KR20150035513A - 3차원 카메라 및 투사기 - Google Patents

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KR20150035513A
KR20150035513A KR1020147029860A KR20147029860A KR20150035513A KR 20150035513 A KR20150035513 A KR 20150035513A KR 1020147029860 A KR1020147029860 A KR 1020147029860A KR 20147029860 A KR20147029860 A KR 20147029860A KR 20150035513 A KR20150035513 A KR 20150035513A
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맨티스비전 리미티드
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Abstract

3D 이미징 장치는, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이와 구조광 패턴을 제공하기 위한 마스크를 포함 - 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련 있는 균일성 기준에 따라 최소화됨 - 하고, 물체에 구조광 패턴을 비추기 위한 투사 옵틱을 포함하는 투사기와, 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 센서와, 범위 파라미터를 결정하기 위해 이미지를 처리하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함한다.

Description

3차원 카메라 및 투사기{THREE DIMENSIONAL CAMERA AND PROJECTOR FOR SAME}
본 발명은 패턴 투사의 분야, 특히 삼차원 이미징에 대한 분야이다.
현재 개시된 주제의 많은 기능적 구성은, 가령, 커스텀 VLSI 회로나 게이트 어레이를 포함하는 하드웨어 회로, FPGA등과 같은 프로그램 가능한 하드웨어 장치, 또는 무형의(intangible) 컴퓨터 판독 가능한 매체상에 저장되고 다양한 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어 프로그램 코드 및 이들의 조합과 같이 다양한 형태로 실행될 수 있다. 현재 개시된 주제의 특정 구성은 소프트웨어 코드의 한 특정 세그먼트나 복수의 세그먼트들로 형성될 수 있는데, 이들 세그먼트들은 함께 합쳐지고 집합적으로 작용하거나 각각의 구성에 의한 현재 개시된 제한에 따라 행동할 수 있다. 예를 들어, 구성은 물체, 절차 및 기능과 같은 여러 코드 세그먼트에 걸쳐 분포될 수 있고, 현재 개시된 구성을 제공하고 작동시키는 여러 프로그램이나 프로그램 파일로부터 발생할 수 있다.
유사한 방식으로, 현재 개시된 구성(들)은 운영 데이터로 구현될 수 있고, 또한, 운영 데이터는 현재 개시된 구성(들)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 운영 데이터는 유형의 컴퓨터 판독가능한 매체상에 저장될 수 있다. 운영 데이터는 단일 데이터 세트일 수 있고, 또한, 다양한 위치, 다양한 네트워크 노드 또는 다양한 저장 장치에 저장된 데이터의 집합일 수 있다.
본 응용예의 주제에 따른 방법이나 장치는 상기 또는 이하에 기술된 다양한 태양의 특징이나 등가예를 이들의 조합인 특징을 가질 수 있고, 이하에 제시된 발명의 상세한 설명에 기술된 방법이나 장치, 또는 그 등가예의 특징이 결합될 수도 있다.
현재 개시된 주제의 태양에 따르면, 3D 이미징 장치가 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 이미징 장치는 투사기, 이미징 센서 및 프로세서를 포함할 수 있다. 투사기는 복수의 개별 이미터, 구조광 패턴을 제공하기 위한 마스크 및 투사 옵틱을 포함하는 레이저 어레이를 포함한다. 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따라 실질적으로 최소로 될 수 있다. 투사 옵틱은 구조광 패턴을 물체에 비추도록 구성될 수 있다. 이미징 센서는 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 유닛은 범위 파라미터를 결정하기 위해 이미지를 처리하도록 구성될 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 복수의 개별 이미터는 실질적으로 동일한 이미터 크기, 실질적으로 동일한 광 발산 출력, 실질적으로 동일한 광 전력 출력, 실질적으로 동일한 상호 간격을 특징으로 한다. 불균일성 프로필은 광 발산 출력 및 개별 이미터의 광 전력 출력과 관련 있을 수 있고, 개별 이미터간의 상호 간격과 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 균일성 기준은 타겟 동적 범위에 더욱 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 균일성 기준은 레이저 어레이의 개별 이미터의 밀도와 구조광 패턴의 특징 유형의 밀도 사이의 관계와 더욱 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 마스크는 레이저 어레이에 의해 발산되는 광의 공간적인 강도 프로필에 따라 크기 조절될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 공간적인 강도 프로필은, 마스크가 레이저 어레이에 대해 위치되는 거리에서 레이저 어레이의 균일한 광의 면적을 정의할 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 마스크는 균일성 기준에 따라 더욱 크기 조절될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 마스크는 광 전력 전달 기준에 따라 더욱 크기 조절될 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이는 VCSEL 어레이 일 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이는, 복수의 개별 이미터들 중의 개별 결함 이미터의 분포 및 비율과 관련된 결함 이미터 기준을 따를 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이 및 마스크는, 서로에 대해 5mm 미만의 거리에 위치될 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이 및 마스크는, 서로에 대해 2mm 미만의 거리에 위치될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3D 이미징 방법이 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 이미징 방법은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따른 최소인 거리에, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 및 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3차원 범위 측정을 위한 투사기가 제공된다. 현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3차원 범위 측정을 위한 투사기는 레이저 어레이, 마스크 및 투사 옵틱을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터를 포함할 수 있다. 마스크는 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련 있는 균일성 기준에 따라 실질적으로 최소화될 수 있다. 투사 옵틱은 물체에 구조광 패턴을 비추도록 구성될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따른 최소인 거리에, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 및 구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계를 포함하는 3D 범위 측정 방법에 관한 것이다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양은, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포의 원하는 균일성이 달성되는 거리에서, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 및 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 3D 범위 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명을 이해하고, 실제로 어떻게 이행되는지 알아보기 위하여, 바람직한 실시예가 이제, 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예에 의해서 기술될 것이다.
