CN108604053B

CN108604053B - 编码图案投影仪

Info

Publication number: CN108604053B
Application number: CN201680068573.5A
Authority: CN
Inventors: 同·陈; 丘尼·高希; 劳伦斯·沃特金斯
Original assignee: Princeton Optronics Inc
Current assignee: Princeton Optronics Inc
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: JP7145073B2; US20170115497A1; EP3365729A1; EP3365729A4; KR20180088647A; KR102597579B1; JP2018534592A; US20180203247A1; US9946089B2; US10353215B2; WO2017069954A1; CN108604053A

Abstract

一种编码图案投影仪装置包括表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，其中所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成多个光束中的一个，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端。第一光学元件投影由所述表面发射发射器阵列生成的每个所述多个光束。第二光学元件使所述光束在第一维度中准直并且在第二维度中发散所述光束，使得所述光束形成至少一个条带图案。控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端。所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码条带图案。

Description

编码图案投影仪

本文所使用的章节标题仅用于组织目的，并且不应被解释为以任何方式限制本申请中所述的主题。。

相关申请的交叉引用

本申请是2015年10月21日提交的标题为“Coded Pattern Projector”的美国临时专利申请第62/244,397号的非临时申请。美国临时专利申请第62/244,397号的整体内容以引用方式并入本文中。

背景技术

许多成像应用从生成结构化光的照明系统受益。当将结构化光的已知图案的光投影到场景上时，图案的变形提供关于场景中的对象的各种表面和深度信息。例如，如用于3D成像和手势识别应用的那些的光学系统使用编码图案投影。为满足对使用结构化光的光学系统的不断增长的需求，在结构化光照明源和方法中需要改进。

附图说明

在结合附图而进行的以下详述中更特定地描述根据优选和示例性实施方式的本教导及其进一步优点。本领域的技术人员将理解，以下所述的附图仅用于说明的目的。附图不一定按比例绘制，相反，重点通常在于示出本教导的原理。附图不意图以任何方式限制申请人的教导的范围。

图1A示出用来生成本教导的编码图案的顶部发射VCSEL元件的材料结构的实施方式。

图1B示出用来生成本教导的编码图案的底部发射VCSEL元件的材料结构的实施方式。

图1C示出配置为单片阵列的二维VCSEL器件的实施方式的俯视图。

图2A示出用来生成本教导的编码图案的顶部发射RC-LED元件的实施方式。

图2B示出用来生成本教导的编码图案的底部发射RC-LED元件的实施方式。

图2C示出配置为单片阵列的二维RC-LED器件的实施方式的俯视图。

图3示出具有微透镜的表面发射阵列。

图4A示出具有整合式微透镜的顶部发射阵列元件的结构。

图4B示出具有整合式微透镜的底部发射阵列元件的结构。

图4C示出具有单片式地整合到共同衬底上的整合式微透镜阵列的表面发射阵列。

图5示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成条带或条纹图案并且将所述条带或条纹图案投影到区域中。

图6示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成条带图案并且将所述条带图案投影到区域中。

图7示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成均匀条带或条纹图案并且将所述均匀条带或条纹图案投影到区域中。

图8A示出本教导的4×4二维VCSEL阵列的实施方式。

图8B示出本教导的VCSEL阵列的实施方式的照片，所述VCSEL阵列安装于四方扁平封装壳体中并且连接至壳体引线。

图8C示出本教导的VCSEL阵列的输出束斑点图案的实施方式的图片。

图9A示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。

图9B示出在工作台顶部实验中由图9A中所示的布置生成的条带阵列的照片。

图10示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成聚结的多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。

图11示出用于将多个均匀条带投影到区域中的本教导的表面发射元件布局的实施方式。

图12示出包括微光学棱镜阵列的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。

图13示出包括两个DOE的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。

图14示出包括两个DOE的本教导的编码图案投影仪装置的实施方式。

图15示出包括蝇眼发散透镜的本教导的编码图案投影仪的实施方式。

图16为本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的实验工作台顶部设置的照片。

图17示出本教导的编码图案投影仪装置的VCSEL阵列的实施方式的掩模CAD绘图。

图18示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的所生成条带的阵列。

图19示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的完全地填充条带图案的照片。

图20示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的大视野条带图案的照片。

图21A示出包括本教导的微光学棱镜阵列的编码图案投影仪装置的实施方式。

图21B是图21A中所示的本教导的实施方式的特写视图。

图21C是图21A中所示的本教导的实施方式的俯视图。

图22示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影编码二维结构化图案。

图23示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影大结构化图案。

图24示出由本教导的编码图案投影仪的实施方式投影的大二维结构化图案的照片。

图25示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影完全地填充编码二维图案结构。

图26示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪从大VCSEL阵列投影图案的多个复制品。

图27A示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。

图27B示出本教导的源于通过DOE投影图27A中所示的图案的结构化图案。

图27C示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。

图27D示出本教导的源于通过DOE投影来自图27C的VCSEL元件的图案的束的编码结构化图案。

图28示出将多个完全地填充编码二维图案结构投影到大区域中的本教导的编码图案投影仪的实施方式。

具体实施方式

现在将参考如附图中所示的本教导的示例性实施方式更详细地描述本教导。虽然本教导结合各种实施方式和示例加以描述，但是本教导不意图限于这类实施方式。相比之下，本教导涵盖各种替代性方案、修改和等效物，如本领域的技术人员将了解。可以使用本文教导的本领域普通技术人员将认识在如本文所述的本公开的范围内的额外实现、修改，和实施方式，以及其他使用领域。

在说明书中对“一个实施方式”或“一实施方式”的涉及意味与实施方式相结合描述的特定特征、结构，或特性包括在本教导的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在说明书中的各种地方的出现不一定全部指的是同一实施方式。

应理解，本教导的方法的单独步骤可以按任何顺序和/或同时地进行，只要教导保持为可操作的。此外，应理解，本教导的装置和方法可包括任何数目的所描述实施方式或所描述实施方式中的全部，只要教导保持为可操作的。

本教导涉及用于投影结构化照明的编码序列的方法和装置。结构化光或结构化照明指的是以各种图案形成并投影于正通过传感系统成像或传感的特定区域中的光。投影到区域中的光图案具有特定空间图案。投影到区域中的特定空间图案可包括条带图案、斑点图案，和条纹图案。投影到区域中的空间图案可具有包围照射区域的暗的或未被照射的区域，或所述空间图案可为名义上全亮的，或所谓的完全地填充图案。光图案可为规则的或不规则的。光图案可在一个或两个维度中延伸。虽然本教导中所述的一些实施方式公开特定图案，但是本领域的技术人员将了解，本教导不限于本文所述的特定图案。

对于生成结构化光的光源合意的是为有效的、明亮的，易于成形，并且具有高可靠性。对于生成结构化光的光源也合意的是能够以高速率调变，并且在高温下操作。本教导的编码图案投影仪装置和方法使用表面发射阵列技术来生成照明。表面发射阵列从器件的表面生成光束的图案。表面发射阵列可为可寻址阵列。可寻址阵列允许阵列的单独元件，或阵列中的元件的分组被独立地电控制。例如，本教导使用从垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列或谐振腔发光二极管(RC-LED)阵列发射的光束投影结构化图像的编码序列。本教导的编码图案投影仪装置和方法可以用于如3D成像和手势识别应用中的光学系统。另外，在将从RC-LED和低成本高亮度VCSEL的可利用性受益的传感和3D成像领域中存在许多新兴应用。

VCSEL具有超越其他激光器，尤其边缘发射半导体激光器的许多有益性质。VCSEL可对于许多不同波长生成具有良好准直的辐射的圆形束或其他形状的束。VCSEL在变化的操作温度的情况下为稳定的，具有波长的小变化，能够在高温下操作并且具有非常高的长期可靠性。VCSEL可以具有非常短的脉冲和源于增益切换、松弛谐振性质的非常快的脉冲上升时间的高速脉冲率操作。

除了谐振腔LED具有较低性能参数之外，谐振腔LED(RC-LED)为类似于VCSEL的表面发射器件，因为它们是发光二极管(LED)而不是激光器。RC-LED借助于谐振腔具有与规则LED相比的改进的特性，所述谐振腔减少线宽并且改进输出束准直。RC-LED的谐振腔具有相比于VCSEL的腔的较低品质因数(Q因数)，使得RC-LED不进行激光发射。

本教导的VCSEL和RC-LED的一个特征在于它们可以大量地制造。表面发射器件诸如VCSEL和RC-LED非常适合于大量生产工艺。此外，将所有电触点安置在器件的一个侧上的VCSEL设计中的最新创新已使它们与电子学表面安装组装技术非常相容。这些和许多其他配置是可能的，并且更多细节公开于颁予Seurin等人的美国专利第8,675,706号和2011年12月24日提交的颁予Seurin等人的未决美国专利申请序列号13/337,098中。此专利和专利申请的整个内容以引用方式并入本文中。此专利和专利申请由Princeton OptronicsInc.Mercerville,NJ，本申请的受让人共同拥有。

