JP2018523100A - ポリゴンを用いて光パターンを生成するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

反射型のポリゴンを用いて光パターンを生成するための方法およびシステムが提供される。方法は、複数のファセットを有する少なくとも１つのポリゴンをファセットに平行な回転軸に沿って回転させること、ポリゴンのファセットに光ビームを伝送すること、光ビームが異なる傾斜角で各ファセットに衝突するようにポリゴンに対して回転軸と平行に光ビームを傾けることにより複数のラインを含む光パターンを生成すること、シーンに伝送される可調整光パターンを生成するべく、光強度、回転、および傾きのうちの少なくとも１つを制御することを含み得る。

Description

本発明は、概して構造化光に関し、特に、ポリゴンを用いて光パターンを生成することに関する。

本発明の背景技術の説明に先立って、以下で用いる用語の定義を記載する。
本明細書で用いる用語「構造化光」は、光のパターンをシーンに投影するプロセスとして定義される。パターンは「送信機」によって投影され、送信機は、光ビームを生成する照明器と、光ビームをパターンに変換する光学部品とを含む。このパターンが面に当たるときにどのように変形するかにより、シーンとそのシーン内の物体の深さおよび表面情報を映像システムにより計算することが可能となる。パターンは、いわゆる「受信機」によって計算および解析され、受信機は、センサ（またはキャプチャデバイス）とキャプチャされた反射パターンを解析するためのコンピュータプロセッサとを含む。

目に見えない構造化光は、典型的には赤外線ＩＲを用いることによって、投影パターンが複雑化し得る他のコンピュータ映像タスクを妨げることなく、使用され得る。
本明細書で用いる用語「深さマップ」は、視点からシーンまたはシーン内の物体の表面までの距離に関する情報を含む画像として定義される。受信機のコンピュータプロセッサは、既知の光パターンを用いて深さマップを生成する。具体的には、シーンから届く反射の解析は、三角測量プロセスに基づいている。三角測量プロセスでは、パターンのあらゆる箇所の位置が、受信機の位置と、送信機およびセンサの向きとに基づいて導出される。

構造化光三次元（３Ｄ）検知を使用することの課題の一つは、センサのノイズレベルに寄与する周辺光を如何にして克服するかということである。周辺光による問題は、それが高いレベルにあるときには、信号と周辺光との比率が低くなり、性能の低下をもたらすという点にある。一例として、センサノイズは、典型的には全体の照度に関連する。このため、周辺光が強くなると、システムノイズが増加し、信号対ノイズ比が低下し得る。

別の例として、センサの空間的不均一性は、典型的には照度レベルにも関連する。このため、周辺光は、信号レベルに寄与しない一方で不均一性を増加させる。周辺光（またはバックグラウンドの照度）は、ひいては、システムの単位電力当たりの視界や視野（ＦＯＶ）（すなわち、パターンによって覆われる領域）に影響を及ぼす。このため、構造化光パターンをバックグラウンドよりも高い或る輝度レベルに保つ必要がある。

現在、よく知られている全ての構造化光技術では、受信機用のセンサとして凝視カメラ（staring camera）を使用する。この構成では、カメラのフレーム時間（単一のフレームがキャプチャされている時間）に関連する全積分時間を通じて全ての周辺光がカメラに入射可能となる。凝視カメラシステムにおいて、センサに入る周辺光を低減するための唯一の方法は、より短い露光時間を使用することである。しかしながら、これは、高出力の短いパルスでレーザ（照明器）を動作させることを必要とし、複雑さが増大するとともに、レーザの信頼性が低下する。また、短いパルスの使用は、眼の安全性の問題によっても制限され得る。

本発明のいくつかの実施形態によれば、長手方向軸に沿って回転する反射型のポリゴンを用いて光パターンを生成するための方法およびシステムが提供される。方法は、複数のファセットを有する少なくとも１つのポリゴンをファセットに平行な回転軸に沿って回転させること、ポリゴンのファセットに光ビームを伝送すること、各光ビームが異なる傾斜角で各ファセットに衝突するように回転軸に平行に光ビームを傾けることにより複数のラインを含む光パターンを生成すること、シーンに伝送される可調整光パターンを生成するべく、光強度、回転速度、および傾きのうちの少なくとも１つを制御すること、シーンが生成されている（例えば、非凝視カメラ）ときにシーンからのパターンの反射を検知すること、センサから届く信号を解析することによってシーンの深さマップを生成することを含み得る。