도 1은 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 3D 범위 측정을 위한 투사기의 블록도이다.
도 2A는 레이저 어레이의 이미터의 평면이나 이미터의 발광 표면의 바로 인접한 평면에서 광의 분포의 예시의 도면이다.
도 2B는 적어도 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 원하는 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 의해 정의된 이미터로부터의 거리에 있는 평면과 이미터의 발광 표면에 바로 인접한 평면 사이에 위치된 중간 평면에서의 광의 분포의 예시의 도면이다.
도 2C는 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 광의 분포가 균일성 기준을 충족하는 레이저 어레이로부터의 최소 거리에서, 어떤 불균일성 프로필을 가진 레이저 어레이의 복수의 개별 이미터로부터 광 강도의 분포의 예시의 도면이다.
도 3A-3C는 각각 도 2A-2C와 관련된 평면에서, 레이저 어레이에 의해 발광된 광 강도의 분포의 개략적인 도면이다.
도 4는 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 주어진 광 강도 분포를 가진 다양한 마스크의 사용과 결과로 나온 투사된 패턴의 효과의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 조명 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도간의 어떤 관계가 결과로 나온 투사된 패턴에 미칠 수 있는 영향의 도면이다.
도 6은 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 레이저 어레이와 마스크 사이에 위치된 확산기를 추가로 포함하는, 도 1에 도시된 3D 범위 측정을 위한 투사기의 일부의 블록도이다.
도 7은 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 레이저 어레이와 마스크 사이에 위치된 마이크로 렌즈를 추가로 포함하는, 도 1에 도시된 3D 범위 측정을 위한 투사기의 일부의 블록도이다.
도 8은 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 도 1에 도시된 3D 범위 측정을 위한 투사기의 세그먼트의 도면이고, 여기서, 레이저 어레이는 개별 이미터들 사이에 이격된 반사면을 가진다.
도 9는 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 3D 이미징 장치의 블록도이다.
도면의 간결성과 명확성을 위하여, 도면에 도시된 요소는 반드시 스케일에 맞지 않다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해, 다른 요소보다 상대적으로 과장될 수 있다. 또한, 적절하다고 생각되면, 참조 번호는 해당 요소나 유사한 요소를 지시하기 위하여 도면들 중에 반복될 수 있다.
이하에 자세히 서술된 설명에서, 많은 구체적인 세부 사항이 현재 개시된 주제의 완벽한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 당업자가 현재 개시된 주제가 이들 구체적인 세부 사항 없이 시행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예에서, 주지된 방법, 절차 및 구성은, 현재 개시된 주제를 모호하게 하지 않게 하기 위해 세세히 기술되지 않는다.
특별히 다른 진술이 없으면, 이하에서의 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 논의의 전반에 걸쳐, 다양한 기능적 용어가 컴퓨터 또는 연산 장치 또는 유사한 전자 연산 장치의 액션 및/또는 프로세스를 언급한다는 것을 알 것이고, 이들은 연산 장치의 레지스터 및/또는 메모리 내의 물리(전자와 같은)량으로 표현된 데이터를 연산 장치의 메모리, 레지스터 또는 다른 유형의 정보(tangible information) 저장소와 같은 송신기 또는 디스플레이 장치 내의 물리량으로 유사하게 표현된 다른 데이터로 조종 및/또는 변환시킨다.
이미지 프로세싱의 분야와 디지털 비디오 콘텐츠 시스템 및 디지털 비디오 프로세싱의 분야의 종래 용어의 리스트가 아래에 제공된다. 아래의 용어 각각에 대하여, 간략한 정의가 기술 분야에서 각 용어의 종래 의미에 따라 제공된다. 아래에 제공된 용어는 기술 분야에서 알려지고, 이하의 정의는 편의성만을 위해 비제한적인 예로서 제공된다. 따라서, 다른 진술이 없다면, 청구항에서의 해당 용어의 해석은 아래 정의에 제한되지 않고, 청구항에서 사용되는 용어는 그 용어의 가장 넓고 이치에 맞는 해석이 주어져야 한다.
현재 개시된 주제의 태양에 따르면, 3차원("3D") 이미징 장치가 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 이미징 장치는 투사기 및 이미징 센서 및 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 투사기는 레이저 어레이, 마스크 및 투사 옵틱을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터를 포함할 수 있다. 마스크는 (조명될 때) 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 투사 옵틱은 구조광 패턴을 물체 위에 비추도록 구성될 수 있다. 레이저 어레이와 마스크간의 거리는, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따라 최소화될 수 있다. 이미징 센서는 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 유닛은 범위 파라미터(range parameter)를 결정하기 위하여 이미지를 처리하도록 구성될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3차원("3D") 이미징 장치가 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 이미징 장치는 투사기, 및 이미징 센서 및 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 투사기는 레이저 어레이, 마스크 및 투사 옵틱을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터를 포함할 수 있다. 마스크는 (조명될 때) 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 투사 옵틱은 구조광 패턴을 물체 위에 비추도록 구성될 수 있다. 레이저 어레이와 마스크는, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필에 따라, 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 원하는 균일성 기준이 충족되는 최소의 거리에 서로 위치될 수 있다. 이미징 센서는 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 프로세싱 유닛은 범위 파라미터를 결정하기 위하여 이미지를 처리하도록 구성될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3D 이미징을 할 수 있는 방법이 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 카메라를 제공하는 방법은, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따라 실질적으로 최소인 거리에서, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개개의 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 또한, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3D 범위 측정을 위한 투사기가 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 투사기는 레이저 어레이, 마스크 및 투사 옵틱을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터를 포함할 수 있다. 마스크는 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 투사 옵틱은 구조광 패턴을 물체 위에 비추도록 구성될 수 있다. 레이저 어레이와 마스크간의 거리는, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따라 최소화될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3D 범위 측정을 위한 투사기가 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 범위 측정 장치는 투사기 및 이미징 센서 및 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 투사기는 레이저 어레이, 마스크 및 투사 옵틱을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터를 포함할 수 있다. 마스크는 (조명될 때) 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 투사 옵틱은 구조광 패턴을 물체 위에 비추도록 구성될 수 있다. 레이저 어레이와 마스크는, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필에 따라, 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 원하는 균일성 기준이 달성되는 최소의 거리에 서로 위치될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 태양에 따르면, 3D 범위 측정을 위한 투사기를 제공하는 방법이 제공된다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 본 방법은, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따라 달성되는 거리에서, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개개의 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 또한, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
이제 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 3D 범위 측정을 위한 투사기의 블럭도인 도 1을 참조한다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 이하에서 더욱 자세히 설명되는 바와 같이, 도 1에 도시된 투사기(100)는 3D 카메라의 일부일 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 투사기는 레이저 어레이(110), 마스크(130) 및 투사 옵틱(160)을 포함할 수 있다. 레이저 어레이는 복수의 개별 이미터(112A - 112N)를 포함할 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이(100) 내의 복수의 개별 이미터(112A - 112N)는 실질적으로 서로 논-코히런트(non-coherent)하다.
