CN113253475A - 可切换式漫射器投射系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种系统包括：光源、可切换式漫射器、结构光检测器和飞行时间传感器。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飞行时间传感器解析。

Description

可切换式漫射器投射系统和方法

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)。

在一些实施例中，光投射系统包括若干个二极管。

在一些实施例中，系统还包括：检测器，其被配置为：基于目标物的一个或多个泛光反射以及目标物的阵列反射来采集光信息；其中当处理引擎执行机器可读指令时，使得系统对检测器接收的光信息进行多路解编。

在一些实施例中，可切换式漫射器包括聚合物液晶混合物，所述聚合物液晶混合物具有响应于施加电压的分子取向(orientations)。

在一些实施例中，可切换式漫射器包括聚合物分散型液晶。

在一些实施例中，可切换式漫射器包括聚合物网络液晶。

在一些实施例中，所述第一预定模式使得从可切换式漫射器的第二表面投射出的光包括交替的泛光脉冲(bursts of flood light)和准直光束，以实现时分复用发射。

在一些实施例中，第一电压条件为0V的施加电压，并且第二电压条件为1V到50V之间或者更大的施加电压。

在一些实施例中，所述第一预定模式包括：在图像采集周期，在第一电压条件和第二电压条件之间切换系统两次或更多次，以实现泛光投射与准直光投射的预定比率。

在一些实施例中，预定振荡模式被配置为：实现泛光与准直光的预定投射比率。

在一些实施例中，所述预定振荡模式被配置为：实现泛光与准直光的预定投射比率，且该投射比率为1:1。

在一些实施例中，所述预定振荡模式被配置为：实现泛光与准直光的预定投射比率，且该投射比率为10:1。

在一些实施例中，所述预定振荡模式被配置为：实现泛光和准直光的预定投射比率，且该投射比率约为1:1至10:1。

在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质还被配置为具有保存在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：根据第二预定模式在第一条件和第二条件之间对控制源进行振荡；并且第二预定模式包括：在第一图像采集周期，在第一电压条件和第二电压条件之间切换两次或更多次，以实现泛光投射与准直光投射的第二预定比率，并且其中第二预定比率区别于第一预定比率。

在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质还被配置为具有保存在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：根据检测到的环境光条件和交易安全条件中的一个或多个，调整第一图像采集周期和第二图像采集周期中的一个或多个的时间周期。

根据另一个方面，光投射方法包括：投射若干路准直光束；提供具有第一表面和第二表面的可切换式漫射器，该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：允许准直光束的至少一部分作为阵列而从第二表面传播出；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。

在一些实施例中，投射若干路准直光束包括：投射来自于波导器件的若干路准直光束，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；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。

根据另一个方面，根据本发明的系统包括：被配置为生成光(例如红外线光)的光源；投射结构，其被配置为：接收生成的光线，并且相应地投射若干路准直光束(在此统称为光投射结构)；以及具有第一表面和第二表面的可切换式漫射器。在一些实施例中，可切换式漫射器与诸如电压源的控制源耦合。虽然其他控制源可以采用现有技术(例如电流源等)实现，但本公开文本通常示例性的采用电压源，且并不旨在进行限制。可切换式漫射器被配置为：对从第一电压条件(例如0V)切换到第二电压条件(例如1-50V)的电压源做出响应，以从第一状态切换到第二状态。当可切换式漫射器处于第一状态时，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，对若干路准直光束进行漫射，并将泛光投射出第二表面。当可切换式漫射器处于第二状态时，可切换式漫射器被配置为：对入射到其上的若干路准直光束基本透明，并允许若干路准直光束作为阵列(例如点阵列)从第二表面传播出。示例性的系统还可以包括检测器，其被配置为：基于目标物的一个或多个泛光反射以及目标物的点阵列反射，来采集光信息。在一些实施例中，系统被配置为：对检测器接收的光线信息进行多路解编。

在一些实施例中，本发明的示例性系统设有控制器，以操控和调节系统元件的运行。控制器可以包括与非暂时性计算机可读介质电连接的处理引擎，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，当处理引擎执行机器可读指令时，使得系统进行各种操作。例如，在某些情况下，当执行指令时，将使得系统根据预定振荡模式，在第一电压条件和第二电压条件之间振荡电压源。在一些实施例中，预定振荡模式使得从可切换式漫射器第二表面投射出的光包括交替的泛光脉冲和准直光束，以实现时分复用发射。在一些实施例中，预定振荡模式包括在图像采集周期在第一电压条件和第二电压条件之间转换系统两次或更多次，以实现泛光投射与准直光投射的预定比率(例如1:1-10:1,1:1-100:1,1:10-1:1,或1:100-1:1等范围内的任何一个)。

在一些实施例中，本发明的系统可包括既配备有结构光检测器(即非飞行时间传感器，例如IR点阵列检测器)又配备有飞行时间(“ToF”)检测器的模块。结构光检测器和飞行时间传感器都可以被配置为接收从光投射系统投射的光脉冲的光反射，但是每者可以不同地捕获、转换、过滤和/或评估所述光(或者产生可能被不同地过滤和/或评估的信号)以获得关于从光投射系统投射的光所入射到的物体的特征、结构和/或深度信息。

然而，在一些实施例中，包括结构光检测器和飞行时间传感器二者的系统的光投射子系统可以包括单个光源和单个可切换漫射器。这种光源和可切换漫射器可以根据此处讨论的这些元件的一个或多个特征进行操作。在一些实施例中，本发明的系统可以包括与结构光检测器和飞行时间传感器连接的控制器，并且控制器被配置为：在给定图像采集周期内仅操作结构光检测器和飞行时间传感器中的一个，例如，在“ToF模式”或“非ToF模式”中(ToF模式是指在给定图像采集周期内仅操作飞行时间传感器的情况，而“非ToF模式”是指在给定图像采集周期内仅操作结构光检测器的情况)。在其他实施例中，该控制器可以被配置为：在给定图像采集周期内一起操作结构光检测器和飞行时间传感器。例如，在“混合模式”中(混合模式是指：控制器使结构光检测器和飞行时间传感器的操作(连同系统500的其他元件的操作，例如，可切换漫射器状态变化的时间，在系统的光投射子系统内的光源发射的时间等)同步，以使两种检测器可以在给定图像采集周期内相干地(coherently)操作)。

在采用飞行时间传感器的一些实施例中，控制器可以基于来自用户的输入(例如，用户选择)或者基于一个或多个检测的条件(例如，照明条件、组件状态检测等)在模式之间切换。例如，在ToF模式、非ToF模式或混合模式下的系统操作之间切换。