基本双镜VCSEL仅可以低阶或单一横模在极低功率的情况下操作。在较高功率下操作VCSEL导致多模操作，使得即使激光束功率增加，束的亮度也不增加。使亮度增加的一个方法将使用第三镜面以在三镜配置中操作VCSEL，所述三镜配置增加谐振腔长度，从而使能在较高功率下的以低阶模的操作。在此配置中，功率由增益部分中的量子阱的增益和功率容量确定。

在一些实施方式中，本教导的高亮度VCSEL在单个控制的偏振中操作，所述单个控制的偏振通常为线性的。一些VCSEL在多个偏振中，或在单个偏振中操作，在所述单个偏振中，偏振的取向是随机的，并且可在不同的操作条件下改变。有可能通过将某种形式的双折射引入到谐振腔中来控制单个VCSEL或整个VCSEL阵列的偏振取向。双折射可以通过各种方法实现，包括改变孔径形状，引入折射率双折射，或使用刻写在VCSEL发射区域上的某种形式的线性光栅。

各种三维成像应用使用结构化光。结构化照明导致场景的不同区域中的唯一照明图案。摄影机可以偏轴放置并且用来记录复合结构化图像。关于投影结构的复合图像的适合的分析提供场景的图像的确定以及区域中的对象的深度信息。用来使用结构光实现三维成像应用的另一方法为立体成像。在立体成像中，两个摄影机用来使用结构化光照明观察对象，并且通过适当算法以与一双人眼创建用于人类的三维效应大致相同的方式生成三维方面。

用来3D成像和手势识别的各种结构化成像方法使用由衍射光学元件(DOE)界定的固定图案结构。替代地，将表面发射阵列配置用来界定图案结构。由偏移传感器记录的图像的失真关于投影照明结构加以分析以确定照射场景中的对象的深度和移动。使用表面发射阵列配置的方法的修改包括将表面发射阵列元件分成阵列元件的子组和使每个子组分开地或在多个子组中启动。使用阵列元件的子组在照射场景的部分区域中提供更大的灵活性，使得可更紧密地检查任何特定时间处的感兴趣的特定区域。

阵列元件的子组的使用描述于2008年6月12日公布的由Sylvain Becker等人创作的PCT公开第WO 2009153446 A2号中。在此公开中，表面发射阵列的子组被依次启动以减少激光散斑效应并且改进3D成像的灵敏度和分辨率。结构化光图案通过DOE掩模生成并且所得结构是条纹，但是也描述其他更复杂形式。

描述使用阵列元件的子组来生成结构光的现有技术的另一示例是2014年12月25日公布的颁予Zafrir Mor的美国专利申请公开第US 20140376092 Al号。在此申请中，作者描述了其中每列阵列元件分开地启动的表面发射二极管。来自一列元件的光通过DOE或圆柱形透镜传播以形成照明的条带。照明的条带通过透镜投影到区域中。因而，当所有列被照射时，一行条带被生成并且投影到区域中。列单独地或成分组地依次启动以生成不同条带照明图案的序列。因而，编码照明结构的序列可被形成并且用于3D成像、深度测量或手势识别。也描述了第二DOE，所述第二DOE可用来使图像倍增以提供照明场景或区域的较宽覆盖。

包括表面发射激光二极管阵列的表面发射阵列包括单独器件的规则或不规则2D阵列，所述单独器件各自传播具有固定的预定直径的束。单独表面发射阵列器件通过由如散热、电输入端接触垫和连接等的因素确定的距离分开。因此，束通常通过每个束的束直径的三倍或更多倍彼此隔开。因此，现有技术参考文献中所述的所得结构图案是中间具有显著大小的非照射区域的斑点或线性图案。

本教导的编码图案投影仪装置和方法的一个特征在于编码结构化图案的序列可为一维条纹或二维编码斑点图案。编码结构图案的这些形状提供较灵活和较高分辨率的3D成像或手势识别照明系统。本教导的编码图案投影仪装置和方法的额外特征在于表面发射阵列用DOE或非对称光学器件配置来形成不具有图案特征之间的间隙的图案。这确保用于极高分辨率成像的完全照明覆盖。本教导的编码图案投影仪装置和方法的额外特征在于将DOE掩模用来使编码图案倍增以增加照明的视野或视域。

在一些实施方式中，一个或多个传感器可以离轴定位以记录从区域中的对象反射的光。传感器的数目和位置取决于成像方法。此记录图像的关于结构化光发射图样的参数的分析使能关于区域中的对象的三维信息的确定。

VCSEL器件的各种实施方式使用于本教导的编码图案投影仪装置和方法中。在一些实施方式中，VCSEL器件包括顶部上的第一半导体多层分布式布拉格反射器(DBR)镜面和底部上的第二多层DBR镜面，所述第一半导体多层分布式布拉格反射器(DBR)镜面和所述第二多层DBR镜面形成激光器谐振腔。增益区域安置在第一镜面与第二镜面中间。增益区域可包括量子阱分组和孔径。孔径将启动电流限制在中央区域中以最大化与腔的光学模相同的区域中的量子阱中的增益。孔径还将光学模限定于那个区域。处于与激光器谐振腔的其他性质的关系中的孔径大小确定横模性质。横模性质包括单模与多模，和其他特征。

在一些实施方式中，VCSEL结构包括衬底上的多个外延生长层。电接触输入端形成于顶部表面和底部表面上以用于电流注入。使镜面中的一个部分地传输以使能输出激光束的发射。

VCSEL器件的增益和功率容量可通过提供量子阱的多个分组增加。量子阱的每个分组具有相关联的孔径以将电流和光学模限制于同一区域中。这导致传递到光学模中的高增益和功率。在一些实施方式中，隧道二极管元件位于量子阱的每个分组之间。隧道二极管元件传输电荷载流子。隧道二极管允许载流子隧穿通过隧道二极管的p-n结。用于高亮度VCSEL的阵列的技术已公开于2014年4月29日提交的颁予Seurin等人的美国临时专利申请序列号61/985776中。此临时申请的整个内容以引用方式并入本文。此临时申请也转让给Princeton Optronics Inc.Mercerville,NJ，本申请的受让人。

较多量子阱分组的使用在单模和多模配置两者中增加VCSEL中的功率。然而，为将操作限定于单模，孔径必须为小直径，使得较高阶模衰减。为进一步增加单模操作中的功率并且增加亮度，必须改变激光器腔参数以增加单模直径以从量子阱的多个分组的较大体积汲取功率。实现这的腔参数中的一个是腔长度。增加腔长度使激光发射模的直径增加并且导致可用来控制单模操作的较大孔径，因而增加增益体积以获得较高功率和亮度。

通过引入第三镜面增加VCSEL腔长度，所述第三镜面可以放置在远离VCSEL外延两个镜面结构的显著距离处。中间DBR镜面和第三镜面的组合形成用于激光器腔的同等镜面并且将腔长度增加至第三镜面与其他VCSEL DBR镜面之间的距离。可形成三镜面腔的若干实施方式，所述实施方式使用单独的镜面，直接粘合至VCSEL衬底或通过将镜面涂层沉积在与VCSEL外延结构相反的VCSEL衬底表面上粘合的镜面。

增益区域中的量子阱的多个分组和三镜谐振腔结构的使用的组合使单模功率和因而VCSEL器件的亮度增加超过两个数量级。用来增加VCSEL元件的亮度的第三镜面的使用同样可适用于VCSEL元件的阵列并且单个镜面可被用作用于阵列的所有元件的第三镜面。

单个VCSEL元件或VCSEL元件的阵列的光学模将以随机偏振进行激光发射，除非存在一些残余光学各向异性或双折射，以使所述光学模以控制的线性偏振进行激光发射。现有技术中已知的一个方法将使用椭圆形孔径或类似手段来引起VCSEL谐振腔中的充分各向异性以推动线性偏振模。也可以使用其他方法如使用具有外部腔VCSEL的偏振限定镜面、光栅或部件。

RC-LED器件的各种实施方式用于本教导的编码图案投影仪装置和方法中。在一些实施方式中，RC-LED器件包括顶部上的第一半导体多层DBR镜面和底部上的第二多层DBR镜面。第一镜面和第二镜面形成谐振腔。增益区域安置在镜面中间，所述镜面包括量子阱的分组，和任择地，孔径。孔径将启动电流限制在中央区域中以增加量子阱中的增益。孔径还将光学模限定于那个区域。在RC-LED中，顶部第一半导体DBR镜面具有相比于VCSEL的顶部第一半导体镜面的较低反射率。具体地说，顶部第一半导体镜面具有足够低的反射率以防止任何激光作用。谐振腔作用来通过使具有不与腔共振的波长的光的损耗增加来使来自量子阱的自发发射的线宽变窄。