예시에 의하여, 도 1에 도시된 레이저 어레이(110)는 수직-공동 표면-발광 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL)의 어레이이다. 비-제한적인 예시에 의하여, 2.6 x 2.6 ㎟ 의 면적의 VCSEL 어레이는 유효 발광 면적을 가진 VCSEL 어레이가 사용될 수 있다. 추가적인 예시에 의하여, VCSEL 어레이는, 펄스형 모드에서 작동될 때, 대략 30 와트의 피크 전력 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. VCSEL 어레이 내의 각각의 이미터는 약 10 mV의 피크 전력을 전달하도록 구성될 수 있다. 약 3000개의 이미터를 가진 VCSEL 어레이에 대하여, 전체 전력은 약 30 와트일 수 있다. 상기 VCSEL 어레이는, 비교적 높은 전력 출력 덕분에, 넓은 범위의 작동 거리를 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 작동 거리는, 특히, 센서 민감도, 카메라 렌즈 및 일반적인 이미지된 물체에 추가로 의존될 수 있다는 것을 더욱 인식할 것이다(즉, 인간 피부는 일반적인 구조 물질보다 덜 반사하기 때문에, 아키텍처 모델링(architecture modeling)은 인간 모델링보다 더 먼 거리에서 신뢰할 수 있다).
다른 유형의 레이저 어레이가 현재 개시된 주제의 예시의 일부로서 사용될 수 있고, VCSEL은 사용될 수 있는 레이저 어레이의 가능한 유형의 한 예일 뿐이라는 것을 인식할 것이다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 범위 측정을 위한 투사기의 일부로서 사용될 수 있는 레이저 어레이의 또 다른 예는 레이저 결합된 광섬유의 인코히런트 번들이다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이(110)(가령, VCSEL 어레이)는 개별 이미터(112A- 112N)가 독립적으로 레이저 발사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 개별 이미터(112A - 112N)들 간에 코히런스가 (일반적으로) 없다. 실질적으로 서로 코히런트가 없는 복수의 개별 이미터를 가진 레이저 어레이를 구조광 패턴을 위해 광원으로서 사용하는 것은 결과로 나온 투사된 패턴에 스펙클을 줄일 수 있다.
이하에서 추가로 자세히 기술되는 바와 같이, 레이저 어레이(110)에 의해 발광된 광은 복수의 개별 이미터의 어떤 불균일성 프로필에 의해 특징지어진다. 불균일성 프로필은 레이저 어레이에서 이격된 레이저 어레이(110)의 개별 이미터(112A -112N)로부터의 광의 분포를 변화시키는 것을 나타낸다.
이와 관련하여, 레이저 어레이 이미터(112A - 112N)의 평면이나 이미터(112A - 112N)의 발광 표면에 바로 인접한 평면에서, 광의 분포는 개별 이미터(112A - 112N)의 레이아웃의 결과이다. 개별 이미터(112A - 112N)가 서로 이격되어서, 광 강도 분포는 매우 불균일하다. 예를 들어, 개별 이미터 스팟 지름은 약 12μ 이고, 각 광 스팟의 중심간의 간격은 약 50μ 일 수 있다.
그러나, 도 1의 예시에 의해 볼 수 있는 바와 같이, 개별 이미터(112A - 112N)의 각각은 본질적으로 콘모양(120)으로 발광한다. 그러므로, 레이저 어레이(110)에 의해 제공된 광 강도의 분포는 광이 개별 이미터(112A - 112N)로부터 전파되면서 변한다. 광 분포를 변화시키는 것은 불균일성 프로필에 의해 나타난다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 다양한 레이저 어레이가 다양한 불균일성 프로필을 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 다양한 레이저 어레이는 개별 이미터의 다양한 발광 지름 및/또는 이미터 간의 다양한 간격으로 설계될 수 있다. 발광 지름의 변화도 광선 발산을 변화시킨다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 12μ 이미터는 0.12의 NA를 가지고, 6μ 이미터는 0.24의 NA를 가질 것이다. 개별 이미터의 다양한 발광 지름 및/또는 이미터간의 다양한 간격은 다양한 불균일성 프로필을 낸다. 따라서, 현재 개시된 주제의 예시에서, 특정 불균일성 프로필을 가진 레이저 어레이가 3D 범위 측정을 위한 투사기에서 사용되기 위해 선택될 수 있다.