本発明のこれらの付加的なおよび／または他の態様および／または実施形態の利点は、以下の詳細な説明で説明され、それらは以下の詳細な説明から推測可能であり、および／または本発明の実施形態の実施よって理解可能である。

添付の特許請求の範囲において、方法、記憶媒体、システム、およびコンピュータプログラム製品を対象とした本発明による実施形態が開示される。一つのカテゴリ（例えば、方法）で言及されている特徴は、他のカテゴリ（例えば、システム）でも同様に請求され得る。添付の特許請求の範囲の請求項に記載された従属関係または参照は、形式的な理由のみのために選択されているが、任意の先行する請求項（特に、多数従属関係）に対する意図的な参照によって生じる任意の主題も特許請求され得るものであり、その結果、添付の特許請求の範囲の請求項において選択されている従属関係にかかわらず、任意の請求項の組み合わせおよびそれらの特徴が開示および特許請求され得る。特許請求され得る主題は、添付の特許請求の範囲の請求項に記載された特徴の組み合わせだけでなく、それらの請求項における特徴の任意の他の組み合わせも含む。請求項に記載されている各特徴は、それらの請求項における任意の他の特徴またはそれらの特徴の組み合わせと組み合わせることができる。さらに、本明細書に記載ないし図示された実施形態および特徴は、別々の請求項で特許請求され得るものであり、および／または本明細書に記載ないし図示された任意の実施形態または特徴との任意の組み合わせ、あるいは添付の特許請求の範囲の請求項の任意の特徴との任意の組み合わせで特許請求され得る。

本発明による実施形態において、システムは、
複数のファセットと前記ファセットに平行な回転軸とを有する少なくとも１つのポリゴンと、
前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送するように構成された光源と、
前記回転軸に沿って前記ポリゴンを回転させるように構成された少なくとも１つのドライバと、
可調整光パターンを生成するように前記光源と前記少なくとも１つのドライバとのうちの少なくとも一方を制御するように構成されたコントローラと、
を備える。

前記光ビームは、複数のビームから構成され得る。
本発明による実施形態において、システムは、１つ以上の回折光学素子を備え得る。この場合、前記複数のビームは回折光学素子を用いて生成される。

前記回折光学素子は、前記ポリゴンのファセットの一部であってもよい。
前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされてもよい。

前記複数のファセットの各々は、異なる光学特性を有し得る。
前記コントローラによる前記光源の制御は、前記光ビームの強度を調整することによって行われ得る。

シーンの所定の関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）に基づいて調整が行われ得る。この場合、前記ＲＯＩの光パターンは、他の部分の光パターンとは異なる光強度を示し得る。

本発明による実施形態において、システムは、シーンの深さマップを生成するべく、伝送された光パターンと対応する反射とに関連するデータを受信するように構成されたコンピュータプロセッサをさらに備え得る。

本発明による実施形態において、システムは、シーンから届き前記ファセットによって戻された前記光パターンの反射を検知するように構成されたセンサをさらに備え得る。
前記センサは、前記少なくとも１つのポリゴンの前記回転軸に平行に配置されるラインセンサであってもよい。

前記ポリゴンは、前記光源からの前記光ビームを受信するように配置された第１のポリゴンと、前記第１のポリゴンと同一の回転軸を有し、前記シーンから届く前記光ビームの前記反射を前記センサに伝送するように配置された第２のポリゴンとを含み得る。

本発明による実施形態において、システムは、前記センサと前記少なくとも１つのポリゴンとの間に配置され、前記回転軸に対し直交し、前記光ビームが導かれる箇所とほぼ同一線上の箇所に、前記ファセットから届く前記反射を伝送するように構成された複数の光学部品をさらに備え得る。

本発明による実施形態において、方法は、
複数のファセットを有する少なくとも１つのポリゴンを前記ファセットに平行な回転軸に沿って回転させること、
前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送すること、
可調整光パターンを生成するように光強度と回転とのうちの少なくとも一方を制御すること、を備える。

前記光ビームは、複数のビームから構成され得る。
前記複数のビームは、回折光学素子を用いて生成され得る。
前記回折光学素子は、前記ポリゴンのファセットの一部であってもよい。