在一些实施例中，本发明的技术方案包括系统，其包括：红外线检测器，该红外线检测器被配置为：基于目标物的一个或多个泛光反射以及目标物的结构光阵列反射来采集光信息；飞行时间(ToF)检测器，其被配置为：对目标物表面反射的(或不同目标物的多个表面反射的)返回光之间的时间差进行检测；并且被配置为：基于返回光反射的不同部分之间的时间差，来确定与该表面的不同部分相关联的一个或多个深度测量；以及具有第一表面和第二表面的可切换式漫射器，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。在一些此类实施例中，在第一状态，可切换式漫射器可以被配置为：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。在第二状态，可切换式漫射器可以被配置为：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。在某些实施例中，光投射系统包括与非暂时性计算机可读介质电连接的处理引擎，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。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，以使若干个准直光脉冲在单个图像采集周期内从所述可切换漫射器投射出来。在一些实施例中，ToF传感器和结构光传感器被配置为：在单个图像采集周期内接收来自于准直光的相同脉冲中的一个或多个的准直光的反射。

在一些实施例中，可以控制可切换漫射器来发射准直光束的脉冲，该准直光束的脉冲实现了飞行时间传感器所解析的准直光束的调制。

所述调制可以是脉幅调制、脉频调制、连续波幅度调制以及连续波频率调制中的一个或多个。

在一些实施例中，本文提供的技术还涉及方法，该方法用于执行与本文的示例性系统相关的功能。

本文在此所公开的系统、方法和非暂时性计算机可读介质的这些和其他特征，以及操作方法、结构相关元件的功能、部件的组合和产品的经济性，将通过下文的描述以及参考附图的从属权利要求变得更加清楚，所有这些形成了本说明书的一部分，其中附图标记标明了各附图中的相应部分。然而需要明确理解的是，附图仅用于说明和描述，而不作为对本发明的限制。

附图说明

本发明的各种实施例的特征在所附的权利要求中进行了阐述。所述详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施例，以及其附图。为了更好地理解本发明的特征和有益效果，可参考详细描述了利用本发明的原理的阐述性实施例的具体说明，该说明所附的附图包括：

图1为根据本发明各实施例的示例性系统的示意图。

图2为示例性系统的侧面视图，根据本发明的各实施例，该系统采用单一光源和可切换式漫射器以时分复用的方式投射泛光和光点。

图3A显示了根据本发明的一个或多个实施例，基于从第一电压条件切换到第二电压条件所引起的可切换式漫射器上的施加电场的变化，示例性可切换式漫射器在示例性系统布局中的第一位置上的操作变化。

图3B显示了根据本发明的一个或多个实施例，基于从第一电压条件切换到第二电压条件所引起的可切换式漫射器上的施加电场的变化，示例性可切换式漫射器在示例性系统布局中第二位置上的操作变化。

图3C显示了根据本发明的一个或多个实施例，基于从第一电压条件切换到第二电压条件所引起的可切换式漫射器上的施加电场的变化，示例性可切换式漫射器在示例性系统布局中第三位置上的操作变化。

图4显示了一示例性架构，其描述了根据本发明的一个或多个实施例所应用的控制器的各个子组件。

图5为根据本发明的各实施例的另一个示例性系统的示意图，其包括将飞行时间(ToF)检测器和红外检测器和可切换式漫射器结合的模块。

图6显示了根据本发明的一个或多个实施例所应用的示例性方法的流程图。

附图并非旨在穷举或将本发明仅限制在所公开的内容。应当理解的是，可以对本发明进行修改和变化，并且所公开的内容仅受权利要求及其等效内容的限制。

具体实施方式

专利申请号为16/036,776、16/036,801和16/036,814的美国专利申请的公开内容和附图在此通过全部整体引用而被并入本申请。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，各说明书中的相似特征和元件可以替换或重新应用于下文所述的一个或多个元件。

图1显示了根据本发明的一个或多个实施例的示例性系统，其用于实现3D特征检测。参考图1,用于实现3D特征检测的系统100可以包括安装到模块110(此模块具有结构的、光学的和/或电气的支撑)的光投射子系统130和检测器120，以及和模块110(或模块110的一个或多个元件)可操作连接的控制器140。如本文所详细描述的，光投射子系统130可配置为在图像采集过程中选择性地既生成泛光又生成点阵光投射，而无需在给定的模块内安装和使用多个不同的光投射系统。系统100可应用于多个系统或设备，例如手机、计算机、平板电脑、可穿戴设备、车辆等。

光投射子系统130可以含有各种元件，包括一个或多个光源(例如光投射系统130的组件)，更多细节参见图2-5。该光投射子系统130的光源可以将预定的或随机图案的结构化或柱状光束投射到表面上。该结构化或柱状光可以被耦合入和穿过光投射子系统130的一个或更多个其他光学和光电元件，例如镜头和/或可切换式漫射器元件。在操作过程中，从该可切换式漫射器元件发射出的光可被导向至目标对象的表面(例如面部)。对象表面的反射光可通过一个或多个检测器120(例如相机传感器)进行采集。检测器120采集的光线信息可用于确定深度信息(在柱状光反射的情况下，基于相对于参照物的位移和变形)以及对象特征信息(在泛光反射的情况下，基于波长/频率)。可基于检测器120采集的反射光确定各类其他光学衍生参数。在一些实施例中，检测器被配置为：或系统的指定元件，或相对于系统的指定参考点接收远端对象多个位置的外耦合光束(out-coupled beams)反射，以确定多个位置相对于系统或系统指定元件的距离，或指定参照点相对于系统的距离。

如图所示，光投射子系统130和检测器120可安装到或耦合到相同的模块结构(例如模块110)。在一些实施例中，光投射子系统130和检测器120被安装到或耦合到不同的模块。但在每种情况下，检测器可以被设置为：设定相对于光投射子系统120的取向(orientation)，以使检测器元件的光传感器可接收到投射子系统的光在远端对象多个位置上的反射。接收到的反射可用于确定多个位置相对于预定参照点(例如光投射子系统130的位置)的距离。在一些实施例中，对象表面单个位置的虚拟反射平面可用作参照物，投射光在参照物上的反射可被预定为参考反射光束。表面拓扑结构(例如在面部表面情况下的面部特征)可根据检测到的反射光束和参考反射光束之间的差异进行确定，其表现为参考反射光束的位移或变形。这种确定方法作为三角测量法是已知的。

图2为根据本发明的一个或多个实施例的示例性系统100的组装图示的侧面视图，示例性系统100用于投射来自于光投射子系统的泛光和光点，以实现3D特征检测。参考图2，示例性的光投射子系统130(参见图1)包括光源132、光投射结构134以及可切换式漫射器136。示例性的光投射结构134可以是光束阵列投射结构，使得投射的光束阵列在表面上(例如2D表面、3D表面等)形成阵列(例如点阵列)。在操作过程中，光源发出的光穿过光投射结构134和可切换式漫射器136，并到达对象目标(图中未显示)以用于成像。检测器120(参见图1)可包括光传感器122，其被配置为接收和处理从成像目标所反射的光。在一些例子中，检测器120可包括一个或多个其他光学或光电元件，以过滤、连通或将所需反射光导向至光传感器122。图2中显示的滤光器124为示例性的光学元件，其可与光传感器122结合使用。