具有与腔共振的波长的光在腔内来回跳动并且由量子阱放大。未由DBR反射器捕获的光传播出腔，传播出衬底，或吸收于衬底中。来自不与腔共振的波长的发射在腔中衰减。腔中的放大自发发射的一部分由输出DBR发射为非相干辐射的束。因为束是非相干的，所以在从区域中的对象反射的光中存在少得多的散斑。

RC-LED结构类似于VCSEL结构并且通常包括衬底上的多个外延生长层。电触点输入端形成于顶部表面和底部表面上以用于电流注入。使DBR镜面中的一个部分地传输以使能输出束的发射。

可通过提供量子阱的多个分组来以与VCSEL类似的方式增加RC-LED器件的增益和功率容量。量子阱的每个分组具有相关联的孔径以将电流和光学模限制于同一区域中，以获得传递到光学模中的高增益和功率。量子阱的每个分组中间的隧道二极管传输电荷载流子。隧道二极管允许载流子隧穿通过p-n结。

表面发射阵列布局可被配置为单个器件、器件的线性阵列，或器件的二维分组。这些各种器件和器件的分组可被分开地启动。将器件的各种配置的取向对准到DOE或非对称镜头，使得相邻图案元件的投影图像部分地重叠。这使相邻图像聚结成较大均匀图像。在一些实施方式中，第二DOE用来使图案倍增。在一些实施方式中，使多个图案交错，使得相邻的交错图像重叠。在这些实施方式中，来自启动元件的照明聚结成单个较大的图案元件。在一些实施方式中，发射器器件的二维分组在二维中延伸。这些实施方式生成相邻斑点重叠的斑点的顺序编码图案。这导致照明区域中的完全、二维覆盖。

可使用大小较大的密集堆积VCSEL阵列创建非常复杂的结构化图案。大小较大的VCSEL阵列可具有高达10mm的侧向尺寸。在一些实施方式中，VCSEL阵列尺寸可大于用来投影图案的透镜和DOE中的许多的直径。这将尤其为针对移动设备如移动电话和计算机平板设计的小系统的情况。在本教导的一些实施方式中，微光学棱镜阵列用来会聚VCSEL输出束，因此它们通过较小孔径的光学部件。微光学棱镜阵列也可以与DOE一起使用，以形成规则或随机分布中的线或斑点的甚至更大阵列。

本文通过使用表示在不同图中的示例性实施方式描述本教导的各种方面呈现了原理的广泛框架。出于描述的清晰性和容易性，每个实施方式仅包括少数方面。然而，在一个或多个实施方式中，来自不同实施方式的不同方面可被组合或分开地实践。本领域的技术人员可显而易见但未明确地展示或描述的在本发明的广泛框架内的代表性实施方式的许多不同组合和子组合不应被理解为限制性的。

本领域的技术人员将了解，各种表面发射器件配置可利用于本教导中。这包括配置为共同启动阵列的规则表面发射阵列和配置为单独或分组可寻址表面发射阵列的规则表面发射阵列。这也包括顶部发射表面发射阵列和底部发射表面发射阵列。这还包括延伸腔三镜VCSEL阵列和外部腔三镜VCSEL阵列。表面发射器件可包括单个元件，或表面发射器件可包括多个元件的阵列。元件的阵列可以在一维或二维中延伸。

图1A和图1B示出用来生成本教导的编码图案的典型VCSEL单元件和VCSEL阵列元件器件的元件的材料结构。图1A示出顶部发射VCSEL器件100的材料结构。简单的二端顶部发射VCSEL器件100构造于衬底102上，并且包括在与发射表面110相同的侧上的顶部电接触层108。包括一个或多个量子阱的光发射和增益区域104设置在两个介电反射器106和103之间。底部电接触层107形成在与顶部触点108的表面相反的表面上。电流限制孔径105控制驱动电流到光发射和增益区域104的流动，并且确定发射束的形状。使用孔径来获得所需要的束形状的此特征已描述于美国专利公开号2013-0163627中，所述美国专利公开已经以引用方式并入本文并且由本申请的受让人拥有。

光发射109从顶部发射VCSEL器件100的发射表面110发出。发射表面110与安置衬底102的器件的末端相反地安置。顶部触点108相邻于镜面106安置，并且底部接触层107相邻于衬底102安置。顶部发射VCSEL器件100被安装成衬底侧向下，使得光从安装的器件的上表面发出。另外，在一些实施方式中，减少衬底102的厚度，或完全地移除衬底102，作为用来实现有效散热的常见实践。

图1B示出底部发射VCSEL器件100’的材料结构。简单的二端底部发射VCSEL器件100’构造于衬底102’上，并且包括相邻于衬底102’安置的顶部电接触层108’。顶部电接触层108’也在与发射表面110’相同的侧上。光发射109’从发射表面110’发出。包括一个或多个量子阱的光发射和增益区域104’设置在两个介电反射器106’和103’之间。底部电接触层107’形成在与顶部触点108’的表面相反的表面上。电流限制孔径105’控制驱动电流到光发射和增益区域104’的流动，并且确定发射束的形状。

应注意，图1B中所示的底部发射VCSEL器件100’被安装成衬底侧向上，使得光从安装的器件的上表面发出。另外，在一些实施方式中，减少衬底102’的厚度，或完全地移除衬底102’，作为用来实现有效散热的常见实践。

本领域的技术人员可了解，代替单个VCSEL器件，多个VCSEL器件的阵列可被构造于单个衬底上。图1C示出配置为单片阵列的二维VCSEL器件的俯视图。更具体地说，多个VCSEL器件的二维阵列113构造于共同衬底114上。图1C中的每个点表示类似于图1A和图1B中所示的那些的VCSEL器件。二维阵列113中的所有VCSEL电地连接至衬底114，所述衬底充当阵列的共同端子。在VCSEL共同地发射的实施方式中，阵列中的每个VCSEL的其他电触点使用阵列表面上的共同金属化连接，所述共同金属化充当阵列的第二共同端子。替代地，在利用VCSEL的分开启动的实施方式中，做出到VCSEL阵列的有源层侧上的触点的单独的电连接。这些电连接表示用来施加电驱动信号的电输入端。当单独VCSEL共享共同金属化触点时，这些VCSELS将由施加到那个电输入端的共同电驱动信号驱动。对于使用顶部发射VCSEL器件的二维VCSEL器件阵列的实施方式(图1A)，做出到顶部接触层108的单独的电连接。对于使用底部发射VCSEL器件的二维VCSEL器件阵列的实施方式(图1B)，做出到底部接触层107’的单独的电连接。

VCSEL器件的阵列在向上方向上共同地发射。如图1C中所示的VCSEL阵列可称为VCSEL阵列芯片。在此特定示例中，VCSEL器件被布置来形成圆形VCSEL阵列芯片。可了解，VCSEL阵列芯片可以任何规则几何图案或不规则随机图案配置。在一些实施方式中，VCSEL阵列芯片可以安装在任何种类的热下支架上，所述热下支架描述于例如美国专利公开第2013-0163627号中，所述美国专利公开已经以引用方式并入本文并且由本申请的受让人拥有。

在一些编码图案3D成像和手势识别应用中，需要线性偏振结构化照明。在这些情形中，VCSEL阵列元件或整个VCSEL阵列的偏振取向通过将某种形式的双折射引入到谐振腔中来定向。参考图1A和图1B，在一些实施方式中，双折射通过形成孔径105、105’的非对称形状实现。替代地或另外，在一些实施方式中，引入折射率双折射。替代地或另外，在一些实施方式中，将某种形式的线性光栅刻写在VCSEL发射表面110、110’上。本领域的技术人员将显而易见可如何使用这些方法中的各种方法在阵列的不同区域中获得线性偏振的不同取向。使用这些技术，有可能生成具有结构化光图案的不同区域中的不同偏振的编码结构化光图案。此外，可通过使光学图案通过各种依赖偏振的元件如偏光器和波板获得不同图案。

在具有图1A和图1B中所示的二端VCSEL器件的实施方式中，VCSEL阵列芯片的两个端子位于VCSEL阵列芯片的两个相反末端上。对于一些应用，更便利的是将两个端子布置成放置在芯片的同一侧上。因而，本教导的一些实施方式利用具有芯片的同一侧上的两个端子的二端VCSEL器件。这些实施方式尤其适用于大量组装，其中表面安装技术或倒装芯片技术可用来将VCSEL安装在下支架或印刷电路板上。美国专利第8,675706号和第8,783893号描述用于设计和建造这种表面安装VCSEL阵列的方法。这些专利以引用方式并入本文并且转让给本申请的受让人。

VCSEL器件的增益和功率容量可通过提供量子阱的多个分组增加。量子阱的每个分组具有与所述分组相关联的孔径以将电流和光学模限制在同一区域中，以获得传递到光学模中的高增益和功率。在量子阱的每个分组中间需要传输电荷载流子的重要元件。这包括隧道二极管，所述隧道二极管允许载流子隧穿通过p-n结。用于高亮度VCSEL的阵列的技术描述于在2014年3月18日颁予Seurin等人的2014年4月29日提交的美国临时专利申请序列号61/985776中。此专利申请以引用方式并入本文并且转让给本申请的受让人。