마스크(130)는 레이저 어레이(110)로부터의 거리(190)에 위치된다. 마스크(130)는 조명될 때, 구조광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크(130)는 흡수 패턴 및 반사 패턴의 조합을 포함할 수 있고, 이는 마스크의 표면에 영향을 주거나 마스크(130)를 통과하는 광을 조작하여, 마스크(130)에서 나오는 광은 원하는 광의 구조화된 패턴을 제공한다. 기술 분야에 정통한 이들은 다른 유형의 마스크가 원하는 광의 구조화된 패턴, 가령, 홀로그래픽 유형 마이크로 렌즈 어레이 및 다양한 그레이팅(grating) 유형을 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
투사 옵틱(150)은 물체 또는 물체 평면(180)으로 구조광 패턴을 비추도록 구성될 수 있다. 예시에 의하여, 도 1의 투사 옵틱(160)은 시야 렌즈(150)와 투사 렌즈(170)로 구성된다. 시야 렌즈(150)는 레이저 어레이 이미터(110)의 텔레센트릭 성질(telecentric nature)을 조작하는데 사용될 수 있다. 다양한 유형의 렌즈와 다른 광학 요소의 조합을 포함하여, 다양한 투사 옵틱이 기술 분야에서 사용되고, 현재 개시된 주제의 예시에 따른 레이저 어레이(110)와 마스크(130)의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다양한 투사 옵틱은 다양한 요구에 적절할 수 있고, 투사 옵틱은 특정 요구에 따라 선택될 수 있다. 사용되는 실제의 투사 렌즈를 정의하는 파라미터는 시야각(angular field of view), 원하는 레졸루션 및 필드 제한의 뎁스의 스펙이다.
일부 응용예에 대하여, 마스크(130) 평면에 실질적으로 균일한 조명을 달성하는 것이 필요하다는 것을 인식할 것이다.
본원에서 참조로 포함되고, 2007년 11월 20일에 출원된 미국 특허 공개 번호 제2010/0074532호에 기술된 패턴을 제공하도록 구성된 마스크를 예로 든다. 이 마스크는, 유한한 세트의 식별 가능한 특징 유형의 기설정된 어레이를 포함하는 인코딩된 2차원 광 패턴을 제공하도록 구성된다. 투사된 패턴은 가변하는 강도의 단색 광선의 형태를 취할 수 있고, 인접한 광선의 조합은 인코딩된 특징이나 2차원 공간 형성을 가진 문자를 포함한다.
이미지된 물체에 투사될 때, 광선들은 다양한 반사점에서 이미지된 물체의 표면을 가로지른다. 따라서, 상황이 허락되면, 센서에 의해 캡처된 이미지(전형적으로 2D 이미지)로 투사된 특징의 반사상을 알아차릴 수 있다.
이미지된 물체의 표면상의 다양한 점(또는 영역)에 대해 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 특히, 패턴의 특징 유형의 위치와 각각의 투사점의 이미지의 위치 사이의 관계를 포함하는 투사 기하형상을 결정하는 것이 필요하다. 따라서, 이미지의 특징 유형을 알아차릴 수 있는 것이 바람직하다. 특징 유형이 이미지에서 식별될 수 없으면, 패턴과의 상관관계에 기초하여 범위 파라미터를 결정하는 것이 어렵거나 심지어 불가능할 수 있다.
미국 특허 공개 번호 제2010/0074532호에 기술된 패턴에 대하여, 마스크(130) 평면에 걸쳐 균일한 광 강도 분포가 요구되는 것을 인식할 것이다. 마스크(130) 평면에 걸쳐 균일한 광 강도 분포로, 마스크(130)에서 나오는 광 광도 분포 및 결과로 나온 투사된 패턴은 의도된 2차원 광 패턴과 밀접하게 상관관계될 수 있다.
이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 범위 파라미터가 결정될 물체 또는 장면(scene)상의 광 강도 분포는, 마스크(130)가 제공하는 마스크(130) 및 구조광 패턴의 어떤 특징에 의해 추가로 영향을 받을 수 있고, 균일성 기준은 이러한 마스크(130)의 특징과 관련될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 범위 파라미터가 결정될 물체 또는 장면상의 광 강도 분포는, 범위 파라미터가 결정될 물체 또는 장면의 동적 범위에 의해 영향을 받을 수 있고, 균일성 기준은 물체 또는 장면의 동적 범위와 관련될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 범위 파라미터가 결정될 물체 또는 장면상의 광 강도 분포는, 마스크(130) 평면에 영향을 주는 광의 광 강도 분포 패턴의 밀도와 마스크(130)의 패턴의 밀도간의 관계에 의해 영향을 받을 수 있고, 균일성 기준은 이 관계와 관련될 수 있다.
이제 레이저 어레이 이미터의 발광 표면으로 부터 다양한 거리에 위치된 각각의 평면에서 레이저 어레이에 의해 발광되는 광의 분포의 개략도인 도 2A - 2C을 참조한다. 도 2A에서, 레이저 어레이의 이미터의 평면 또는 이미터의 발광 표면에 바로 인접한 평면에서의 광의 분포가 예시로 도시된다. 도 2A에서 볼 수 있는 바와 같이, 이미터(112A - 112N)들은 이격되어서, 이미터(112A - 112N)의 발광 표면에 바로 인접한 광 강도 분포는, 서로 명확히 구별되는 광의 비교적 작은(또는 초점된) 스팟의 형태이고, 광의 스팟 사이에, 실질적으로 조명되지 않는 영역이 있는데, 다시 말해, 광의 스팟 사이에, 실질적으로 어두운 영역이 있다. 예를 들어, 개별 이미터 스팟 지름은 약 12μ일 수 있고, 각 광 스팟의 중심은 약 50μ의 간격일 수 있다.
도 2B는, 적어도 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 원하는 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 의해 정의된 이미터로부터의 거리에 있는 평면과 이미터의 발광 표면에 바로 인접한 평면 사이에 위치된 중간 평면에서의 광의 분포를 예시적으로 도시한다. 도 2B에서 볼 수 있는 바와 같이, 중간 평면에서, 개개의 이미터로부터의 광은 발산하고, 광의 분포는 이미터(112A - 112N)의 발광 표면에 바로 인접한 평면에서의 광의 분포와 비교할 때(가령, 도 2A), 중간 평면에 걸쳐 더욱 균일해졌다.
