块和/或程序。术语“模块”和“程序”可涵盖单个或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。
在被包括时，显示子系统164可用于呈现由存储子系统162保存的数据的视觉表示。该视觉表示可采取图形用户界面(GUI)的形式。由于此处所描述的方法和过程改变了由存储子系统保持的数据，并由此变换了存储子系统的状态，因此同样可以转变显示子系统164的状态以视觉地表示底层数据的改变。显示子系统164可以包括使用实际上任何类型的技术的一个或多个显示设备。可以将此类显示设备与逻辑子系统160和/或存储子系统162一起组合在共享封装中，或者此类显示设备可以是外围显示设备。
当被包括在内时，输出/输出设备子系统166可被配置成将计算系统与一个或多个其他计算设备可通信地耦合。输入/输出设备子系统166可包括与一个或多个不同的通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，输入/输出设备子系统166可被配置成用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网来进行通信。在一些实施例中，输入/输出设备子系统166可允许计算系统经由网络(比如因特网)向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。输入/输出设备子系统166还可以任选地包括一个或多个用户输入设备(诸如举例来说键盘、鼠标、游戏控制器、相机、话筒和/或触摸屏)或与其对接。
应该理解，此处所述的配置和/或方法在本质上示例性的，且这些具体实施例或示例不是局限性的，因为众多变体是可能。此处所述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所示出和/或描述的各个动作可以按所示出和/或描述的顺序、按其他顺序、并行执行或者被忽略。同样，可以改变上述过程的次序。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置、此处所公开的其他特征、功能、动作、和/或特性、以及其任何和全部等效方案的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

Claims (10)

1.一种被配置成从被照明光照明的图像环境收集图像数据的飞行时间深度相机，所述飞行时间深度相机包括：
光源，所述光源包括被配置成生成相干光的多个表面发射激光器，所述光源包括所述多个表面发射激光器的所选形状的布置；
透镜系统，所述透镜系统被配置成将所述光源的图像投射到所述图像环境，所述透镜系统包括：
第一级，所述第一级被定位成使从所述光源接收的光聚合，以及
第二级，所述第二级被定位成接收来自所述第一级的光，所述第二级被配置成将所述光源的图像转播到所述图像环境中以照明所述图像环境；以及
图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的返回光的至少一部分。
2.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述多个表面发射激光器被布置成矩形形状。
3.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述透镜系统被配置成以与从第二表面发射激光器发射的经准直光不同的方向将从第一表面发射激光器发射的经准直光传送到所述图像环境。
4.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述多个表面发射激光器中的至少一者选自由垂直外部腔表面发射激光器(VECSEL)和垂直腔表面发射激光器(VCSEL)组成的分组。
5.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述透镜系统具有被配置成提供至少0.5m的照明深度区域的f数。
6.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，进一步包括定位在所述透镜系统的入射光瞳处的施密特板。
7.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述多个表面发射激光器中的每一者生成具有2度或更大角度发散的相干光。
8.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述透镜系统包括单个衬底，所述单个衬底具有被配置成接收来自所述光源的光的光接收表面以及被配置成将光传送到所述图像环境的光发射表面，其中所述光接收表面包括对所述第一级的第一处方进行编码的第一模式，并且其中所述光发射表面包括对所述第二级的第二处方进行编码的第二模式。
9.如权利要求1所述的飞行时间深度相机，其特征在于，所述第一级还被配置成将所述相干光整形成具有以下光分布的光：该光分布在较远离所述光的光轴的位置处比在较接近于所述光的光轴的位置处更强。
10.一种被配置成从被照明光照明的图像环境收集图像数据的外围飞行时间深度相机系统，所述外围飞行时间深度相机包括：
光源，所述光源包括被配置成生成相干光的多个表面发射激光器；
反射光导，所述反射光导包括折叠光路，所述折叠光路接收来自所述光源的所述相干光的至少一部分并发射所接收的相干光的所述部分中的全部，所述反射光导被配置成经由总内部反射来自校正一个或多个反射误差；
微透镜阵列，所述微透镜阵列被定位成接收从所述反射光导发射的光的至少一部分，所述微透镜阵列被适配成使从所述反射光导接收的光发散以供作为照明光投射在所述图像环境中；
图像传感器，所述图像传感器被配置成检测从所述图像环境反射的返回光的至少一部分；
逻辑子系统；以及
存储子系统，所述存储子系统保持可被所述逻辑子系统执行来基于由所述图像传感器从检测到的返回光生成的图像信息来生成关于所述对象的深度信息并将所述深度信息输出到计算设备的指令。
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