较多量子阱分组的使用在单模和多模配置两者中增加VCSEL中的功率。然而，为将操作限制于单模，孔径必须为小直径，使得较高阶模衰减。为进一步增加单模操作中的功率并且增加亮度，必须改变激光器空腔参数以增加单模直径以从量子阱的多个分组的较大体积汲取功率。用来实现这的腔参数中的一个是腔长度。增加腔长度使激光发射模的直径增加并且导致可用来控制单模操作的较大孔径，因而增加增益体积以获得较高功率和亮度。

通过引入第三镜面增加VCSEL激光器腔长度，所述第三镜面可以放置在远离VCSEL外延双镜结构的显著距离处。中间DBR镜面和第三镜面的组合形成用于激光器腔的同等镜面并且将腔长度增加至第三镜面与其他VCSEL DBR镜面之间的距离。可形成三镜腔的若干实施方式，所述实施方式使用单独的镜面，直接粘合至VCSEL衬底或通过将镜面涂层沉积在与VCSEL外延结构相反的VCSEL衬底表面上粘合的镜面。

增益区域中的量子阱的多个分组和三镜谐振腔结构的使用的组合使单模功率和因而VCSEL器件的亮度增加超过两个数量级。第三镜面对于增加VCSEL元件的亮度的使用同样可适用于VCSEL阵列，并且单个镜面可被用作用于整个阵列的第三镜面。用于三镜腔延伸和外部VCSEL阵列的技术描述于美国专利第8,824,519号和第8,929,407号中。这些专利以引用方式并入本文并且转让给本申请的受让人。

图2A和图2B示出用来生成本教导的编码图案的典型RC-LED单元件和RC-LED阵列元件器件的元件的材料结构。图2A示出本教导的顶部发射RC-LED 215。顶部发射RC-LED215构造于基板202上。顶部电接触层208安置在与发射表面240相同的侧上。包括一个或多个量子阱的光发射和增益区域204设置在两个介电反射器217和203之间。反射器217为部分反射镜面，所述部分反射镜面传输共振自发发射束的一部分。底部电接触层207形成在与顶部触点208的表面相反的表面上。电流限制孔径205控制驱动电流到光发射区域的流动，并且还确定发射束的形状。光发射209从位于与安置基板202的器件的末端相反的发射区域240出现。顶部触点208和底部触点207分别邻近于有源层末端和衬底末端。顶部发射RC-LED215被安装成衬底侧向下，使得光从器件的上表面发出。另外，在一些实施方式中，减少基板202的厚度，或完全地移除基板202，作为用来实现有效散热的常见实践。

图2B示出底部发射RC-LED器件215’。简单的二端底部发射RC-LED器件215’构造在衬底202’上，并且包括相邻于衬底202’安置的顶部电接触层208’。顶部电接触层208’也在与发射表面240’相同的侧上。光发射209’从发射表面240’发出。包括一个或多个量子阱的光发射和增益区域204’设置在两个介电反射器203’和217’之间。底部电接触层207’形成在与顶部触点208'的表面相反的表面上。电流限制孔径205’控制驱动电流到光发射和增益区域204’的流动，并且确定发射束的形状。顶部电接触层208’且邻近于衬底202’，并且底部电接触层207’邻近于有源层。底部发射RC-LED器件215’被安装成衬底侧向上，使得器件中的光发射在通过箭头209’展示的向上方向上。虽然器件展示为具有它们的相应衬底，但是常见实践减少衬底202’的厚度，或完全地移除衬底202’以用于有效散热。

本领域的技术人员可了解，代替单个RC-LED器件，多个RC-LED器件的阵列可被构造于单个衬底上。图2C示出配置为单片阵列的本教导的二维RC-LED器件的俯视图。更具体地说，多个RC-LED器件的二维阵列218构造在共同衬底214上。图2C中的每个点表示类似于图2A或图2B中所示的那些的RC-LED器件。二维阵列218中的所有RC-LED电地连接至衬底，所述衬底充当阵列的第一共同端子。在RC-LED共同地发射的实施方式中，阵列中的每个RC-LED的第二电触点使用表面上的共同金属化连接，所述共同金属化充当阵列的第二共同端子。替代地，在利用RC-LED的分开启动的实施方式中，做出到RC-LED阵列的有源层侧的单独的电连接。对于使用顶部发射RC-LED器件的二维RC-LED器件阵列的实施方式(图2A)，做出到顶部接触层208的单独的电连接。对于使用底部发射RC-LED器件的二维RC-LED器件阵列的实施方式(图2B)，使单独的电连接通向到底部接触层207’。

RC-LED器件在向上方向上共同地发射。如图2C中所示的RC-LED阵列将称为RC-LED阵列芯片。在此特定示例中，RC-LED器件被布置来形成圆形RC-LED阵列芯片。可了解，RC-LED阵列芯片可以任何规则或不规则几何图案或随机图案配置。

图3示出具有微透镜的现有技术表面发射阵列。在一些实施方式中，表面发射阵列是VCSEL阵列。在一些实施方式中，表面发射阵列是RC-LED阵列。微透镜阵列321对准远离表面发射阵列300的焦距。微透镜阵列321使来自表面发射阵列300的光准直。使来自表面发射阵列的光准直增加从表面发射阵列发出的光的有效亮度。微透镜阵列321被定尺寸并且侧向地对准，使得每个微透镜元件320轴向地对准至发射元件光轴323。这导致来自表面发射阵列300的准直束322的平行阵列。在一些实施方式中，微透镜阵列321为在表面发射阵列300前方对准并且固定的单独的光学部件，如图3中所示。

在一些实施方式中，将微透镜与如图4A和图4B中所示的表面发射阵列元件整合。图4A示出具有整合式微透镜的顶部发射阵列元件的结构。外延生长层结构401生长在衬底402上，并且光发射器件制造于此结构中。顶部电触点408和底部电触点407连接至表面发射器驱动器以启动阵列。输出表面上的顶部电触点408具有孔径以允许输出束425的传播。在表面发射阵列的顶部上，在输出表面上沉积透明光学材料426，并且此透明光学材料通常通过反应性离子蚀刻(RIE)蚀刻或其他适合的制造工艺包括模制成形来形成凸透镜424。凸透镜424的形状被设计来给予正确的焦距，使得所述凸透镜使由发射阵列元件发射的束准直。在一些实施方式中，将微透镜直接制造于表面发射阵列上。

图4B示出具有整合式微透镜的底部发射阵列元件的结构。表面发射结构401’生长于衬底402’上，并且结构被设计使得输出束横穿通过衬底402’。电触点407’、408’连接至发射器阵列驱动器以启动阵列。衬底表面上的触点408具有孔径以允许输出束425’的传播。透镜427’被设计为具有形状以给予正确的焦距，使得所述透镜使由发射器阵列元件发射的束准直。在输出束横穿衬底的底部发射阵列的情况下，透镜可以按与图4A的实施方式相同的方式制作于衬底表面上或通过衬底的蚀刻直接形成于阵列的衬底中，所述蚀刻通过湿式蚀刻或通过RIE。用于实现具有整合式微透镜的VCSEL阵列的方法的细节描述于颁予KaiyanZhang等人的美国专利第6,888,871B1号中。此专利以引用方式并入本文并且已转让给本申请的受让人。

图4C示出具有单片式地整合到共同衬底上的整合式微透镜阵列的表面发射阵列。具有微透镜413的阵列元件制造于共同衬底414上。输出侧微透镜阵列428被制造成微透镜对准至发射阵列元件。在一些实施方式中，从微透镜阵列428发射输出束419的准直阵列。在一些实施方式中，微透镜阵列节距与VCSEL阵列节距相同，并且VCSEL阵列被对准并对齐到微透镜阵列以使VCSEL元件输出束准直。在一些实施方式中，微透镜阵列节距小于VCSEL阵列节距，并且微透镜阵列被对准并对齐到VCSEL阵列以使VCSEL元件输出束方向准直并会聚。在一些实施方式中，微透镜阵列节距大于VCSEL阵列节距，并且被对准并对齐到VCSEL阵列以使VCSEL元件输出束方向准直并发散。

图5示出本教导的编码图案投影仪装置，所述编码图案投影仪装置生成条带或条纹图案并且将所述条带或条纹图案投影到区域中。图5示出使用单个发射器元件530的实施方式。单个VCSEL元件530发射圆形束，所述圆形束通过透镜531准直并且被导向DOE 532。DOE 532使束形状在一个维中发散，但在另一维中维持准直束，从而形成条带图像533。在一些实施方式中，图像或空间图案为薄宽条带。在一些实施方式中，图像或空间图案为条纹图案。插图534、536示出实现所需要的投影束图案所使用的典型DOE结构的示例。