그렇더라도, 적어도 일부 응용예에서, 도 2B에 도시된 중간점에서 마스크(130)의 표면상의 레이저 어레이(110)로부터의 광 분포가 적절할 수 있다. 예를 들어, 3D 범위 측정 응용예에서, 중간 평면에 위치된 마스크(130)에 의해 투사되ㄱ고, 도 2B에 도시된 광 강도 분포를 가진 레이저 어레이(110)에 의해 조명된 구조광 패턴이 마스크(130)상으로 투사된 불균일한 광에 의하여, 투사된 특징 유형의 적어도 일부가 식별하기 어렵거나 불가능한 정도까지 퇴화될 수 있기 때문에, 중간점에서의 광 분포는 구조광 패턴 투사에 적절하지 않을 수 있다.
도 2C에서, 현재 개시된 주제의 예시에 따라, 광의 분포가 균일성 기준을 충족하는, 레이저 어레이로부터 최소 거리에서 어떤 불균일성 프로필을 가진 레이저 어레이의 복수의 개별 이미터로부터의 광 강도의 분포의 도면이 예시로 도시된다. 상기에서 언급된 바와 같이, 개별 이미터(112A - 112N)의 각각은 콘모양(120)으로 발광한다. 그 결과, 레이저 어레이(!10)의 개별 이미터는 불균일성 프로필에 따라 발산하고, 인접한 이미터로부터의 광선은 이미터(112A - 112N)로부터 약간의 거리에서 오버랩되기 시작한다. 우선, 인접한 이미터로부터의 광선이 오버랩되면, 이 오버랩은 도 2B에 도시된 것과 유사한 광 분포를 생성한다. 그러나, 기설정된 불균일성 프로필을 사용하면, 레이저 어레이(110)로부터의 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준이 충족되는 최소 거리(190)를 찾을 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이의 광 강도 분포의 불균일성 프로필에 따라, 균일성 기준이 충족되는 최소 거리(190)에 마스크(130)를 위치시키는 것은, 3D 범위 측정에 적절한 구조 광 패턴의 투사를 가능할 수 있다. 이 최소 거리(19)는 원하는 명암, 원하는 장치, 투사된 패턴의 광학 특징, 레졸루션등과 같은 팩터에 의존하고, 그 팩터로 가변될 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이의 광 강도 분포의 불균일성 프로필에 따라, 균일성 기준이 충족되는 최소 거리(190)는 상기 언급된 팩터의 일부 또는 전부, 더 나아가 다른 팩터를 경험적으로 고려하여 결정될 수 있다. 비제한적인 예시에 의하여, 어떤 3D 범위 측정 장치 및 어떤 조건하에서, 12μ 지름과 50μ 이격된 0.12NA 이미터의 조명 프로필이 0.5mm의 거리에서 충분히 균일하게 될 수 있다.
상기 언급되고, 이하에서 논의되는 바와 같이, 레이저 어레이의 광 강도 분포가 3D 범위 측정에 적절한 구조광 패턴의 투사를 가능하게 하기 위해 적합한, 레이저 어레이(110)와 마스크(130) 사이의 최소 거리(190)를 결정할 때 추가적인 팩터가 고려될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 레이저 어레이(110)와 마스크(130) 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 깆누에 따라 최소화될 수 있다. 그러나, 디자인 선호도 및/또는 다른 선호도 때문에, 마스크(130)와 레이저 어레이는, 3D 범위 측정 장치를 위한 투사기의 성능, 투사기가 일부분인 3D 카메라의 성능을 저해하지 않으면서, 최소 거리로부터 약간 서로 떨어지게 위치될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 레이저 어레이(110)에 대해 마스크(130)를 위치시키기 위한 최대 거리가 제공될 수 있다. 예를 들어, 최대 거리는, 마스크를 통해 레이저 어레이 소스의 기설정된 최소 전력 전달과 관련될 수 있다. 또한, 예를 들어, 최대 거리는 마스크 표면에 걸쳐 기설정된 광 강도 기준과 관련될 수 있다. 특정 예시에서, 기설정된 기준은, 85%의 최소 전력 전달일 수 있고, 마스크의 가장자리에서 광 강도가 마스크 조명 영역의 중앙에서 그 값의 80% 이하로 떨어지지 않는 기준일 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크(130)는 레이저 어레이(110)로부터 어떤 범위 내에 위치될 수 있는데, 이 범위는 최소 거리에 따라 결정될 수 있고, 이는 결국, 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포에 대한 균일성 기준, 더 나아가 최대 거리에 따라 결정된다.
편의상, 현재 개시된 주제의 예시의 설명에서, 마스크와 레이저 어레이 사이의 최소 거리 또는 최소 거리의 결정을 일반적으로 참조한다. 그러나, 현재 본원에서 개시된 많은 예는, 최소 거리와 상기 기술된 최대 거리에 따라 결정되는 범위 내에서의 마스크와 레이저 어레이의 위치선정과도 관련 있다. 이와 같이, 최소 거리를 결정하는 대신에, 최소 거리와 최대 거리에 기초하여 범위가 결정될 수 있다. 따라서, 최소 거리를 참조하여 본원에서 기술되는 예시는 최소 거리와 최대 거리와 관련된 범위에 적용될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 3A - 3C는 각각 도 2A-2C와 관련된 평면에서, 레이저 어레이에 의해 발광된 광 강도의 분포의 개략적인 도면이다. 도 3A는 도 2A에 상응하고, 레이저 어레이(110)의 평면에서, 또는 이미터(112A - 112N)의 발광 표면에 바로 인접한 평면에서, 광 강도의 분포의 개략적인 도면을 제공한다. 도 3B는 도 2B에 상응하고, 이미터(112A - 112N)의 발광 표면에 바로 인접한 평면과 레이저 어레이에 의해 발광된 광의 불균일성 프로필에 따라, 광 강도 분포가 균일성 기준을 만족하는 최소 거리에 있는 평면사이에 위치된 중간 평면에서의 광 강도 분포의 개략적인 도면을 제공한다. 도 3C는 도 2C에 상응하고, 레이저 어레이에 의해 발광된 광의 불균일성 프로필에 따라, 광 강도 분포가 균일성 기준을 만족하는, 레이저 어레이로부터 최소 거리에 위치된 평면에서, 광 강도 분포의 개략적인 도면을 제공한다.