前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされてもよい。

前記複数のファセットの各々は、異なる光学特性を有し得る。
コントローラによる前記光源の制御は、前記光ビームの強度を調整することによって行われ得る。

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の実施形態による種々の回転段階でのポリゴンとその表面のうちの１つで反射された光ビームとを示す断面図。 本発明のいくつかの実施形態による送信機のいくつかの態様を示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるポリゴンの異なるファセットとそれにより得られるパターンとを示す図。 本発明のいくつかの実施形態によるポリゴンのファセットの異なる傾斜角とそれにより得られるパターンとを示す図。 本発明のいくつかの実施形態による光ビーム分割を示す図。 本発明の他の実施形態による光ビーム分割を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による単一のポリゴンと単一のセンサとを含むシステム構成を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による２つのポリゴンと単一のセンサとを含むシステム構成を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による単一のポリゴンと単一のセンサとそれらの間の光路に沿って配置された光学部品とを含むシステム構成を示す図。

本発明の実施形態をより良く理解し、その実施形態をどのように実施することが可能となるかを示すために、単に例として添付の図面を参照する。図面において、同様の符号は全体を通じて対応する要素または部分を示す。

以下、詳細な図面を具体的に参照するが、示された詳細は例であって、本技術の好ましい実施形態の例示的な説明のみを目的としたものであり、本技術の原理および概念的側面の最も有用で容易に理解される記述と考えられるものを提供するために提示されるものであることが強調される。この点に関して、本技術の基本的理解に必要なものよりも詳細に本技術の構造的詳細を示すことは意図しておらず、図面を用いた説明により、本発明のいつくかの形態を実際にどのように実施することができるかを当業者に明らかにする。

本技術の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載されているまたは図面に示されている構成要素の構造および配置の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本技術は、他の実施形態に適用可能であるか、または様々な方法で実施または実行することが可能である。また、本明細書で使用される表現および用語は説明のためのものであり、限定的であると見なされるべきではないことを理解されたい。

図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃは、それぞれ同一のポリゴン１１０をその軸１１１に沿った様々な回転段階において示すいくつかの断面図１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを示す。
光ビーム１０２は、照明器１０１（コリメートされたレーザなど）によってポリゴン１１０のファセット１０２に向けて伝送され、ポリゴンの回転の進行に基づき、ファセット１０２により、それぞれ図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示される様々な角度での反射光ビーム１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ上に反射される。反射光ビームは、シーン内の表面上に個々の光パターンを形成する。これにより、反射光ビーム１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃは、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃにそれぞれ示される光パターン部１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを形成する。ポリゴン１１０の連続的な回転により、図１Ａではビーム１０４Ａのラインパターンが生成され、図１Ｂではビーム１０４Ｂのラインパターンが生成され、図１Ｃではビーム１０４Ｃのラインパターンが生成されることが明らかである。本明細書に示されるポリゴンは六角形であるが、非限定的な例示のみであることに留意されたい。本発明の実施形態は、他の種類のポリゴンを使用し得ることが理解される。

ポリゴン１１０が回転すると、反射ビーム（すなわち、図１Ａの反射ビーム１０４Ａ、図１Ｂの反射ビーム１０４Ｂ、図１Ｃの反射ビーム１０４Ｃ）は大きな角度の視野を繰り返し走査する。走査される角度は、次式（１）によって、ポリゴンの内角に関連付けられる。

Ω＝３６０°−２×θ （１）
単一のコリメートされたビームを反射する場合、視野を横切って単一のラインが水平に描かれる。このラインはポリゴンの各ファセットで再描画される。ポリゴンを１秒当たりＲ回転させる場合には、ラインは毎秒Ｒ×ｎ回繰り返し描画されるものとなる。ここで、ｎはポリゴンのファセットの数である（六角形の場合、ｎ＝６）。

有利には、本発明の実施形態は、優れた信号対バックグラウンド比を有する効果的な大きな視野範囲を生成するために標準的な単純定常波（ＣＷ）レーザを使用し得る。また、パターンは水平方向に非常に均一であり、単純な光学部品で容易に構築され得る。

図２は、本発明の一実施形態による可調整光パターン送信機を示す図である。システム２００は、１１２，１１４，１１６などの複数の反射ファセットと、それらファセットに平行な回転軸１２０とを有するポリゴン１１０を含み得る。システム２００は、ポリゴンのファセット上に１つ以上の光ビーム１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃを伝送するように構成された、コリメートＩＲレーザなどの光源２１０をさらに含み得る。一実施形態では、ビームは、光源２１０に結合された回折光学素子（ＤＯＥ）２２０によって、いくつかのビームに分割される。