光源132可以包含任何形式的光源。例如，光源132可发射红外(IR)光，或在电磁光谱范围内的任何其他可见光或不可见光。例如，光源132可以包括单个激光器(例如边发射激光器，垂直腔面发射激光器(VCSEL))，具有光准直的发光二极管(LED)或类似装置。可选地，光源132可以包括多个激光器或二极管(例如边发射激光器阵列，VCSEL阵列，LED阵列)。光源132可包括美国专利申请16/036,776、16/036,801和16/036,814所公开的一个或多个光源，其全部内容通过引用的方式在此并入本发明。

光投射结构134可以包括波导器件，波导器件被配置为：接收光源132发出的光，以及投射多个点光束。在此类实施例中，从光源132发出的光可从任何表面或表面部分耦合进光投射结构134，和/或从任何表面或表面部分耦合出光投射结构134。

光投射系统130可包括美国专利申请16/036,776、16/036,801和16/036,814所公开的一个或多个光投射装置和光投射结构，这些美国专利申请的全部内容通过引用的方式在此并入本发明。在一个非限制性示例中，一些实施例的光投射系统130可以包括投射镜结构，例如美国专利申请16/036,801中的投射镜结构231，其可被配置为：对光源发出的光线进行准直，和/或投射任意的或结构化的点阵列。例如，根据不同应用的工作距离要求，通过投射镜结构231进行准直的投射光束阵列的激光束腰在10毫米到1米范围内变化。因此，投射镜结构231可对输出光进行准直，以在所需距离(例如根据应用情况在10厘米至10米范围内)形成清晰的图像(例如点阵列)。在另一个非限制性示例中，美国专利申请16/036,801公开的任何光栅结构可用作、采用本发明中所描述的光源132、投射镜和/或波导器件134中的一个或多个，或和其一起或结合使用。在另一个非限制性示例中，光投射子系统130可以包括美国专利申请16/036,801中的系统102。

在一些可替代的实施例中，光投射子系统130可以包括多个二极管(例如诸如边发射激光器阵列或VCSEL阵列的激光器，诸如LED阵列的二极管)，或生成光束阵列的任何其他结构，该光束阵列被设置为撞击作用于可切换式漫射器材料的至少一部分上。光投射系统130可包括美国专利申请16/036,776、16/036,801和16/036,814公开的结构或系统中的一个或多个，其全部内容通过引用的方式在此并入本发明。

在一些可替代的实施例中，光投射子系统130可以包括衍射光学元件(“DOE”)以与VCSEL阵列结合而生成多个点。例如，如果VCSEL阵列包括150个点(例如准直光的光束)，与其结合使用的DOE可有效提供10X的倍增器以在输出平面上生成1500个点。在另一个示例中，如果VCSEL阵列包括300个点(例如准直光的光束)，与其结合使用的DOE可有效提供100X的倍增器以在输出平面上生成30000个点。可采用任何类型的DOE，包括可生成随着基础VCSEL阵列而生成任意倍增的点的DOE(例如10X-100X,或更大，或更小)。

在一些实施例中，光投射结构134发出的光束可从光投射结构134的表面耦合出。然后可选地，光束可穿过可切换式漫射器136，以被投射至空间内。可切换式漫射器136可被配置为：接收来自光源132的光束，并将光束(采用相同或修改的形式)投射到具有需成像的远端对象的环境中。作为替代方式，光束也可直接从光源132投射到可切换式漫射器136内和空间内。在一些采用了光投射结构134的实施例中(如图所示)，光投射结构134可以包括用于控制投射光束的方向的各种镜头或镜头组合(例如1片至6片单独镜头)。

可切换式漫射器136可以包括基于混合物的任何液晶或聚合物，该混合物具有响应于所施加电压的可调分子取向，其包括例如任何现有技术中的混合物。例如，可切换式漫射器136可包括任何聚合物液晶混合物，或任何其他液晶混合物。在一些实施例中，可切换式漫射器136可以包括液晶和聚合物的互不相溶的混合物，例如聚合物分散液晶(PDLC)或聚合物网络液晶(PNLC)或数字光处理(DLP)材料。此类混合物结合了液晶的光电属性和聚合物的结构属性。

在一些实施例中，可切换式漫射器136在未受到实质性电场影响的情况下，可表现出光散射属性。例如，PDLC类型的可切换式漫射器136可以提供这种光散射属性。在采用PDLC类型的可切换式漫射器136的一些实施例中，液晶内部聚合物的浓度可以在20％-60％之间，以实现散射。在采用PDLC类型的可切换式漫射器136的一些实施例中，液晶内部聚合物的浓度可以在60％-80％之间。聚合物在液体/聚合物乳液中发生固化，以使液晶液滴在聚合物结构中分离出来。每个液滴内的液晶分子局部有序(localized order)，但每个液滴可相对于混合物中的其他液滴随机排列。在采用可切换式漫射器136的一些实施例中，小液滴尺寸和PDLC混合物中液滴的各向同性取向的结合，将在无实质性电场的情况下导致高光散射结构。

当向PDLC类型的可切换式漫射器136施加实质性电场时，混合物中的液晶液滴取向将改变，当光线耦合进结构并从另一侧穿出时，光散射的程度降低。根据本发明的一个或多个实施例，如果向PDLC类型的可切换式漫射器136施加足够大的电场，可切换式漫射器136的结构将达到得基本透明的状态，以使耦合进的光线穿过时发生极少散射或无散射。

类似地，例如PNLC类型的可切换式漫射器136也可以提供这种光散射/扩散属性。PNLC类型的可切换式漫射器136包括遍及整个结构的聚合物链网络，液晶内部的聚合物的浓度可以约为1％至15％之间。和PDLC类似的，在施加合适电场的情况下，PNLC可以在实质散射状态和实质透明状态之间进行切换。

可切换式漫射器136还可以进一步包括与散射元件结合的附加层。此类附加层可与PDLC或PNLC材料结合以提供偏振稳定性、结构支撑和导电性。

相应地，可对可切换式漫射器136进行控制，以根据施加的电场，设定至少两种不同状态(即扩散/散射状态和透明状态)中的一个。基于本发明的目的，扩散/散射状态在此还可以被称为“第一状态”或“关闭状态”，透明状态在此还可以被称为“第二状态”或“开启状态”。