이제, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 주어진 광 강도 분포를 가진 다양한 마스크를 사용하는 것이 결과로 나온 투사된 패턴을 가질 수 있는 영향을 나타내는 도 4를 참조한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 현재 개시된 주제의 예시에 따라, 레이저 어레이는 서로 이격된 복수의 개별 이미터로 구성된다. 개별 이미터는 콘모양(120)으로 발광(또는 방사)하고, 광은 불균일성 프로필에 다라 개별 이미터로부터 발산한다. 개별 이미터의 발광 표면에 매우 근접하게, 광 강도 분포는 비교적 크고 어두운 영역에 의해 분리된 광의 비교적 모아진 스팟으로 나타난다. 레이저 어레이(110)에 의해 제공된 광 강도의 분포는, 광이 개별 이미터로부터 전파됨에 따라, 레이저 어레이의 불균일성 프로필에 따라 변화된다. 이미터로부터 약간의 거리에서, 인접한 이미터로부터의 광선은 오버랩되기 시작하고, 광 강도 분포는 점점 더 균일해진다.
광 강도 분포(410)는 광 강도 분포의 중간 레벨을 나타낸다. 마스크(420)와 조함하여, 광 강도 분포(410)의 불균일성은 투사된 패턴(421)에서 노이즈로서 나타난다. 인간 시각을 겨냥한 투사 시스템(가령, 비디오 투사기)에서, 이러한 불균일성은 미적인 이유로 바람직하지 않을 수 있다. 그러나, 구조광 패턴(430)으로 동일한 광 강도 분포(410)를 투사한 결과인 투사된 패턴(431)은, 패턴의 국소적 특징이 여전히 구별되고, 정확하게 국소적일 수 있기 때문에, 추가된 노이즈에도 불구하고, 3D 범위 측정을 위해 유용할 수 있다. 각각의 투사 마스크(420 및 430)와 결과로 나온 투사된 패턴(421 및 431)간의 차이점은, 범위 파라미터가 결정될 물체 또는 장면상의 광 강도 분포가, 마스크의 어떤 특징 및 마스크가 제공하는 구조광 패턴의 어떤 특징에 의해 추가로 영향받을 수 있는 방식의 간단한 예시로서의 역할을 한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 균일성 기준은 마스크의 이러한 특징과 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 허용 오차 스펙이 제공될 수 있고, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준, 그리고 더 나아가 허용 오차 스펙에 따라 이행될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 허용 오차 스펙은 마스크의 특징 및/또는 마스크가 제공하는 구조광 패턴의 특징과 관련 있을 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리를 결정하는 것은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준, 그리고 더 나아가 마스크의 특징 및/또는 마스크가 제공하는 구조광 패턴의 특징과 관련 있는 허용 오차 스펙에 따라 이행될 수 있다.
이제, 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 조명 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도간의 관계가 결과로 나온 투사된 패턴에 미칠 수 있는 영향의 도면이다. 투사된 광 패턴(521)은 광 강도 분포(520)를 가진 마스크(521)를 조명한 결과이다. 광 강도 분포(520)는 매우 불균일적이고, 결과로 나온 투사된 광 패턴(521)은 결과로서 오류 발생(corrupted)된다(투사된 광 패턴(521)에서 특징 유형을 식별하기 어렵거나 불가능함).
광 강도 분포(530)는 광 강도 분포(520)와 비교할 때, 분명히 더욱 균일하다. 그러나, 광 강도 분포(530)에서 강도 변화량이 광 강도 분포(520)에서 보다 높지 않더라도, 투사된 광 패턴(531)에서 특징 유형을 식별하는 것은 어렵거나 불가능한데, 왜냐하면, 광 강도 분포(530)에서의 피크의 밀도는 마스크(510)에서의 특징의 밀도와 동일한 등급(order)이고, 이는 투사된 패턴(531)에서 국소적 특징을 왜곡시키는 원하지 않는 간섭으로 이어지기 때문이다. 마스크에 영향을 끼치는 광의 광 강도 분포 패턴과 마스크의 특징간의 간섭은, 마스크에 영향을 끼치는 광의 광 강도 분포 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도가 상호작용하고, 투사된 패턴의 국소적인 특징에서 간섭을 야기하는 방식의 간단한 예시로서의 역할을 한다.
상기 언급된 바와 같이, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 균일성 기준은 마스크에 영향을 끼치는 광의 광 강도 분포 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도와 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 제한 스펙(constraint specification)이 제공되고, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리를 결정하는 것은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준, 그리고 더 나아가, 제한 스펙에 따라, 이행될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리를 결정하는 것은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준, 그리고 더 나아가, 제한 스펙에 따라, 이행될 수 있다.
현재 개시된 추가적인 예시에 따르면, 제한 스펙은, 마스크에 영향을 끼치는 광의 광 강도 분포 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도 사이의 관계와 관련될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리를 결정하는 것은 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준, 마스크에 영향을 끼치는 광의 광 강도 분포 패턴의 밀도와 마스크의 패턴의 밀도 사이의 관계와 관련 있는 제한 스펙, 그리고 더 나아가 마스크의 특징 및/또는 마스크가 제공하는 구조광 패턴의 특징과 관련 있는 허용 오차 스펙에 따라 이행될 수 있다.