图6示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成条带图案并且将所述条带图案投影到区域中。单个表面发射元件630发射通过透镜631准直的束。圆柱形透镜634用来使束形状在一个维中发散，但在另一维中维持准直束，从而形成条带图像633。圆柱形透镜634可为凸的或凹的。在凸透镜的情况下，从透镜到结构化图案633的位置的距离比透镜焦距大得多。在一些实施方式中，圆柱形透镜为发散透镜。在一些实施方式中，圆柱形透镜为短焦距会聚透镜。是使用DOE或圆柱形透镜的决策将取决于投影图案的大小和视场以及所需要的组装装置大小。使用DOE为设计提供更多灵活性并且可投影较大的视场。应注意，在以下论述中，即使没有具体地陈述，圆柱形透镜可取代用于生成条带图像的DOE。

通过生成条带或条纹图案并且将所述条带或条纹图案投影到图5和图6的区域中的装置的实施方式产生的条带图像具有略微椭圆形状，这是使来自VCSEL的通常高斯分布束拉伸的结果。

图7示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成均匀条带或条纹图案并且将所述均匀条带或条纹图案投影到区域中。更均匀的条带通过使用配置于线性阵列中的多个VCSEL生成。VCSEL阵列735发射多个平行束，所述多个平行束通过透镜731准直并且导向DOE 732。在一些实施方式中，一行中的三个或更多VCSEL发射器用来生成均匀条带。DOE生成多个条带，所述多个条带叠加以形成单个更均匀的条带736。以此方式产生的实际条带的图片737展示于图7中。条带展现均匀条带图案。

本教导的方法和系统的一些实施方式描述VCSEL阵列对于生成光束的阵列的使用。本领域的技术人员将了解，可使用其他表面发射阵列技术代替VCSEL阵列。例如，RC-LED阵列在一些实施方式中可被用作表面发射阵列。在各种实施方式中，可以利用各种已知表面发射阵列技术。

因为投影到区域中的光的图案取决于由表面发射阵列生成的照明的图案，所以不同图案可通过选择性地启动表面发射阵列的发射器的不同分组投影到区域中。发射器元件的个体或分组可连接至通过表面发射器驱动器启动的特定触点。连接至表面发射器驱动器的控制器随后可选择性地启动特定序列中的像素的个体和/或分组。由控制器产生的空间图案的这些序列称为编码图案。

三维成像或手势识别的一些应用需要多个条带的阵列，使得可针对感兴趣区域中的若干对象获取深度信息。多个条带的阵列通过使用具有DOE的二维表面发射阵列获得，使得一个维中的VCSEL元件的线性行生成条带，并且随后第二维度中的线性行的阵列创建多个条带。用VCSEL元件的线性行生成条带结合图7加以描述。图8A至图8C示出本教导的二维VCSEL阵列的各种实施方式。图8A示出本教导的4×4二维VCSEL阵列840的实施方式。4×4VCSEL阵列840配置成每个元件单独地连接，因此每个元件可被分开地启动。用于VCSEL阵列的顶部金属化掩模具有VCSEL元件的孔径838和电接触引线839。在此可寻址VCSEL阵列840中，每个VCSEL元件具有其自己的单独接触引线和垫片，使得VCSEL可通过电驱动信号单独地启动。

图8B示出本教导的VCSEL阵列的实施方式的照片，所述VCSEL阵列安装于四方扁平封装壳体中并且连接至壳体引线。图8C示出本教导的VCSEL阵列的输出束斑点图案的实施方式的图片。在此实施方式中，在所有VCSEL元件启动的情况下展示VCSEL阵列输出束斑点图案。

图9A示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。来自二维VCSEL阵列940的输出束凭借透镜931通过DOE 932投影。来自VCSEL阵列940的行中的相邻元件的光聚结以形成光的均匀条带。DOE 932将条带941的阵列投影到区域中。每个条带可通过启动阵列中的VCSEL元件的对应行来分开地启动。因而，条带的不同图案可通过启动VCSEL阵列中的相关行来生成。图9B示出在工作台顶部实验中由图9A中所示的布置生成的条带的阵列的照片942。照片942展示完全启动的条带图案。对于3D成像或手势识别应用，可通过根据时间启动VCSEL阵列行的不同集合来投影不同的空间编码图案的序列。摄影机或其他2D传感器被离轴定位并且用来记录由投影图案的序列照射的对象的图像。所得失真条带图像的分析将提供关于对象的三维深度信息。所得失真条带图像的分析还可根据时间提供关于对象的三维深度信息。

表面发射元件生成具有介于光束之间的空间的光束，所述空间在大小上通常为两个或三个束直径。对于发射器设计的外围部分如接触环、台面围绕物，和无法消除的其他特征而言需要空间。因此，图9A至图9B中所示的条带具有介于期间的对应空间。用于高分辨率3D成像和手势识别的最佳投影条带图案将不具有这些间隙，但含有部分重叠的条带，使得相邻条带将聚结成较粗条带。用这种方法，整个场景将由条带图案覆盖，并且在成像和分析中不会错过位于间隙中的小对象或对象的部分。

图10示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式，所述编码图案投影仪装置生成聚结的多个条带的阵列并且将所述阵列投影到区域中。为获得聚结的条带图案1043，代替表面发射元件的方形阵列，插图1044示出具有元件的垂直列1045的表面发射阵列的图案，所述元件的垂直列安置成在水平方向上具有小偏移。请注意，出于示例的清晰性提供了对垂直和水平方向的参考。本领域的技术人员将了解，本教导不限于在特定方向上偏移的元件的行。偏移被设计，使得在垂直方向上减少相邻VCSEL元件间距。在一些实施方式中，元件位置的偏移的大小被设计为近似等于束大小。当来自具有偏移的表面发射阵列的输出束通过DOE投影时，它们形成在没有间隙的情况下并排成像的条带。因为束分布通常为高斯型，所以在一些实施方式中，将偏移调整成稍微小于束大小以产生小重叠以使相邻启动的条带的强度更均匀。以与图9A至图9B中所述的类似方式，可通过启动阵列中的对应VCSEL元件分开地启动每个条带。因而，可通过启动VCSEL阵列中的相关元件生成条带的不同图案。以此方式，可以生成完全地填充二进制编码图案。

以与以上结合图7所述的那个类似的方式，可通过将多个发射器元件使用于每个条带创建改进的更均匀条带。图11示出用于将多个均匀条带投影到区域中的本教导的表面发射元件布局。图11中所示的布局实施方式使用图10的实施方式的相同偏移图案，但是还包括有助于每个条带的多个VCSEL元件，这产生更均匀条带。VCSEL阵列布局1145具有三个成直线元件1147、1148的集合。三个成直线元件1147、1148的每个集合形成条带。三个成直线元件1147、1148的每个集合相对于元件的相邻集合偏移近似束的直径。图11也示出叠加在VCSEL阵列1145上的对应投影条带图案1146。图11中所示的投影条带图案1146为减小的大小，以便能够示出与VCSEL阵列1145的重叠。三个成直线元件集合1147将生成均匀投影条带1149。在这种情况下未启动的相邻的三个元件1148将产生相邻于照亮条带1149的未照亮条带1150。以相同方式，如结合图10所描述，可通过启动VCSEL阵列中的元件的相关集合生成条带的不同图案，并且可产生完全地填充二进制编码图案。在各种实施方式中，各种数目的表面发射元件包括在各种集合中。这包括包括少于三个元件和超过三个元件的集合。这也包括包括不同数目的元件的不同集合。

本教导的一个特征在于可使用相对大的表面发射阵列，并尤其是，大于编码图案投影仪装置中的后续光学元件的表面发射阵列。VCSEL阵列可被制造为大至10mm的正方形或甚至更大。在许多情况下，VCSEL阵列将大于用来形成条带图案的投影透镜和DOE。因此，VCSEL阵列的周边附近的发射束可错过透镜和DOE孔径，并且因而对投影图案的亮度和形状不起作用。此问题可使用安置在VCSEL阵列与DOE之间的光学元件加以解决。图12示出包括微光学棱镜阵列的本教导的编码图案投影仪装置和方法的实施方式。微光学棱镜阵列1252放置在VCSEL阵列1251的前面以使通常在由箭头1219所示的方向上发射的输出束朝向如由实线箭头所示的轴线弯曲。以此方式，束通过投影透镜1231孔径。插图1250展示微光学棱镜阵列1252的形式的实施方式的细节，其中呈现给VCSEL阵列1251的每个发射器1200的每个微光学棱镜阵列1252元件的表面角不同。具体地说，呈现给每个发射器1200的每个微光学棱镜元件的表面角对于较远离微光学棱镜阵列1252的中心的微棱镜按比例增加，使得接近于中心的束1253少量地弯曲并且在周边处的束1253弯曲得最多。在一些实施方式中，表面角被选择，使得存在通过透镜1231孔径的束的均匀分布。因而，微光学棱镜阵列1252用来使VCSEL输出束弯曲，因此它们将传播通过投影透镜的较小孔径和/或编码图案投影仪装置中的其他光学元件。DOE 1232从大VCSEL阵列1251生成大条带图案1241，所述大条带图案通过投影透镜1231投影。