如图2所示，系统100可包括控制器140，其可操作地与光传感器122、光源132和可切换式漫射器136中的一个或多个连接。控制器140可配置为：启动光源132，使光源132进行光投射。控制器140还可以进一步被配置为：在控制器140启动了光源132后，对光传感器122接收的图像信息进行处理。控制器140还可以进一步被配置为：选择性地向可切换式漫射器136施加电场(例如电压)，以实现关闭状态(扩散/散射状态)和开启状态(透明状态)之间的切换。控制器140可以被配置为：实现光传感器122、光源132和可切换式漫射器136的同步运行，以实现泛光和点投射的时分复用传播。

特别地，控制器140可以被配置为：当光源132发出的光(其可选地通过光投射结构134)在可切换式漫射器136的第一表面耦合进去，以及在可切换式漫射器136的第二表面耦合出来时，选择性地对应用于可切换式漫射器136的电场进行振荡。这种可选的振荡会使得可切换式漫射器136在关闭和开启状态之间切换，从而使得在第一时间段内，从可切换式漫射器136的第二表面射出的光包含泛光投射，以及在第二或后续的时间段内，从可切换式漫射器136的第二表面射出的光包含点投射。

可切换式漫射器136可采用任何方式，以及通过被配置为控制适当电场施加的任何元件的组合而启动。例如，参照图2，控制器140可与电路连接，该电路包括可将电压施加至可切换式漫射器136的电压源。导电元件142和/或144可集成到或连接到可切换式漫射器136，从而在可切换式漫射器136上施加电场。控制器140可通过与其连接的电路，选择性地对施加于可切换式漫射器136的来自于电压源的电压进行调节。在一些实施例中，控制器140可启动将电压源与一个或多个导电元件142和/或144连接和/或断开的开关。

图3A显示了从第一电压条件切换到第二电压条件引起的可切换式漫射器136上施加的电场发生变化，从而使一个示例性的可切换式漫射器136的操作发生变化，其中第一电压条件和第二电压条件(以及相应地可切换式漫射器136的“关闭”状态和“开启”状态)之间的变化受控制器140(图中未显示)的控制。

如图所示，当电压源被控制为向可切换式漫射器136(上部附图表示为136a)输送第一电压(图3A中的上部附图采用变量V1表示)时,可切换式漫射器可保持在其自然状态，并作为入射光的漫射器/散光器。这可以被称为“关闭”状态。在一些实施例中，第一电压V1可以为0V，其中“关闭”状态实际对应于从可切换式漫射器136的视角“关闭”的电压。然而，应当理解的是，“关闭”状态不一定必须要与关闭的电压源的电压相对应。

在一些实施例中，当第一电压约为0V和1V之间时，可切换式漫射器136的“关闭”状态可实现。在其他实施例中，当第一电压为任何允许或使得可切换式漫射器的聚合物结构内的液晶保持或实现分子排布或取向(该分子排布或取向使耦合进的光在穿过时变得实质性分散且由此提供泛光投射)的电压时，可切换式漫射器136可实现“关闭”状态。

如图所示，在第一电压条件下，光源132可提供耦合进光投射结构134的光。从投射结构134投射的光可包括若干个点投射，以形成点阵列(即，以结构化或随机模式投射的多个窄光束)。点投射在图3A中一般采用附图标记135来表示。点投射135可入射到可切换式漫射器136的第一表面，或耦合进可切换式漫射器136。在第一电压条件下，耦合到可切换式漫射器136的点投射135通过可切换式漫射器136的分子结构发生散射。由此，可切换式漫射器136将其第一表面接收的入射的结构光135转换为从第二表面投射出的泛光。从可切换式漫射器136a第二表面投射出的泛光在图3A中一般采用附图标记137来表示。

在对图3A中的下部附图进行讨论前，应注意可切换式漫射器136在上部附图中采用附图标记136a来表示，以表示“关闭”状态(或称为漫射器/散射器状态)，并在下部附图中采用附图标记136b来表示，以表示“开启”状态(或称为透明或实质透明状态)。即图3A中的可切换式漫射器136a(阴影部分)和136b(无阴影部分)为相同的可切换式漫射器，只是基于施加(或视情况而未施加)不同的电场或电压(在第一电压条件和第二电压条件之间)而具有不同的操作状态。

如图3A中的下部附图所示的，当电压源被控制为向可切换式漫射器136(在下部附图中采用附图标记136b表示)输出第二电压(在图3A的下部附图中采用变量V2表示)时，可切换式漫射器的分子取向可能会发生变化，以使可切换式漫射器对入射光透明或实质性透明。该状态称为“开启”状态。在一些实施例中，第二电压V2可以在1V至50V的范围内，其中“开启”状态实际上对应于从可切换式漫射器136的视角“开启”的电压。然而，应当理解的是，“开启”状态不一定必须对应于开启的电压源的电压。

如上所述，应当理解的是，上文中提到的“关闭”状态不一定必须对应于关闭的电压源的电压，并且“开启”状态不一定必须对应于开启的电压源的电压。在一些实施例中，“开启”状态和“关闭”状态可被设定为与上文所讨论的状态相反的状态。也就是说，第一电压条件可实现“开启”状态，以使与可切换式漫射器耦合的点投射通过可切换式漫射器的分子结构实质上未散射地穿过，并且第二电压条件可实现“关闭”状态，以使与可切换式漫射器耦合的点投射通过可切换式漫射器的分子结构而发生散射/漫射，并且作为泛光而从可切换式漫射器耦合出。因此，第一电压条件下的可切换式漫射器(实现“开启”状态)可能会由此产生点阵列投射，第二电压条件下的可切换式漫射器(实现“关闭”状态)可能会由此产生泛光投射。

在一些实施例中，可切换式漫射器在其自然状态下或第一电压条件下对耦合的点投射呈实质性透明状态(例如当施加的电压约为0V至1V时)，并且在其非自然状态下或第二电压条件下对耦合的点投射呈散射/漫射状态(例如当施加的电压约为1V至50V时)。根据所需使用习惯，上述任何一种情形均可称为“开启”状态或“关闭”状态。

在一些实施例中，可切换式漫射器136的“开启”状态可在第二电压为0V时实现。在其他实施例中，当第一电压为任何允许或使得可切换式漫射器136的聚合物结构内部的液晶保持或实现使可切换式漫射器对入射光呈透明或实质性透明状态的分子布局或取向，并由此使来自光投射结构134和/或光源132的耦合进的光在穿过时不发生实质性扩散、漫射或其他实质性干扰光的窄光束点投射特性的发散现象，由此提供将要投射到目标物表面的且反射回检测器120(如图1-2所示)的结构化或随机模式的点光束的电压时，可切换式漫射器136可以实现“开启”状态。