システム２００は、ポリゴンを回転軸に沿って回転させるように構成された少なくとも１つのドライバ２３０をさらに含み得る。ドライバ２３０は、ポリゴン１１０の回転速度とともに光源２１０の光学特性（レーザ強度など）を決定し得るコントローラ２４０によって制御することができる。

動作時、各光ビーム１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃがポリゴンのファセット上に伝送されると、ポリゴンのファセットはそれら光ビーム１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃをシーン上に、例えば物体１０上に反射し、その物体１０上で、光ビーム１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃは、ポリゴンの走査特性によりそれぞれラインパターン１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃを生成する。各ラインはポリゴンの各ファセットに対して繰り返し描画される。従って、ポリゴンのファセットの数とともにポリゴンの回転速度も、光源２１０によって生成される光パターンのリフレッシュレートに影響を及ぼす。

本発明のいくつかの実施形態によれば、光源２１０のレーザ出力は、視野において可変の水平強度を生成するために、例えばコントローラ２４０によって回転中に調整することができる。具体的に、この調整はシーンの所定の関心領域（ＲＯＩ：region of interest）上で行われ得る。ここで、ＲＯＩの光パターンは、他の部分の光パターンとは異なる光強度を示す。例えば、ライン１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃの部分１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃは、レーザのより高い強度を示す。これは、例えば、システムが異なるバックグラウンドレベルまたは反射率を持つ領域を監視しており、異なる強度が環境条件を補償できる場合に有用である。前述の特徴が要求されるシステムおよび方法の例は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第ＵＳ２０１２／０１９４５６１号に見出すことができる。

図３Ａは、ポリゴン（この例ではｎ＝３）の異なるファセット３１２，３１４，３１６と、それによって物体１０上で得られるパターン、すなわちライン１５２Ａ〜１５２Ｃ，１６２Ａ〜１５２Ｃ，１７２Ａ〜１５２Ｃのセットとをそれぞれ示す図である。この実施形態によれば、ファセットのいくつかは、他のファセットとは異なる光学特性を有するように設計されている。一例として、交互のファセットは水平ラインパターンをわずかだけ上下にシフトさせることができ、これによってシーンのインターレース範囲を生成する。別の例として、交互のファセットはライン強度を変更することができ、これによりライン識別を可能にする一時的な固有コードをデコードする。場合によっては、各ファセットは固有の光学特性を有する。その結果、ファセットによって反射された対応する光パターンは、その光パターンを個々のファセットに関連付けるさらなる光学特性を有する。これにより、異なるパターンが光学的に区別可能となる。これは、パターンを用いる構造化光の実施形態で必要とされ得るパターンの指標化または変調の手段として設けられ得る。そのような特徴的な光の適用は、深さマッピング、特に、排他的ではないが体積内への光学投影を用いて深さマッピングを行う方法に使用することができ、例えばユーザの骨格モデル、デバイスを制御するためのユーザインタフェース、コンピュータとのユーザインタフェース、仮想現実システムに対するユーザインタフェース、あるいは身体の動きや身振りまたは物体の動きを機械によって追跡する他の任意のものを提供するために有用となり得る。

以下は、パターン光を用いて体積内における深さマップを取得するためのパターン光の利用に関するいくつかの例示的な実施形態である。深さマップは、手などの物体および／または物体の動きを識別することにより姿勢またはジェスチャの識別を可能にするために用いることができる。

本実施形態では、構造化光の光パターンを体積内に投影する。検出される構造は、元の構造の歪み形式であり、深さによるずれや他の歪みを含み、元の構造との比較またはパターンの一部分の単純な識別を使用してずれまたは歪みを識別し、深さマップを生成する。すなわち、深さマップは、後述する最良の相関性から得ることができる。

相関性は、検出パターンと基準パターンとの相関性を助けるために光パターンに含まれる特徴を個別化するという点で、調整された一連の特徴を使用して得ることができる。
相関性は、個々の特徴に基づいた構造全体またはパターン全体に対するものであるか、または後述するように、個々の特徴やパターンの一部分に対するものである。相関性は、体積からの検出画像に基づいており、深さを体積内の物体と相関付けることができる。