VCSEL束的紧凑阵列从微光学棱镜阵列1252发出并且传播通过透镜1231并随后通过DOE 1232。DOE 1232衍射束以在区域中形成条带图案1241。DOE1232具有被设计来衍射VCSEL束的紧凑阵列的结构和基于发射器位置和呈现给每个发射器1200的每个微光学棱镜1252元件的表面角的束的特定传播角。

在一些实施方式中，使编码图案中的条带的数目增加以使用第二DOE扩展投影图案的视野，所述第二DOE可具有相比于第一DOE的不同结构。第二DOE的结构被设计来使整个条带图案倍增并且将它们的复制品安置在彼此旁边。图13示出本教导的包括两个DOE的编码图案投影仪装置。第二DOE 1354放置在第一DOE 1332后面。第一DOE的结构被设计来生成原始条带图案。第二DOE的结构被设计来以角1355衍射原始条带图案，所述角将原始条带图案的多个复制品1356彼此相邻地放置在区域中。以此方式，原始条带图案的多个副本被投影以形成大条带图案。在一些实施方式中，大条带图案包括多个相邻原始条带图案，其中原始条带图案源于VCSEL阵列1344的特定阵列图案和第一DOE1322的结构。因而，第二DOE创建条带阵列的多个副本并且将相邻副本的外侧条带的边缘对准以重叠，因此在用于相邻启动的VCSEL元件的照明中不存在间隙。

在一些实施方式中，额外DOE也可以用来产生完全地填充条带图案。图14示出本教导的包括两个DOE的编码图案投影仪装置。在图14的实施方式中，使用插图1440中所示的VCSEL元件的规则阵列图案。在此实施方式中，不存在VCSEL元件的偏移。来自规则阵列图案化VCSEL阵列的发射器的光通过透镜1431和第一DOE 1432以生成原始条带图案。为了将原始条带图案中的条带放置成彼此相邻，倍增器DOE 1454被设计来复制原始条带图案，各自使用小衍射角1457。衍射角1457被设定为与原始条带图案的条带宽度发散角近似相同。此衍射角交错原始条带图案1458、1459，将原始条带图案的交替条带放置在邻接条带图案的间隙中。

图14出于附图中的清晰性仅展示创建两个原始条带图案1458、1459的衍射。在一些实施方式中，更多的交错原始条带图案完全地填充条带之间的间隙。在一些实施方式中，三个交错原始条带图案生成完全地填充条状图案。在这些实施方式中，三个交错原始条带图案通过使用适当衍射角1457完全地填充间隙。一般来说，在图14的实施方式中，来自VCSEL阵列的输出光被传播通过第一DOE 1432以形成条带阵列，并且第二DOE 1454交错条带阵列副本，使得来自交替副本的相邻条带重叠并且在用于相邻启动的VCSEL元件的照明中不存在间隙。图14示出出于显示的清晰性水平地移置的原始条带图案。在一些实施方式中，原始条带图案不水平地移置。

本教导的一个特征是在本教导的编码图案投影仪装置的一个或多个DOE之后的束路径中的额外光学元件的使用。额外光学元件用来使投影图案适应区域中的不同视野条件。图15示出本教导的包括蝇眼发散透镜1559的编码图案投影仪的实施方式。来自VCSEL阵列1544的元件的光入射在透镜1531上，并且传递到DOE 1532以生成原始条带图案。在一些实施方式中，DOE 1532为一个或多个DOE。在一些实施方式中，一个或多个DOE由一个或多个圆柱形透镜替换。原始条带图案入射在蝇眼发散透镜1559上，所述蝇眼发散透镜用来扩展条带图案1561的角视野1560。本教导的包括蝇眼发散透镜的编码图案投影仪的实施方式适合于特写三维成像应用。本领域的技术人员将显而易见，如会聚透镜、发散透镜和棱镜的其他类型的额外光学部件可用来将编码结构化图案匹配到应用视场。

图16为本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的实验工作台顶部设置的照片。图16展示三十七发射器VCSEL阵列1640、准直/投影透镜1631和DOE部件1632。

图17示出本教导的编码图案投影仪装置的VCSEL阵列的实施方式的掩模CAD绘图。掩模CAD绘图指示三十七发射器VCSEL阵列1740，其展示单独VCSEL元件1738的布局。存在以六角形阵列布置的三十七VCSEL元件1738。

参考图16和图17两者，当VCSEL阵列1640、1740与透镜1631和DOE 1632一起设置时，生成条带的阵列。图18示出本教导的编码图案投影仪装置的实施方式的生成条带阵列1840。生成条带阵列1840也可称为原始条带图案。图18还示出VCSEL阵列发射图案1838，所述VCSEL阵列发射图样叠加在原始条带图案1840上以展示相对取向。原始条带图案1840的条带1836由于用于每个条带的多个VCSEL元件而为相当均匀的。在原始条带图案1840的条带1836之间存在空间，所述空间对应于VCSEL元件之间的空间。

本教导的一个特征在于，通过相对于DOE修改VCSEL阵列的取向以定位产生VCSEL元件之间的空间或间隙中的条带的VCSEL元件来获得完全地填充条带图案。图19示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的完全地填充条带图案的照片。图19还示出VCSEL阵列发射图案1944，所述VCSEL阵列发射图案叠加在完全地填充条带图案1943上以展示相对取向。在此实施方式中，VCSEL阵列发射图案1944相对于DOE旋转并且生成VCSEL元件行之间的间隙中的三个条带以生成不具有间隙的完全地填充条带图案1943。图19展示改变VCSEL阵列和DOE的对准以创建重叠的条带的效应。图19没有展示投影编码图案中的条带之间的间隙。

本教导的一个特征在于，条带图案可被扩展以填充较大的视场。以上与图13的包括第二倍增器DOE的实施方式的描述相关联地最初描述了此特征。图20示出由本教导的编码图案投影仪装置的实施方式生成的大视野条带图案的照片。图20还示出VCSEL阵列发射图案2040，所述VCSEL阵列发射图案叠加在大视野条带图案上以展示相对取向。VCSEL阵列发射图案2040束传播通过第一DOE以形成原始条带图案2036。束随后被导引通过第二倍增器DOE以形成条带图案的复制品2056。以这种方法，获得垂直于条带方向的水平方向上的宽照明视野。在图20中所示的实施方式中，在复制品之间存在大间距。如本领域的技术人员将显而易见，可通过修改第二倍增器DOE的设计结构调整或甚至消除复制品间距。在一些实施方式中，第二倍增器DOE用大角投影副本，在一些实施方式中，第二倍增器DOE用较小的角投影副本。通过改变DOE结构来改变投影角。

本教导的一个特征大于，其可用来将图案几何形状从一维编码条带图案扩展到二维编码图案。在这些实施方式中，图案元件将为斑点或形状的二维布置，而不是一维条带。相同概念将适用并且投影仪可按与本文所述的条带图案的编码序列类似的方式产生编码序列中的二维结构化图案的视野。

VCSEL阵列可被制造为大到10mm的正方形或甚至更大。在许多情况下，VCSEL阵列将大于投影透镜并且大于DOE，所述投影透镜和所述DOE用来形成代码结构化图案。因此，VCSEL阵列的周边附近的发射束可错过透镜和DOE孔径。图21A示出本教导的包括微光学棱镜阵列2152的编码图案投影仪装置和方法的实施方式。图21A为展示VCSEL束的弯曲的侧视图。微光学棱镜阵列2152放置在VCSEL阵列2151前面以使正常地将在由箭头展示的方向上发射的输出束朝向如由实线箭头所示的轴线弯曲，因此它们通过投影透镜2131的孔径。

图21B为三个VCSEL元件的特写视图，其展示使VCSEL束朝向穿过VCSEL阵列的中心的轴线弯曲的微光学棱镜的横截面。图21B展示微棱镜阵列2152的形式的实施方式的细节，其中呈现给VCSEL阵列2151的每个发射器2100的每个微光学棱镜元件的表面角不同。呈现给每个发射器2100的每个微光学棱镜元件的表面角对于较远离微光学棱镜阵列2152的中心的微棱镜按比例增加，使得接近于中心的束2153少量地弯曲并且在周边处的束2153弯曲得最多，使得存在通过透镜孔径的束的均匀分布。

图21C示出展示相对于阵列中的一个VCSEL器件的一个微光学棱镜元件的位置和形状的俯视图。图21C示出关于本教导的编码图案投影仪装置的VCSEL阵列元件2100的每个微光学棱镜阵列元件的位置。棱镜孔径2171对准到VCSEL元件2100和由VCSEL元件发射的束，并且随后在棱镜元件之间存在中间结构2170。