如图3A中的下部附图所示的，在第二电压条件下，光源132可继续提供耦合进光投射结构134的光。如上文所述的，从光投射结构134投射的光还是包括多个点投射(即采用结构化或随机模式投射的多个窄光束)。点投射135可入射到可切换式漫射器136的第一表面，或耦合进可切换式漫射器136。在第二电压条件下，与可切换式漫射器136耦合的点投射135并未通过可切换式漫射器136的分子结构发生实质性散射。因此，可切换式漫射器136可使在第一表面接收的点光束135穿过并离开第二表面，并作为窄光束点投射继续向前。从可切换式漫射器136b的第二表面射出的点投射在图3A中一般采用附图标记138表示。

虽然图3A显示(仅是示例性的)了可切换式漫射器136位于光投射结构134(投射镜头)的后侧，但是可切换式漫射器136也可布置在与光投射子系统130的元件相关的其他位置。例如，在一些实施例中，可切换式漫射器可设置在光源132和投射镜头134之间，如图3B所示(采用共同的附图标记来表示与上文所述的图3A都具有的元件)。在另一个示例中，光投射结构134和/或光源132由若干个元件组成，可切换式漫射器可设置在这些元件中的任何元件之前、之间或之后。例如，当光投射子系统130包括光引擎(例如VSCEL)和波导器件或衍射元件(例如DOE)时，可切换式漫射器可设置在任何这些元件之前、之间或之后。

例如，如图3C所示，光投射子系统130可包括衍射光学元件(“DOE”)139，以与VCSEL阵列133结合而生成多个点，可切换式漫射器136可位于它们之间。其他例子也是可行的，本领域内技术人员基于本发明可以想到，任何包含可切换式漫射器的有序布置方式均可用于本发明所述系统的实施。在其他示例中，例如，图3A或图3B中的光源132可以包括图3C中的VCSEL阵列133a和DOE133b，并且可切换式漫射器可设于任何此类元件之前、之间或之后。应当理解的是，所示配置仅作为描述本说明书的示例，其他布置和变化也可以在不超出本发明的范围内被实施。

再次参考图1-2，控制器140可根据一个或多个设备运行能力或要求、环境条件、默认的或用户定义的设置或任何其他输入，对上述元件进行操作以使其同步。例如，如果光传感器122被控制为在1/60秒内以给定的帧采集图像信息，控制器140会使可切换式漫射器136在该时间段内(在该时间段内图像信息以给定的帧被采集)，在“关闭”状态和“开启”状态之间进行切换。也就是说，对于给定帧的采集，控制器140会进行可切换式漫射器136的切换操作，以使点投射反射和泛光投射反射在以该帧进行光捕捉的时间段内均可以被检测器122接收到(采用如上文所述的时分复用的方式)。在一些实施例中，控制器140可被配置为：以比图像采集的帧速率快2-100倍的速率，对施加于可切换式漫射器的电场进行振荡。在一些实施例中，控制器140可被配置为：以比图像采集的帧速率快100倍的速率还快的速率，对施加于可切换式漫射器的电场进行振荡。

图4显示了包含控制器140的各种子组件的示例性架构，通过控制器140的执行操作，并结合系统100的一个或多个其他元件(包括光投射子系统130和检测器120的任何一个或多个元件)，可以启用本发明的一个或多个特征。如图所示，控制器140可以被配置(或可操作地耦合)为：具有一个或多个处理引擎150和一个或多个机器可读指令160，当一个或多个处理引擎150执行机器可读指令160时，将启用本发明的一个或多个特征。机器可读指令160可保存在机器可读介质上。机器可读指令160可具有机器可读代码，机器可读代码包括激活组件161、场操作组件(field manipulation component)162、同步组件163、动态调整组件164和/或一个或多个其他组件165。

激活组件161可以被配置为：检测何时需要使用成像系统100，以及相应地使系统100激活光投射子系统130和/或检测器120的一个或多个元件。例如，如果用户的手机安装有系统100，用户的输入指示了3D面部识别请求(或其他3D拓扑投影)，激活组件161可识别出用户提供的指示，并使系统100激活光投射子系统130的光源132和/或检测器子系统120。激活组件161还可被配置为：确定光投射子系统130和/或检测器子系统120的运行状态。如果光投射子系统130和/或检测器子系统120的运行状态令人满意，则激活组件161激活场操作组件162。

场操作组件162可以被配置为：使系统100向光投射子系统130的可切换式漫射器136元件施加电场、调整向光投射子系统130的可切换式漫射器136元件施加的电场，或从光投射子系统130的可切换式漫射器136元件移除电场。例如，场操作组件162可以使控制器140将来自电压源的电压施加到可切换式漫射器136、调整该电压或移除该电压。通过施加、调整或移除该电场，场操作组件162可使可切换式漫射器136在“关闭”状态(漫射/散射状态)和“开启”状态(透明状态)之间来回切换。场操作组件162可被配置为：根据系统100的其他元件(例如检测器120和控制器140的其他组件)的操作，来对其操作进行计时。在实施上述操作时，场操作组件162可调用同步组件163确定、保存或提供的信息。

同步组件163可以被配置为：通过检测器子系统120和/或控制器140与检测器子系统120的结合，来确定所进行的或能够进行的图像采集的运行速度或速率，实施中或具有实施能力的图像采集速度。此外，同步组件163可确定或控制这些元件的操作时序，并通知场操作组件162。例如，如上所述的，如果光传感器122被控制为以每秒60帧(这意味着对于给定帧，图像采集在1/60秒或更短的时间内进行)采集图像信息，同步组件163可以识别此运行能力(基于检测或基于预设定/保存的信息)，并可以进一步向激活组件161和场操作组件162的至少其中之一提供开始和/或停止时间。换言之，在一些实施例中，同步组件163可以被配置为具有时钟，其可与激活组件161和场操作组件162(或系统100的任何其他组件)的操作结合使用，以同步功能，从而实现所需性能。指定情形下的所需性能可进行预定，或者其可在给定一个或多个其他可检测条件下进行动态调节。可通过动态调整组件164的全部或部分来启用当前公开的技术中的动态调节特征。

动态调整组件164可以被配置为：检测一个或多个内部或外部的条件或请求，其需要调整到系统100的任何默认或预定的操作设置。动态调整组件164可以被与一个或多个其他组件165结合操作的一个或多个传感器或检测引擎通知。例如，系统100的默认设置可以使场操作组件162操作以使可切换式漫射器136在“开启”和“关闭”状态之间进行切换，从而使得在以单帧采集图像时，泛光137投射的时间和点138投射的时间的比率为1:3。也就是说，在给定帧的1/4图像采集时间内，泛光137从可切换式漫射器136的第二表面投射出，在给定帧的3/4图像采集时间内，点投射138从可切换式漫射器136的第二表面投射出。但是，如果动态调整组件164检测到系统100的外部环境中的环境光提供的照明较差，动态调整组件164可以确定将泛光137投射时间和点138投射时间的比率从1:3调整为1:1，以便向该环境中的目标物(例如，使用者的面部)提供额外的泛光137照明。