一実施形態では、深さマッピングのための特定の光特徴の明白な識別を可能にするために、直交方向の光パターンに対する１つ以上の異なる変動が与えられ得る。この変動は、強度の変動とすることができ、光特徴の各部分に固有のシグネチャを与えることができる。あるいは、最小限のコンピューティングリソースに対して最大限の固有の識別を提供するために、変動は周期的であってもよいが同相ではない。さらに、２つ以上の変動の場合、２つの異なる変動を互いに測定して、異なる位置に深さを与えることができる。

一実施形態では、単に例として、特徴は一次元のストライプを含む。固有のまたは周期的に固有のシグネチャが、第１の次元、例えばＹ軸において各ストライプに適用される。深さマップは、各ストライプのベース位置からのずれに基づいて提供され得る。このようなずれを正確に得るために、各ラインを個別に識別しなければならず、識別は固有のシグネチャに基づいて実現される。

ストライプの使用は、使用し得る強度特徴の単なる一例であることが強調される。例えば、異なる強度の正方形を使用することもできる。
ストライプおよび強度変動の場合、検出されるストライプは、弱い、強い、中程度のものであり得る。パターンは、弱い、強い、中程度のものが所与の順序にて一致する単一の場所を有することがあり、その場合、指標化が得られる。

一実施形態では、２つの強度変動を使用することができる。このような２つの強度変動は、例えば、個々の画素に対して設定することができる利用可能なグレーレベルに基づいて周期的とすることができ、これにより、電子部品および光学部品を大幅に節約することができる。２つの周期的変動の位相がずれている場合、比較的大きい全体的な周期を提供することができる。

一実施形態では、以下でより詳細に説明するように、ホットスポット強度とライン強度との比をさらに計算することによって、上記のようなストライプずれに基づく深さマップ計算を補完する。

このように、パターンの絶対的指標を与えるために少なくとも２つの変動を使用することができる。パターンそれ自体は平行なストライプで構成することができる。ストライプは、例えば、ストライプに対して直交する方向などの第１の方向に変動を与えるように、サイクル内でそれらの基本強度が変化するものであってもよい。ストライプそれ自体はその長さ方向に表記を有し得る。異なるストライプ上で異なる位置に変動が生じることにより、各ストライプまたはストライプ集合を識別して指標化することができる。表記は、一実施形態では、一定に保持されるピーク強度を有し得る。全ての強度は、光源や検出器からの物体の距離が増加して、深さの指標を常に与えるストライプの検出強度が減少するにつれて薄暗く見えるが、絶対輝度も反射面に依存するためそれのみに依存することができない。しかしながら、ストライプベース強度とピーク強度との比を使用すると、特にセグメント化または三角測量の結果と組み合わせた場合に、より正確な深さ計算を行うことが可能となる。

また、各ストライプ上の異なる強度や異なる表記分布は個々のストライプやストライプの区域を識別可能とし、その結果、より正確な深さマッピングが可能となる。
表記は、不可欠ではないが、使い易さのためにガウス輝度分布から構成することができる。

本実施形態では、１つ、２つまたはそれ以上の特有の強度変動を有する光パターンが投影される。各変動は、空間全体にわたって固有の輝度変化関数を有する。例えば、パターンは、ストライプに沿ってガウス形状の強度ホットスポットを有する連続ストライプを有するものからなることができる。ストライプ強度はＺ方向に移動しながら直線的に低下する一方、各ホットスポットのピークでカメラによって測定された強度は一定のままである。カメラに戻る光パターンを反射する物体までの距離は、ホットスポット強度とその周囲のストライプ強度との比較によって抽出することができる。

図３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、傾斜角の小さなずれ（例えば、ライン間の角距離の１／２またはいくつかの同様の自然係数）を有するファセット３１１，３１３，３１５と、それによって得られるパターンとして物体１０上に投影されるラインセット１５２Ａ〜１５２Ｃ，１８２Ａ〜１８２Ｃ，１９２Ａ〜１９２Ｃとをそれぞれ示す図である。この実施形態では、ファセットの異なる傾斜角は、各フレームにおいてパターンの変位をもたらす。これは、超解像度を実現するため、また、指標化目的で使用され得る。