3D 범위 측정을 위한 투사된 광 패턴을 제공하기 위하여, 레이저 어레이와 마스크 사이의 최소 거리와 관련된, 현재 개시된 주제의 예시에 따른, 다양한 투사기의 특징 및 3D 이미징 장치의 특징이 기술되었고, 이제, 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따른, 추가적인 투사기의 특징과 3D 이미징 장치의 특징이 기술된다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크 및 마스크에 의해 제공된 패턴은 레이저 어레이에 의해 발광된 광의 공간적인 강도 프로필에 따라 크기 조절될 수 있다. 추가적인 예를 들어, 마스크 및 마스크에 의해 제공된 패턴은, 레이저 어레이의 광 강도 분포의 불균일성 프로필에 따라 균일성 기준이 충족되는 최소 거리에서, 레이저 어레이에 의해 발광된 광의 공간적인 강도 프로필에 따라 크기 조절될 수 있다.
이제 다시 도 1을 참조하면, 상기에서 언급된 바와 같이, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크(130)는, 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 원하는 균일성 기준이 충족되는, 레이저 어레이(110)로부터의 최소 거리(190)에 위치된다. 또한 상기에서 언급된 바와 같이, 최소 거리(190)는 제한 스펙 및 허용 오차 스펙에 따라 추가로 결정될 수 있다.
최소 거리(190)의 레이저 어레이로부터의 광 강도 분포의 균일성은 레이저 어레이(110)의 인접한 개별 이미터의 발광 프로필과 인접한 이미터로부터의 광선의 오버랩 덕분에 달성된다. 가령, 콘모양(120)을 가진 레이저 어레이(110)의 개별 이미터의 발광 프로필이 기술되었고, 도 1에서, 개별 이미터로부터의 광이 이미터로부터의 거리를 가지고 퍼지는 것을 볼 수 있다. 어떤 지점에서, 인접한 이미터의 광 콘(120)은 오버랩되기 시작한다. 오버랩의 정도는 이미터로부터의 거리에 따라 증가한다.
그러나, 공간적인 강도 프로필의 가장자리에서, 특히 최소 거리(190)에서, 가장자리 이미터는 이웃하는 이미터에 의해 둘러싸이지 않아서, 레이저 어레이(110)로부터의 광의 가장자리에서 광 강도는 약하다. 이는 도 2C의 예시와 도 3C의 도면에서 볼 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크(130)는 레이저 어레이(110)에 의해 발광된 광의 공간적인 강도 프로필에 따라 크기 조절될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 마스크(130)는 최소 거리(190)에서, 레이저 어레이(110)에 의해 생성된 광의 전체 영역을 실질적으로 커버하기 위해, 광 강도 분포가 실질적으로 덜 균일한 주변부를 제외하고, 절삭될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 최소 거리(190)를 결정하는 것은 주변부 스펙(periphery specification)에 따라 추가로 결정될 수 있다. 주변부 스펙은 레이저 어레이에 의해 생성된 광의 주변부를 명시하는데 사용될 수 있고, 이는 레이저 어레이(110)로부터의 광이 균일성 기준에 따르는 최소 거리를 결정할 때, 무시될 수 있다. 주변부는, 광 강도가 조명 영역의 중앙에서 그 값의 어떤 퍼센티지(가령, 80%) 이하로 떨어지는 영역으로 명시될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 마스크(130)는 광 전력 전달 기준에 따라 크기 조절될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 광 전력 전달 기준은 주변부 스펙과 함께, 마스크(130)의 크기를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 레이저 어레이(110)에 의해 발광된 광의 주변부에서의 광 강도는 실질적으로 덜 균일하므로, 현재 개시된 주제의 일부 예시에서, 마스크(130)에 걸쳐 균일한 광 강도 분포를 유지하기 위해 절삭된 마스크를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 마스크(130)의 크기를 줄이는 것은 전체 광 전력 전달을 감소시킨다. 따라서, 현재 개시된 주제의 일부 예시에서, 광 전력 전달 기준은, 가령, 공간적인 강도 프로필에 따라 마스크의 절삭을 제약하는데 사용될 수 있고, 마스크(130)의 과대 절삭을 막을 수 있다. 광 전력 전달 기준은 주변부 스펙과 함께, 마스크(130)의 크기를 결정하는데 사용될 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마스크(130)의 크기는 마스크(130)가 레이저 어레이(110)로부터 최소 거리(190)에 위치될 때 관련 상황에 따라 평가될 수 있다.
현재 개시된 주제의 추가적인 예시에 따르면, 최소 거리(190)를 결정하는 것은 주변부 스펙에 따라 추가로 결정될 수 있다. 주변부 스펙은 레이저 어레이에 의해 생성된 광의 주변부를 명시하는데 사용될 수 있고, 이는 레이저 어레이(110)로부터의 광이 균일성 기준을 따르는 최소 기준을 결정할 때 무시될 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 결함 이미터 기준이 제공된다. 이 결함 이미터 기준은 이미터가 투사기(100)의 적절한 광원으로서의 자격이 있다고 간주되는 복수의 개별 이미터(112A - 112N) 중의 개별 결함 이미터의 분포 및/또는 비율을 명시하는데 사용될 수 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 투사기(100)는 구조광 패턴을 3D 범위 측정 장치에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 광원(레이저 어레이(110))이 너무 많은 개별 결함 이미터를 가지면, 광원의 출력은 너무 낮을 수 있고, 구조광 패턴은 넓은 범위의 3D 범위 측정을 하는데 충분히 투사될 수 없다. 따라서, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 결함 이미터 기준이 제공될 수 있고, 어떤 스레숄드보다 더 많은 결함 개별 이미터의 수를 포함하는 레이저 어레이를 거부하는데 사용될 수 있다. 스레숄드는 고정적인 숫자일 필요는 없고, 다만, 레이저 어레이에서 개별 이미터의 전체 수의 어떤 비율이나 다른 적절한 측정법일 수 있다.