在上述示例中，操作动态调整组件164可以使场操作组件162将电压振荡模式施加到可切换式漫射器136，以使可切换式漫射器136在单帧图像采集时间的约1/2时间内设定为“开启”状态，在单帧图像采集时间的另外1/2时间内设定为“关闭”状态。因此，在给定帧的1/2图像采集时间内，泛光137将从可切换式漫射器136的第二表面投射出，并且在给定帧的另外1/2图像采集时间内，点投射138将从可切换式漫射器136的第二表面投射出。由此，场操作组件162可以响应系统100的动态调整组件164和/或同步组件163，和/或激活组件161，和/或任何其他组件165中的一个或多个而进行操作。

除了诸如环境光条件的外部条件，动态调整组件164还可以被配置为：检测给定情形何时需要比面部识别的默认分辨率和/或时间更高的需求。例如，如果配备有系统100的手机用户简单地尝试使用面部识别来解锁其设备，默认分辨率可简单地对应于泛光137投射时间和点投射138时间的1:3的比率(对于每一帧)，并要求以每秒60帧的速度收集图像信息0.5秒。但是，如果用户试图使用系统102的面部识别功能登入高安全级别或限制程度高的数据库，或者可选地，如果用户试图使用面部识别来对购买金额超过1000美元的物品进行授权，那么动态调整组件164可以确定在此条件下需要采用更高分辨率的面部识别，以获得恰当的匹配条件(例如使用保存的用户面部拓扑结构模板)，来授权登录或授权。在此条件下，动态调整组件164可以被配置为：使场操作组件162和/或同步组件163进行必要调整，以使系统100生成或获得满足更高安全要求的更高分辨率的3D信息，该更高的安全要求与检测到的登录请求或购买请求是相关的。例如，动态调整组件164可能会要求场操作组件162在图像采集的第一时间段内相较于点投射提供更多或更少的泛光，并随后对第二图像采集时间段内的泛光和点投射的比例进行调整。作为附加或替代的方式，动态调整组件164可以要求场操作组件的操作时间比默认设置的时间更长。类似地，动态调整组件164可以使激活组件161和同步组件163的操作时间比更高安全需求以及更高分辨率图像信息需求的环境的默认设定的时间更长。任何以及所有此类设定和动态调整可由用户进行预设或预定义，或者可以在各种情况下通过重复使用和训练系统100来在一段时间内学习。

如上文所述的，控制器140可以控制可切换式漫射器136在以给定帧进行图像信息采集的时间段内，在“关闭”状态和“开启”状态之间进行切换。还需指出的是，控制器140(例如通过场操作组件162)可使可切换式漫射器136在以给定帧进行图像采集时在关闭状态和开启状态之间进行多次切换。也就是说，对于给定帧采集，控制器140可以实现可切换式漫射器136的切换，以使点投射反射和泛光投射反射在以该帧进行光捕捉的期间内均被检测器122接收到(采用如上文所述的时分复用的方式)。在一些实施例中，控制器140可以被配置为：以比用于图像采集的帧速率快2-100倍的速率，对施加到可切换式漫射器的电场进行振荡。在一些实施例中，控制器140可以被配置为：以比用于图像采集的帧速率快100倍还多的速率，对施加到可切换式漫射器的电场进行振荡。

同步组件163可以通知系统100的其他元件光投射时间，由此通知被检测器子系统120的光传感器122接收的光信息的处理情况，以使系统100可对与反射的泛光相关的光信息和反射的点投射相关的光信息进行区分或辨别，并相应地调整其他操作。换言之，同步组件163可提供与所接收的图像信息有关的多路复用功能。因此，例如同步组件163可以使检测器120在泛光投射时间段内采集红外线图像照片(例如热签名照片)，并且在红外线点投射期间采集红外线点阵列照片。

本领域内技术人员可以想到的是，尽管图4采用了机器可读指令160进行实施，但是一个或多个激活组件161、场操作组件162、同步组件163、动态调整组件164，和/或其他组件165中的一个或多个可以采用硬件和/或软件实施。

图5示出了可根据本发明的一个或多个实施例实施的系统500。系统500被描绘为系统100的变型，其中模块110配备有非ToF光检测器(例如，上文讨论的检测器120)以及飞行时间检测器(飞行时间传感器170)二者。检测器120可以对光所投射到的目标物(例如，面部)的表面的光(结构光和/或泛光)的反射进行采集/转换/过滤。检测器120采集的光信息可用于确定深度信息(在反射的柱状光的情况下，基于相对于参照物的偏移和失真)和目标物特征信息(在反射的泛光的情况下，基于波长/频率)。另一方面，飞行时间传感器170基于脉冲飞行时间原理(而非主要基于偏移、失真、频率或波长)进行操作。

脉冲飞行时间原理认识到，光从光源传播到目标物并返回到检测器所需要的时间基于目标物离光源和/或飞行时间传感器有多远而变化，即光传播所穿过空间的距离越远，光到达飞行时间传感器所需的时间就越长。为了使ToF检测正确地操作，光源和飞行时间传感器必须被同步，以便可以从检测到的时间差中提取和计算出距离。特别地，应该严格控制和/或监测由光源产生的光脉冲的时序细节(timing details)和在飞行时间传感器处接收的返回光的时序细节。基于ToF的图像的分辨率通过增强的监测和/或时序控制而增强。

在图5所示的实施例中，模块110设置有非飞行时间传感器120以及飞行时间传感器170。二者都被配置为接收来自光投射系统130投射的光的光反射，但是每者均区别地评估光(或产生可被区别评估的信号)以得到目标物的深度信息和/或其他结构特征，基于入射到目标物上的从光投射系统130投射的光。

在一些实施例中，系统500的光投射子系统130可包括单个光源和可切换漫射器136。这种光源和可切换漫射器136可根据本文参照图1至图4所讨论的这些元件的一个或多个特征进行操作。此外，参照图5，在一些实施例中，控制器140可以被配置为：在给定图像采集周期内仅操作检测器120和飞行时间传感器170中的一个。例如，在“ToF模式”或“非ToF模式”中(ToF模式指的是在给定图像采集周期内仅操作飞行时间传感器170的情况，而“非ToF模式”指的是在给定图像采集周期内仅操作检测器120的情况)(例如，根据图1至图4)。