図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態による光ビーム分割を示す図である。コリメートレーザ源４００は、光ビーム４１０Ａを回折光学素子（ＤＯＥ）４２０Ａに伝送することで干渉を引き起こし、ポリゴンのファセット４３０Ａによる反射に先立ってレーザエネルギーを複数のビーム４１１Ａ〜４１５Ａに空間分割する。いくつかの実施形態では、光パターンのライン間に均一な間隔が必要とされる場合には、ポリゴンが回転したときに、複数のビーム４１１Ａ〜４１５Ａが等間隔のラインを生じさせるようにＤＯＥ４２０Ａが設計され得る。

図４Ｂは、本発明の他の実施形態による光ビーム分割を示す図である。コリメートレーザ源４００は、光ビーム４１０Ｂをポリゴンのファセット４３０Ｂに伝送する。ファセット４３０Ｂは、光ビーム４１０Ｂを、光パターンの生成に使用される複数の光ビーム４２１Ｂ〜４２４Ｂに分割して反射する回折光学層を呈する。

図５は、本発明のいくつかの実施形態によるシステム５００を示す図である。システム５００は、前述のシステム２００の全ての要素を示し、さらには、シーン（例えば、物体１０）で反射され、ファセットによって戻される光パターンの反射５５２Ａ，５５２Ｂ，５５２Ｃを検知するように構成されたセンサ５１０を含む。より具体的には、センサ５１０は、センサ５１０と」光源２１０が垂直立体視ベース上に三角測量対を形成するように空間的に配置されている。システム５００はさらに、伝送された光パターンと、対応する反射とに関連するデータを受信し、シーンの深さマップ５３０を生成するように構成されたコンピュータプロセッサ５２０を含み得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、センサ５１０は、少なくとも１つのポリゴンの回転軸に平行に配置されたラインセンサである。あらゆる時点において異なる垂直ラインの画素が走査されるのでラインセンサの使用が可能である。

図６は、本発明の別の実施形態によるシステム６００を示す図である。システム６００は、前述のシステム５００の全ての要素を含むが一点異なる。すなわち、単一の大きなポリゴンの代わりに、システム６００は、光源２１０からの光ビームを受け取るように配置された第１のポリゴン６１０Ｂと、その第１のポリゴン６１０Ｂと同一の回転軸を有し、シーンから届く光ビームの反射をセンサ６１０（ここでは、例としてラインセンサとして示されている）に伝送するように配置された第２のポリゴン６１０Ａとを含む。この実施形態は、よりコンパクト化する解決策が必要とされる場合、典型的には、単一ポリゴンの高さが高くなりすぎる場合に、いくつかの利点を有する。システム６００の適切な動作のために、第１のポリゴン６１０Ｂおよび第２のポリゴン６１０Ｂの回転を同期させることが要求され得る。

図７は、本発明のさらに別の実施形態によるシステムを示す図である。システム７００は、前述のシステム５００の全ての要素を含むが一点異なる。すなわち、システム７００はさらに、センサ７４０と少なくとも１つのポリゴン７１０との間に配置され、回転軸に対し直交し、光ビームが導かれる箇所とほぼ同一線上の箇所に、ファセットから届く反射を伝送するように構成されたミラー７３０（レンズも含み得る）などの複数の光学部品を含む。

以上の説明において、一つの実施形態は本発明の一例または実現例であり、「一実施形態」や「実施形態」や「いくつかの実施形態」などの記載は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。

本発明の種々の特徴が単一の実施形態の文脈で説明されている場合でも、それらの特徴を別々にまたは任意の適切な組み合わせで提供することもできる。あるいは、明瞭化のために別々の実施形態の文脈で本発明が説明されている場合でも、本発明を単一の実施形態で実施することもできる。

本明細書において、「いくつかの実施形態」や「一実施形態」や「他の実施形態」などは、それらの実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、または特性が少なくともいくつかの実施形態において含まれていることを意味し、必ずしも本発明のすべての実施形態に含まれていることを意味しない。

本明細書で使用する表現および用語は、限定として解釈されるべきでなく、説明のみを目的とする。
本発明の教示の原理および使用は、実施例や添付の図面を参照することによって、より良く理解され得る。

本明細書で説明する詳細は、本発明の適用に対する限定を意図しない。
また、本発明は種々の方法で実行または実施することができ、上述した説明以外の実施形態でも実施することができる。

用語「含む」、「備える」、「からなる」やその変形表現は、１つまたは複数の構成要素、特徴、ステップ、あるいは整数またはグループの追加を排除するものではなく、構成要素、特徴、ステップまたは整数を特定するものと解釈されるべきである。