本教导的编码图案投影仪装置的一个特征在于，其可提供代码二维结构化图案。图22示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影编码二维结构化图案。VCSEL阵列可为规则阵列图案或不规则阵列图案。VCSEL元件被布置来形成斑点的结构化图案。在各种实施方式中，这些斑点可为圆形或一些其他形状。斑点的形状由单独VCSEL元件的孔径形状界定。投影透镜2231投影VCSEL阵列的图像以形成结构化照明图案2273。VCSEL阵列2251可使所有元件一起启动，或可为可寻址阵列，其中单独元件或元件分组被分开地启动。依次启动单独的元件或元件分组生成不同的编码结构化图案2273的序列。

具有微光学棱镜阵列的大VCSEL阵列的使用产生具有许多斑点的大结构化图案2273。依次启动不同VCSEL元件产生适合于复杂三维成像和深度传感应用的许多不同编码图案。微光学棱镜阵列2252可与VCSEL阵列分开地安装，或如图22中所示，其可使用用于更坚固结构的低指数透明粘合材料2272直接粘合至VCSEL阵列。

本教导的编码图案投影仪装置和方法的一个特征在于，其投影大结构化图案。图23示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影大结构化图案。图23示出使用DOE的斑点的大二维阵列的形成，所述DOE使二维VCSEL阵列输出在两个维度中倍增。来自具有插图2340中所示的图案的表面发射阵列的束由透镜2331投影并且束在DOE2362处被导向。DOE 2362在两个维度中创建VCSEL束阵列的相邻多个复制品以实现大二维结构化图案2363。复制品被布置成接近在一起，但不重叠，使得图案为斑点或形状的均匀大阵列。表面发射阵列2340为完全可寻址的，使得可通过启动表面发射阵列2340中的相关表面发射元件创建不同束图案。因而，阵列图案的编码序列可被投影并且复制到区域中的大视场中。在一些实施方式中，不同编码图案的此序列可被投影，并且摄影机或其他2D传感器离轴定位并且用来记录由这些投影图案照射的对象的图像。这些实施方式可使用于包括3D成像或手势识别应用的应用中。失真斑点图像的分析将为3D成像或手势识别应用提供关于对象的三维深度信息。

图24示出由本教导的编码图案投影仪的实施方式投影的大二维结构化图案的照片。图24的照片描绘结合图23所述的配置的实施方式。大二维投影图案为具有均匀间距的斑点的大阵列。来自非衍射图像的斑点的位置在照片中被标识，使得它们可与倍增图像有关。原始VCSEL阵列斑点图案2440在所有VCSEL元件启动的情况下展示于中心中。斑点图案的DOE投影复制品2463在两个维度中包围原始VCSEL阵列斑点图案2440。复制品被布置成接近在一起，但不重叠，使得图案为斑点或形状的均匀大阵列。图24中所示的照片表明覆盖完全视场的斑点的连续和均匀间距的阵列。可通过启动VCSEL阵列中的VCSEL元件的不同集合投影不同图案结构的编码序列。这些图案结构也可以通过以特定时间序列启动VCSEL阵列中的VCSEL元件的不同集合根据时间加以编码。

本教导的编码图案投影仪装置和方法的一个特征在于，其可投影完全地填充编码二维图案结构。图25示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪投影完全地填充编码二维图案结构。具体地说，图25示出可如何使用二维DOE倍增器以交错投影VCSEL阵列图像来生成斑点的紧密堆积阵列。相邻斑点被布置以重叠，使得当所有VCSEL元件启动时，它们聚结成较大斑点图像。在此实施方式中，DOE 2564包括使从表面发射束阵列2540发出的发射束的图案少量地偏移的结构。偏移距离近似为发射元件束直径。来自发射束的图案的DOE的结构的偏移在不同方向上出现。以此方式，重叠束斑点完全地填充投射图像2565。图25展示足以基本上完全地填充投影图像2565的四个重叠复制品。完全地填充投射图像2565的图表展示所有表面发射元件启动，产生覆盖完全视场的斑点的多个重叠阵列。可通过启动阵列中的表面发射元件的不同集合投影不同图案结构的编码序列。

本领域的技术人员可了解，束斑点的重叠可为任何所需要的量，并且不限于为近似发射元件束直径。束斑点的重叠可为多个束直径或非整数阵列节距。在一些实施方式中，使用在一个维中为阵列节距的3.3倍并且在第二维度中为阵列节距的4.7倍的重叠。

本教导的一个特征在于，可从大VCSEL阵列投影编码结构化图案的多个复制品。图26示出本教导的编码图案投影仪的实施方式，所述编码图案投影仪从大VCSEL阵列投影图案的多个复制品。图26描述DOE到图22中所示的实施方式的增添。图26示出生成斑点的大的，和非常密集的阵列的实施方式。在图26的实施方式中，使用微光学棱镜阵列2652通过投影透镜2631会聚来自大VCSEL阵列2651的输出束。DOE 2664定位在透镜2631之后，以创建VCSEL结构化图案的多个复制品以创建单个投影结构化图案2674。在一些实施方式中，多个复制品可布置成彼此相邻以形成较大图案。在一些实施方式中，可使复制品交错以增加图案密度并且用复制图案斑点完全地填充单个投影结构化图案空间。

本教导的一个特征在于，其可生成用于二维投影的编码结构化图案的序列。图27A至图27D示出使用VCSEL阵列和二维DOE倍增器创建编码结构化图案的示例，所述二维DOE倍增器从重叠图像创建结构化图案。图27A示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。图27B示出源于使来自图27A的VCSEL元件的图案的束通过DOE的结构化图案。图27A展示包括八个发射元件的VCSEL阵列图案2766。在这种情况下，VCSEL阵列不是规则阵列，而是发射元件2767的位置处于结构化的非规则阵列布局图案中。图27A的表面发射阵列布局图案在所有元件启动的情况下通过DOE投影，所述DOE生成具有偏移的四复制品，所述偏移为阵列大小的大小的¹/₄。这导致图27B中所示的中心图案2768，所述中心图案为图27A的VCSEL阵列芯片2766的四个象限的重叠。每个VCSEL元件斑点出于清晰性被编号，使得可标识重叠斑点的位置。例如，图27A中标记为1-8的阵列元件对应于结构化图案中具有相同编号的斑点。也就是说，来自图27A中标记为“1”的元件的光在由DOE投影并且展示于图27B中时表现为标记为“1”的多个斑点。发射器斑点中一些重叠以生成不具有间隙的较大斑点。应注意，出于理解中的清晰性，仅有限数目的表面发射元件使用于图27A至图27B中所示的图解中。本领域的技术人员将显而易见，通过使用适当地间距的较大数目的发射元件，可获得投影图案的那种完全覆盖。

图27C示出本教导的编码图案投影仪的实施方式的VCSEL元件的图案。图27D示出本教导的源于使来自图27C的VCSEL元件的图案的束通过DOE的结构化图案。图27C展示表面发射元件中的一半没有被启动，如由空心圆圈所示出。图27D展示具有相较于图27B中所示的那个的不同结构的所得叠加结构化图案。本领域的技术人员将显而易见，可通过依次启动表面发射元件的不同集合生成许多不同图案代码。因而，不同编码图案的序列可被投影，并且摄影机或其他2D传感器离轴定位并且用来记录由这些投影图案照射的对象的图像。本教导的此实施方式可使用于3D成像或手势识别应用中。失真斑点图像的分析将为3D成像或手势识别应用提供关于对象的三维深度信息。

在图27A至图27D中所示的实施方式中，使用表面发射阵列芯片大小的1/₄的重叠。在各种实施方式中，各种其他重叠比例可用来获得具有不同复杂性水平的不同图案结构。另外，在一些实施方式中，DOE可被设计来创建多个复制品，所述多个复制品将生成重叠图案2766的多个副本。一些实施方式包括被设计来创建超过四个复制品的DOE。复制品的此重叠和数目为示例性的。许多其他组合是可能的，并且本领域的技术人员将显而易见。

本教导的编码图案投影仪装置和方法的一个特征在于，其可将多个完全地填充编码二维图案结构投影到区域中的大区域中。图28示出将多个完全地填充编码二维图案结构投影到大区域中的本教导的编码图案投影仪的实施方式。图28示出第二倍增器DOE对于增加图25中示出的交错阵列的图像视野的使用。复制图案对接在一起，使得当所有表面发射器启动时，总投影图案为完全地填充的。第一DOE 2864生成完全地填充编码二维图案。第二倍增器DOE 2875放置在第一DOE 2862之后，以投影完全地填充编码二维图案的相邻复制品2869。这些相邻复制品2869可通过第二倍增器DOE 2875结构的适当设计放置成稍微重叠，以产生彻底完全地填充的扩展结构化图案。