在其他实施例中，控制器140可以被配置为：在给定图像采集周期内既操作检测器120也操作飞行时间传感器170。例如，在“混合模式”中(混合模式指的是：控制器140使检测器120、飞行时间传感器170(连同系统500的其他元件，例如光投射子系统130)的操作同步，使得两种检测器在给定图像采集周期内都进行操作)。

在一些实施例中，控制器140可以基于来自用户的输入(例如，用户选择)来实现系统500在ToF模式、非ToF模式或混合模式下的操作。在一些实施例中，控制器140可以被配置为：根据一个或多个检测到的条件，例如，照明条件、组件状态检测等，来实现模式之间的切换。例如，如果控制器140的动态调整组件164检测到系统100的外部环境中的环境光条件提供了差的照明(例如，低于预定阈值(如亮度阈值)的照明)，或系统500的另一元件(包括系统100的任何元件)检测到被成像的目标物距离太远以使结构光检测无效(例如，目标物体超出预定距离(如超过2米))，则动态调整组件164可确定ToF成像将生成比经由检测器120生成的图像更高分辨率的图像。作为对这种确定的响应，控制器140可以进行系统操作，以使模块110以ToF模式操作。

在另一示例中，如果系统500的元件(包括系统100的任何元件)检测到被成像的目标物距检测器在预定的距离内(例如，目标物在预定距离内(如在1米内))，在该距离内，经由检测器120的结构光检测将生成比由ToF检测提供的图像分辨率更高的图像，则动态调整组件164可确定检测器120将生成比由飞行时间传感器170生成的图像具有更高分辨率的图像。作为对这种确定的响应，控制器140可以进行系统操作，以使模块110以非ToF模式操作。

在又一示例中，如果系统500的元件(包括系统100的任意元件)检测到：使得由检测器170进行的ToF检测成为被期望的(或者根据具体情况可能是不期望的)某些条件；和/或使得由检测器120进行的结构光检测成为被期望的(或者根据具体情况可能是不期望的)的某些条件，则动态调整组件164可以确定：在给定图像采集周期内通过一起(例如，同时或以时分复用的方式)操作检测器120和飞行时间传感器170来获得最佳图像信息。作为对这种确定的响应，控制器140可以进行系统操作，以使模块110以混合模式操作。如针对给定应用可以设置的，该确定可以基于关于这些检测到的条件的预定规则/标准来做出。

在混合模式操作中，控制器140可以调节和/或监测可切换漫射器在状态之间切换的时间(从而监测泛光投射和结构阵列光投射之间的切换)，并将一个或另一个视为“脉冲”而基于计算飞行时间差的目的以进行跟踪，飞行时间差与飞行时间传感器170接收的光有关。也就是说，控制器140，通过同步组件163或另一组件，可以使检测器120和飞行时间传感器170的操作与从光投射子系统130传播的不同光投射(例如，结构点阵列投射、泛光投射等)的时间同步。以这种方式，由检测器120和飞行时间传感器170获得的时分复用的光信息可以被系统500相干地多路解编和/或以其他方式解析。在一些实施例中，在混合模式操作期间由检测器120和飞行时间传感器170获得的成像信息可以被组合以生成合成图像。

在更进一步的实施例中，可以根据检测到的一个或多个条件来调节混合模式操作，以优化分辨率(或提高分辨率)。例如，如果控制器140的动态调整组件164检测到系统500的外部环境中的环境光条件提供的照明质量使得混合模式被期望，但是应该通过使泛光的比例大于1：1(泛光投射与结构阵列投射的比率)来增强照明，则动态调整组件164不仅可以确定应该激活/选择混合模式，而且还确定泛光投射时间与结构点投射时间的比率应该从1：1修改为2：1，以对该环境内的目标物(例如，用户的面部)提供额外的泛光照明。

单独地或与动态调整组件164结合地，同步组件163可以被配置为：进行相应的调节以在混合模式期间帮助控制器140解析由检测器120和飞行时间传感器170转换的光信息。例如，同步组件163可以确定由检测器子系统120、飞行时间传感器170和/或控制器140执行的图像采集的操作速度或速率，并且可以使这些元件的操作或初始化的时间的控制更便利。同步组件163和/或动态调整组件164可以将其通知给场操作组件162。例如，如上所述，如果控制光传感器122以每秒60帧(意味着对于给定帧图像采集发生在1/60秒或更短的时间)采集图像信息，同步组件163可以(基于检测或基于预定/存储的信息)识别该操作能力，并且还可以向激活组件161和场操作组件162中的任一者或两者提供开始和/或停止时间。换句话说，在一些实施例中，同步组件163可以配置有时钟，该时钟可以与激活组件161、场操作组件162、动态调整组件163(或系统500的任何其他组件)的操作结合使用以使功能同步，从而可以在特定场景下实现期望的性能。给定情况下的期望性能可以是预先确定的，或者可以基于一个或多个可检测的条件由动态调整组件164全部或部分地动态调整。

同步组件163可以在混合模式下操作以将光投射的时间通知给系统500的其他元件，从而通知对由检测器子系统120和飞行时间传感器170接收的光信息的处理，以使系统500不仅可以将与反射的泛光相关联的光信息和与反射的点投射相关联的光信息区分开或区别开，还可以将与ToF衍生相关联的光信息和与非ToF衍生相关联的光信息区分开，并因此调整其他操作。换句话说，同步组件163可以提供与接收的图像信息有关的多路复用功能。因此，例如，同步组件163可使得检测器120能够在泛光投射的时间段内捕获IR图像照片(例如，热签名照片)，并且能够在IR点投射期间捕获IR点阵照片，并且在相同的图像采集周期中使得飞行时间传感器170在IR点投射(例如，或其他结构阵列投射)的时间段内采集临时解析的图像照片，利用结构光发射作为根据脉冲飞行时间原理的光的“脉冲”。

换句话说，同步组件163可以被配置为：使飞行时间传感器170的图像采集与检测器120(例如，IR检测器)的图像采集同步或协调，并且进一步使二者与可切换漫射器136在“关闭”状态和“打开”状态之间的切换同步。在一些此类实施例中，可切换式漫射器136可以被控制为：根据所施加电压的切换，输出短脉冲泛光(例如1-100ns)或长脉冲点光(例如100μs-30ms)。飞行时间传感器170可被控制器140控制以被进行脉冲驱动，从而提供脉幅调制、脉频调制和/或连续波调幅/调频。在一些实施例中，飞行时间传感器170和结构光检测器120(例如红外线检测器)通过控制器140的控制而被同步，以匹配或以与可切换式漫射器产生的时分复用光(时分复用在一起的泛光和结构光)信号对准的方式操作。