明細書または特許請求の範囲が「追加」の要素を指す場合、その追加の要素が２つ以上存在することを排除しない。
明細書または特許請求の範囲が「一つ」の要素を参照する場合、そのような参照は、その要素が１つのみ存在すると解釈されるべきではない。

本明細書において、構成要素、特徴、構造、または特性が含まれ「得る」と述べる場合、その特定の構成要素、特徴、構造、または特性が含まれることが必須とされるわけではない。

適用可能な場合には、実施形態を説明するために状態図、フローチャート、またはその両方を使用する場合があるが、本発明はこれらの図または対応する説明に限定されるものではない。例えば、処理の流れは、それぞれ図示したボックスや状態を通じて行う必要はなく、また、図示し説明したものと全く同じ順序で行う必要はない。

本発明の方法は、手動で、自動で、またはそれらの組み合わせで、選択されたステップまたは処理を実行または完了することによって実施することができる。
特許請求の範囲および明細書に記載した説明、実施例、方法および材料は、限定として解釈されるべきでなく、単に例示として解釈されるべきである。

本明細書で使用する技術用語および科学用語の意味は、他に定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解される意味である。
本発明は、本明細書で説明するものと同等または類似の方法および材料を用いて試験または実用において実施することができる。

本発明を限定された数の実施形態に関して説明したが、これらは本発明の範囲を限定するものではなく、むしろ、好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されるべきである。他の可能な変形、変更、および適用もまた本発明の範囲内に含まれる。したがって、本発明の範囲は、上記説明したものによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって限定されるべきである。

図５は、本発明のいくつかの実施形態によるシステム５００を示す図である。システム５００は、前述のシステム２００の全ての要素を示し、さらには、シーン（例えば、物体１０）で反射され、ファセットによって戻される光パターンの反射５５２Ａ，５５２Ｂ，５５２Ｃを検知するように構成されたセンサ５１０を含む。より具体的には、センサ５１０は、センサ５１０と光源２１０が垂直立体視ベース上に三角測量対を形成するように空間的に配置されている。システム５００はさらに、伝送された光パターンと、対応する反射とに関連するデータを受信し、シーンの深さマップ５３０を生成するように構成されたコンピュータプロセッサ５２０を含み得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、センサ５１０は、少なくとも１つのポリゴンの回転軸に平行に配置されたラインセンサである。あらゆる時点において異なる垂直ラインの画素が走査されるのでラインセンサの使用が可能である。

Claims (32)