根据先前章节中提供的描述，可了解，本教导的原理可应用于构造广泛顺序编码的图案，一维条带图案和二维斑点图案两者。表面发射阵列还可以与微透镜阵列或微棱镜阵列耦接，这允许表面发射器束的准直、投影和聚焦中的更多的灵活性。

具有透镜和DOE的表面发射阵列使它们与广泛的电子模块组装工艺非常兼容，并且它们可以与表面安装模块发射阵列组装成具有传感器和IC器件的模块。设计的模块化和表面安装方面对于通过大量生产模块来减少制造成本成其具有吸引力。因为表面发射阵列可使用不同材料加以构造，所以不同波长发射器件可以模块化方式组合在一起以创建多波长模块。本领域的技术人员将显而易见本文所公开的原理的这些和其他优点。

虽然参考少许特定实施方式描述了本教导的宽泛框架，但是可通过应用本文所述的元件的组合和子组合配置其他实施方式，这取决于特定的表面发射结构化照明应用。将对本领域的技术人员显而易见的不同实施方式的变化和修改在本发明的范围内并且由所附权利要求书覆盖。

等效物

虽然申请人的教导结合各种实施方式加以描述，但是申请人的教导不意图限于这类实施方式。相反，申请人的教导包括可在不脱离本教导的精神和范围的情况下在本教导中做出的各种替代性方案、修改和等效物，如本领域的技术人员将了解。

Claims

1.一种编码图案投影仪装置，包括：

a) 表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成多个光束中的一个，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端；

b) 第一光学元件，所述第一光学元件安置在由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的光学路径中，所述第一光学元件投影由所述表面发射发射器阵列生成的所述多个光束中的每一个；

c) 第二光学元件，所述第二光学元件安置在所述多个光束的所述光学路径中，所述第二光学元件使所述多个光束在第一维度中准直并且使所述多个光束在第二维度中发散，使得所述多个光束形成至少一个条带图案；以及

d) 控制器，所述控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码条带图案；以及

e) 微棱镜阵列，所述微棱镜阵列安置在所述表面发射发射器阵列与所述第一光学元件之间，所述微棱镜阵列包括各自对准到所述多个发射器中的相应一个的多个微光学棱镜元件，所述微棱镜阵列使所述多个光束弯曲，使得它们传播通过所述第一光学元件的孔径，其中呈现给所述多个发射器中的所述相应一个中的每一个的所述微棱镜阵列的所述多个微光学棱镜元件中的每一个的表面角从所述微光学棱镜阵列的中心按比例增加。

2.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件是在所述第一光学元件之后安置在所述多个光束的所述光学路径中。

3.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件包括透镜。

4.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件包括准直透镜。

5.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件包括衍射光学元件(DOE)。

6.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件包括圆柱形透镜。

7.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少三个被安置以形成所述表面发射发射器阵列的行，使得所述至少一个条带图案中的至少一个包括均匀条带图案。

8.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些被安置以形成所述表面发射发射器阵列的第一行，并且所述多个发射器中的至少一些其他发射器被安置以形成所述表面发射发射器阵列的第二行，其中所述第一行和所述第二行偏移，使得所述条带图案中的至少两个聚结。

9.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些包括发射器分组，并且其中包括所述发射器分组的所述多个发射器中的每一个的所述相应电输入端为同一电输入端。

10.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件复制所述至少一个条带图案中的每一个并且以对应角度投影每个复制条带图案。

11.如权利要求10所述的编码图案投影仪装置，其中所述对应角度中的每一个被选择来投影条带的不重叠阵列。

12.如权利要求10所述的编码图案投影仪装置，其中所述对应角度中的每一个被选择以投影条带的聚结图案。

13.如权利要求10所述的编码图案投影仪装置，其中所述第三光学元件为衍射光学元件(DOE)。

14.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件安置在所述光学路径中，所述第三光学元件产生所述所需要的编码条带图案的所需要的视场。

15.如权利要求14所述的编码图案投影仪装置，其中所述第三光学元件包括蝇眼透镜。

16.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括VCSEL阵列。

17.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括高亮度VCSEL阵列。

18.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括RC-LED阵列。

19.如权利要求1所述的编码图案投影仪装置，其中所述表面发射发射器阵列包括高亮度RC-LED阵列。

20.一种编码图案投影仪装置，包括：

a) 二维表面发射发射器阵列，所述二维表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成光束，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，其中由所述多个发射器生成的所述光束形成二维光束图案；

b) 第一光学元件，所述第一光学元件安置在由所述二维表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的光学路径中，所述第一光学元件投影所述光束的二维图案；

c) 第二光学元件，所述第二光学元件安置在由所述二维表面发射发射器阵列生成的所述多个光束的所述光学路径中，所述第二光学元件复制所述光束的二维图案，借此生成多个二维光束图案，所述多个二维光束图案以相应角度投影以产生复制二维图案；

d) 控制器，所述控制器具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生所需要的编码复制二维图案；以及

e) 微棱镜阵列，所述微棱镜阵列安置在所述二维表面发射发射器阵列与所述第一光学元件之间，所述微棱镜阵列包括各自对准到所述多个发射器中的相应一个的多个微光学棱镜元件，所述微棱镜阵列使所述多个光束弯曲，使得它们传播通过所述第一光学元件的孔径，其中呈现给所述多个发射器中的所述相应一个中的每一个的所述微棱镜阵列的所述多个微光学棱镜元件中的每一个的表面角从所述微光学棱镜阵列的中心按比例增加。

21.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个二维光束图案以相应角度投影，所述相应角度产生不重叠的复制二维图案。

22.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个二维光束图案以相应角度投影，所述相应角度产生聚结的复制二维图案。

23.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个二维光束图案以相应角度投影，所述相应角度产生偏移光束的所述二维图案的大小的¹/₄的复制二维图案。

24.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些包括发射器分组，并且其中包括所述发射器分组的所述多个发射器中的每一个的所述相应电输入端为同一电输入端。

25.如权利要求22所述的编码图案投影仪装置，进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件复制所述聚结的复制二维图案以产生多个聚结的复制二维图案，所述第三光学元件以相应角度投影所述多个聚结的复制二维图案中的每一个。

26.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述第一光学元件包括透镜。

27.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述第二光学元件包括衍射光学元件(DOE)。

28.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述二维表面发射发射器阵列包括VCSEL阵列。

29.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述二维表面发射发射器阵列包括高亮度VCSEL阵列。

30.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述二维表面发射发射器阵列包括RC-LED阵列。

31.如权利要求20所述的编码图案投影仪装置，其中所述二维表面发射发射器阵列包括高亮度RC-LED阵列。

32.一种编码图案投影仪装置，包括：

a) 表面发射发射器阵列，所述表面发射发射器阵列包括多个发射器，所述多个发射器中的每一个响应于电驱动信号生成成形光束，所述电驱动信号施加到所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，其中由所述多个发射器生成的所述成形光束形成以轴线为中心的二维成形光束图案；

b) 微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括多个微光学棱镜元件，所述多个微光学棱镜元件中的每一个对准至所述表面发射阵列的所述多个发射器中的相应一个，其中呈现给所述表面发射阵列的所述多个发射器中各自的相应一个的所述微棱镜阵列的每个微光学棱镜元件的表面角从所述微光学棱镜阵列的中心按比例增加，使得二维成形光束图案朝向所述轴线弯曲；

c) 透镜，所述透镜被安置来接收所述二维成形光束图案，所述透镜产生所述二维成形光束图案的图像，以及

d) 控制器，其具有多个电输出端，所述多个电输出端中的每一个连接至所述多个发射器中的每一个的相应电输入端，所述控制器生成所需要的电驱动信号，所述所需要的电驱动信号产生成形光学斑点的二维图案的所需要的编码图像。

33.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，其中由所述表面发射阵列生成的所述多个成形光束中的每一个的形状由所述表面发射阵列的所述多个发射器中的相应一个的孔径形状界定。

34.如权利要求33所述的编码图案投影仪装置，其中由所述表面发射阵列生成的所述多个成形光束中的每一个的所述形状为圆形形状，并且成形光学斑点的二维图案的所述所需要的编码图像为圆形光学斑点的二维图案的编码图像。

35.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，其中由所述透镜接收的所述二维成形光束图案完全地填充所述透镜的孔径。

36.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，其中由所述透镜接收的所述二维成形光束图案均匀地填充所述透镜的孔径。

37.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，其中所述微棱镜阵列整合到所述表面发射阵列上。

38.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，其中所述多个发射器中的至少一些包括发射器分组，并且其中包括所述发射器分组的所述多个发射器中的每一个的所述相应电输入端为同一电输入端。

39.如权利要求32所述的编码图案投影仪装置，进一步包括第三光学元件，所述第三光学元件复制所述二维成形光束图案的所述图像，以产生所述二维成形光束图案的多个图像，所述第三光学元件以相应角度投影所述二维成形光束图案的所述多个图像中的每一个。