本领域普通技术人员将理解的是，参照图1至图4所讨论的控制器140的所有元件可以扩展到采用飞行时间传感器170的实施例，包括如上文所讨论的关于同步组件163和动态调整组件164。因此，根据系统500或其变型的系统实施例，其可以使3D ToF照片/图像信息的采集与2D IR点照片/图像信息同步。

在将飞行时间传感器与可切换式漫射器和其他光检测器结合使用的实施例中，本发明的系统可提供增强的安全特征，以确保例如成像的对象为真正的3D对象，而不是用于欺骗系统的对象的2D显示方式。在一些实施例中，飞行时间传感器可由控制器140控制，以连续地或阶段性地进行校准。

图6为过程流程图，其显示了可以根据本发明的一个或多个实施例应用的方法。如图所示，方法200的操作202包括接收光源生成的光，以及相应地投射若干个准直光束。方法200的操作204包括提供具有第一表面和第二表面的可切换式漫射器，该可切换式漫射器与电压源耦合并被配置为：对从第一电压条件切换至第二电压条件的电压源做出响应以从第一状态变化到第二状态。方法200的操作206包括根据预定的振荡模式在第一电压条件和第二电压条件之间振荡电压源，该电压振荡使泛光和点阵投射以时分复用的方式交替地从可切换式漫射器的第二表面射出。方法200的操作208包括使用光传感器检测交替的泛光和点阵光在对象上反射产生的光信息；其中光传感器与电压振荡和/或泛光和点阵光投射的交替同步。方法200的操作210包括对光传感器检测到的光信息进行多路解编(demultiplexing)。方法200的操作212包括根据多路解编的光信息生成对象的3D映像。

上文所述的各种特征和过程可相互独立地使用，或以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均在本发明的范围内。此外，在一些实施应用中可省略某些方法或过程块。此处描述的方法和过程不限于任何特定顺序，与之相关的块或状态可采用其他合适的顺序进行实施。例如，所述块或状态可采用不同于特定公开的顺序进行实施，或多个块或状态可组合到单个块或状态内。示例块或状态可采用串行、并行或其他一些方式进行实施。块或状态可添加至公开的示例性实施例，或从其中移除。在此描述的示例性系统和组件可采用不同于所描述的方式进行配置。例如，元件可添加至公开的示例性实施例，从其中移除，或相较于公开的示例性实施例进行重新布局。

在本说明书的通篇中，多个例子可作为单个例子进行所描述的组件、操作或结构的实施应用。虽然一个或多个方法的单个操作是作为独立的操作进行阐述和描述的，但是一个或多个单个操作可同时实施，且不是必须采用显示的顺序进行操作。在示例性配置中显示为独立组件的结构和功能可以作为组合结构或组件来实施应用。类似地，显示为单个组件的结构和功能可以作为单独组件来实施应用。这些和其他变型、修改、增加和改善均落入到本技术方案的范围内。

虽然本技术方案已经参照具体实施例进行了综述，但可以在不偏离本技术方案实施例广义范围的情况下，对这些实施例进行各种修改和变更。本技术方案的这些实施例可以单独地或共同地通过术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便。而并不是意味着，在实际公开了多个方案的情况下，将本申请的范围主动地限制于任何单个公开方案或概念。

本文对实施例进行了足够详细的描述说明，以使本领域内技术人员可以实施这些公开的方案。可以使用其他实施例并从中导出其他实施例，使得可以在不脱离本发明范围的情况下进行结构的和逻辑的替换和更改。因此，详细的描述并不应被视为具有限制意义，且各实施例的范围仅通过附属权利要求以及这些权利要求所赋予的等同概念的全部范围来进行限定。

如本文所采用的，词语“或”可以以包含性或排他性的含义来解释。此外，多个例子还可作为单个例子用于其中描述的资源、操作或结构。此外，不同资源、操作、引擎和数据保存之间的边界是任意的，且特定操作在特定说明性配置的环境下被阐述。功能的其他配置也是可以预期的，并且其落入本发明的各个实施例的范围内。通常，在示例性配置中作为独立资源呈现的结构和功能可作为组合的结构或资源以实施应用。类似地，作为单个资源呈现的结构和功能可作为单独资源以实施应用。如附属权利要求所述的这些及其他变型、修改、添加和改善均属于本发明实施例的范围内。相应地，说明书和附图均是用于解释说明，而不具有限制意义。

除非另有说明，条件性语词，例如尤其是“可以”、“可能”、“可能会”或“可”或本文中采用的其他作此理解的词语，通常旨在表达某些实施例包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施例不包括。因此，此类条件性语词通常并不表示特征、元件和/或步骤必须要以任何方式用于一个或多个实施例，或一个或多个实施例必须要包括决定这些特征、元件和/或步骤是否要被纳入或者是否在任何特定的实施例中实施的逻辑，而不论具有或不具有用户输入或提示。

Claims (10)

1.一种具有可切换式漫射器的光投射系统，其特征在于，包括：

光投射子系统，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：在第一表面接收准直光束，并将准直光束从第二表面投射出；

在第一图像采集周期内，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，其中第一预定模式包括：在第一电压条件和第二电压条件之间切换两次或更多次，以实现泛光投射与准直光投射的第一预定比率；

在第二图像采集周期内，根据第二预定模式在第一条件和第二条件之间对控制源进行振荡，其中第二预定模式包括：在第一电压条件和第二电压条件之间切换两次或更多次，以实现泛光投射与准直光投射的第二预定比率，并且其中第二预定比率不同于第一预定比率。

2.根据权利要求1所述的光投射系统，其特征在于，其中可切换式漫射器包括聚合物液晶混合物，所述聚合物液晶混合物具有响应于施加电压的分子取向。

3.根据权利要求1所述的光投射系统，其特征在于，其中可切换式漫射器包括聚合物分散型液晶。

4.根据权利要求1所述的光投射系统，其特征在于，其中可切换式漫射器包括聚合物网络液晶。

5.根据权利要求1所述的光投射系统，其特征在于，其中所述第一预定模式使得从可切换式漫射器的第二表面投射出的光包括交替的泛光脉冲和准直光束脉冲，以实现时分复用发射。

6.根据权利要求1所述的光投射系统，其特征在于，其中第一电压条件为0V的施加电压，并且第二电压条件为1V到50V之间的施加电压。

7.根据权利要求1所述的光投射系统，其中预定振荡模式被配置为实现泛光和准直光的预定投射比率。

8.根据权利要求1所述的光投射系统，其中预定振荡模式被配置为实现泛光和准直光的预定投射比率，且该投射比率为1:1。

9.根据权利要求1所述的光投射系统，其中预定振荡模式被配置为实现泛光和准直光的预定投射比率，且该投射比率为10:1。

10.根据权利要求1所述的光投射系统，其中预定振荡模式被配置为实现泛光和准直光的预定投射比率，且该投射比率约在1:1至10:1之间。

Images