1. システムであって、
   複数のファセットと前記ファセットに平行な回転軸とを有する少なくとも１つのポリゴンと、
   前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送するように構成された光源と、
   前記回転軸に沿って前記ポリゴンを回転させるように構成された少なくとも１つのドライバと、
   可調整光パターンを生成するように前記光源と前記少なくとも１つのドライバとのうちの少なくとも一方を制御するように構成されたコントローラと、
   を備えるシステム。
2. 前記光ビームが複数のビームからなる、請求項１に記載のシステム。
3. 回折光学素子をさらに備え、前記複数のビームが回折光学素子を用いて生成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記回折光学素子が前記ポリゴンのファセットの一部である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされる、請求項１に記載のシステム。
6. 前記複数のファセットの各々が異なる光学特性を有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記コントローラによる前記光源の制御が前記光ビームの強度を調整することによって行われる、請求項１に記載のシステム。
8. シーンの所定の関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）に基づいて調整が行われ、前記ＲＯＩの光パターンは他の部分の光パターンとは異なる光強度を示す、請求項１に記載のシステム。
9. シーンの深さマップを生成するべく、伝送された光パターンと対応する反射とに関連するデータを受信するように構成されたコンピュータプロセッサをさらに備える請求項１に記載のシステム。
10. シーンから届き前記ファセットによって戻された前記光パターンの反射を検知するように構成されたセンサをさらに備える請求項１に記載のシステム。
11. 前記センサは、前記少なくとも１つのポリゴンの前記回転軸に平行に配置されるラインセンサである、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ポリゴンは、前記光源からの前記光ビームを受け取るように配置された第１のポリゴンと、前記第１のポリゴンと同一の回転軸を有し、前記シーンから届く前記光ビームの前記反射を前記センサに伝送するように配置された第２のポリゴンとを含む、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記センサと前記少なくとも１つのポリゴンとの間に配置され、前記回転軸に対し直交し、前記光ビームが導かれる箇所とほぼ同一線上の箇所に、前記ファセットから届く前記反射を伝送するように構成された複数の光学部品をさらに備える請求項１０に記載のシステム。
14. 方法であって、
    複数のファセットを有する少なくとも１つのポリゴンを前記ファセットに平行な回転軸に沿って回転させること、
    前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送すること、
    可調整光パターンを生成するように光強度と回転とのうちの少なくとも一方を制御すること、
    を備える方法。
15. 前記光ビームが複数のビームからなる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記複数のビームが回折光学素子を用いて生成される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記回折光学素子が前記ポリゴンのファセットの一部である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされる、請求項１４に記載の方法。
19. 前記複数のファセットの各々が異なる光学特性を有する、請求項１４に記載の方法。
20. コントローラによる光源の制御が前記光ビームの強度を調整することによって行われる、請求項１４に記載の方法。
21. システムであって、
    複数のファセットと前記ファセットに平行な回転軸とを有する少なくとも１つのポリゴンと、
    前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送するように構成された光源と、
    前記回転軸に沿って前記ポリゴンを回転させるように構成された少なくとも１つのドライバと、
    可調整光パターンを生成するように前記光源と前記少なくとも１つのドライバとのうちの少なくとも一方を制御するように構成されたコントローラと、
    を備えるシステム。
22. 前記光ビームが複数のビームからなり、
    好ましくは１つ以上の回折光学素子をさらに備え、
    前記複数のビームが回折光学素子を用いて生成され、
    好ましくは前記回折光学素子が前記ポリゴンのファセットの一部である、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされ、および／または、
    前記複数のファセットの各々が異なる光学特性を有する、請求項２１または２２に記載のシステム。
24. 前記コントローラによる前記光源の制御が前記光ビームの強度を調整することによって行われる、請求項２１〜２３のうちの何れか一項に記載のシステム。
25. シーンの所定の関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）に基づいて調整が行われ、前記ＲＯＩの光パターンは他の部分の光パターンとは異なる光強度を示す、請求項２１〜２４のうちの何れか一項に記載のシステム。
26. シーンの深さマップを生成するべく、伝送された光パターンと対応する反射とに関連するデータを受信するように構成されたコンピュータプロセッサをさらに備える請求項２１〜２５のうちの何れか一項に記載のシステム。
27. シーンから届き前記ファセットによって戻された前記光パターンの反射を検知するように構成されたセンサをさらに備え、
    前記センサは、好ましくは、前記少なくとも１つのポリゴンの前記回転軸に平行に配置されるラインセンサであり、および／または、
    前記ポリゴンは、好ましくは、前記光源からの前記光ビームを受信するように配置された第１のポリゴンと、前記第１のポリゴンと同一の回転軸を有し、前記シーンから届く前記光ビームの前記反射を前記センサに伝送するように配置された第２のポリゴンとを含み、および／または、
    前記センサと前記少なくとも１つのポリゴンとの間に配置され、前記回転軸に対し直交し、前記光ビームが導かれる箇所とほぼ同一線上の箇所に、前記ファセットから届く前記反射を伝送するように構成された複数の光学部品を好ましくはさらに備える請求項２１〜２６のうちの何れか一項に記載のシステム。
28. 方法であって、
    複数のファセットを有する少なくとも１つのポリゴンを前記ファセットに平行な回転軸に沿って回転させること、
    前記ポリゴンの前記ファセットに光ビームを伝送すること、
    可調整光パターンを生成するように光強度と回転とのうちの少なくとも一方を制御すること、
    を備える方法。
29. 前記光ビームが複数のビームからなり、
    好ましくは前記複数のビームが回折光学素子を用いて生成され、
    好ましくは前記回折光学素子が前記ポリゴンのファセットの一部である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記複数のファセットのうちの少なくとも１つが他のファセットとは異なる光学特性を有することにより、前記複数のファセットのうちの少なくとも１つを介して生成されるパターンが前記他のファセットを介して生成されるパターンとは光学的に区別可能とされる、請求項２８または２９に記載の方法。
31. 前記複数のファセットの各々が異なる光学特性を有する、請求項２８〜３０のうちの何れか一項に記載の方法。
32. コントローラによる光源の制御が前記光ビームの強度を調整することによって行われる、請求項２８〜３１のうちの何れか一項に記載の方法。