더구나, 상기에서 언급된 바와 같이, 투사기의 레이저 어레이 소스(레이저 어레이)의 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필은, 마스크가 광원에 대해 위치될 수 있는 최소 거리를 결정하는데 사용될 수 있어서, 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포는 균일성 기준을 충족한다. 따라서, 광원이 결함 이미터의 비교적 큰 클러스터(cluster)를 가진다면, 광원으로부터의 광은 현저한 어두운 스팟을 가질 것이고, 광 강도 분포의 균일성은 손상되어서, 투사된 광 패턴이 오류 발생하게 될 것이다. 따라서, 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 결함 이미터 기준이 제공될 수 있고, 결함 개별 이미터의 비교적 큰 클러스터(들)를 포함하는 레이저 어레이를 거부하는데 사용될 수 있다. 결함 기준은 결함 이미터의 수(또는 결함 이미터의 비율의 유사한 측정) 또는 결함 개별 이미터의 클러스터의 정도(크기, 비율등) 또는 이들 모두와 관련 있을 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 투사 렌즈(170)는 입사동(175)이 레이저 어레이(110)로부터의 광의 발산과 매치되도록 선택될 수 있고, 그 역도 마찬가지이다.
이제, 현재 개시된 주제의 예시에 따라, 도 1에 도시된 3D 범위 측정을 위한, 레이저 어레이와 마스크 사이에 위치된 확산기를 더 포함하는 투사기의 일부의 블록도가 도시된 도 6을 참조한다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 확산기(615)는 레이저 어레이(610)와 마스크(630) 사이에 위치되어, 레이저 어레이(610)의 광 강도 분포의 불균일성 프로필을 고려해 볼 때, 균일성 기준이 충족되는 레이저 어레이(610)와 마스크(630) 사이의 최소 거리를 줄일 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 도 1 에 도시된 3D 범위 측정을 위한, 레이저 어레이와 마스크 사이에 위치된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 투사기의 세그먼트의 블록도를 도시한다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 마이크로 렌즈 어레이(715)는 레이저 어레이(710)와 마스크(730) 사이에 위치되어, 레이저 어레이(710)의 광 강도 분포의 불균일성 프로필을 고려해 볼 때, 균일성 기준이 충족되는 레이저 어레이(710)와 마스크(730) 사이의 최소 거리를 줄일 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이는 개별 이미터들 사이의 간격에 반사면을 가질 수 있다. 이제 도 8을 참조하면, 이는 도 1에 도시된 3D 범위 측정을 위한 투사기의 세그먼트의 도면인데, 레이저 어레이는 현재 개시된 주제의 예시에 따른 개별 이미터들 사이의 간격에 반사면을 가진다. 원하는 투사된 광 패턴을 제공하는데 사용되는 마스크(830)는 반사 및 투과 영역을 사용하여, 레이저 어레이(810)로부터의 광을 선택적으로 전달할여서, 원하는 투사된 광 패턴을 생성할 수 있다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 레이저 어레이(810)의 개별 이미터 사이의 간격의 면적이 이미터 그 자체의 면적보다 실질적으로 더 크기 때문에, 마스크(830)의 반사 부분에 의해 반사되는 광의 실제 부분은 이미터들 사이의 반사면(815)에 의해 다시 반사될 것이다. 결과적으로, 반사면(815)으로 다시 되돌아온 마스크(830)로부터 반사된 광은 한 번 더 반사될 것이다. 이 반사 사이클은 반사면(815)으로부터 반사된 광이 마스크(830)의 투과 영역에 영향을 끼칠 때까지 발생하고, 투사기의 외부로 발광된다.
현재 개시된 주제의 예시의 태양에 따르면, 3D 이미징 장치가 제공될 수 있고, 이는 상기 기술되었던 주제의 예시에 따른 3D 범위 측정을 위한 투사기를 포함한다. 이제 참조되는 도 9는 현재 개시된 주제의 예시에 따라, 3D 이미징 장치의 블록도이다. 현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 3D 이미징 장치(900)는 이미징 센서(920), 프로세싱 유닛(930) 및 투사기(910)를 포함할 수 있다.
투사기(910)는, 복수의 개별 이미터 및 마스크를 포함하는 레이저 어레이를 포함할 수 있는데, 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련 있는 균일성 기준에 따라 실질적으로 최소화된다. 투사기(910)는 상기 기술되고, 도 1 - 8을 참조하나, 이에 제한되지 않는 투사기의 예에 따라 실행될 수 있다.
이미징 센서(920)는 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 3D 범위 측정 장치를 위해 적절한 이미지를 제공하기 위해 사용되는 다양한 이미징 센서가 있다. 현재 사용되거나, 미래에 사용될 적절한 이미징 센서가 물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐링하는데 사용될 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 이미징 센서(920)는, 3D 범위 측정 장치에 적절한 특정 이미징 기하형상을 제공하는 방식으로, 투사기(910)에 대해 위치될 수 있다. 현재 개시된 주제의 추가적인 예시에서, 이미징 센서는 투사기(910)에 작동적으로 연결되고, 이미징 센서(920)와 투사기(910)의 작동은, 가령, 3D 이미징 장치(900)에 더 나은 전력 효율을 달성하기 위하여, 동기식일 수 있다.
현재 개시된 주제의 예시에 따르면, 프로세싱 유닛(930)은 이미징 센서(920)에 의해 캡쳐되었던 이미지를 처리하도록 구성될 수 있고, 범위 파라미터를 제공할 수 있다. 투사된 패턴을 가진 물체의 이미지로부터 범위 파라미터를 추출하는데 사용될 수 있는 다양한 알고리즘이 프로세싱 유닛(930)에 의해 실행될 수 있다.

Claims (17)

  1. 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이와 구조광 패턴을 제공하기 위한 마스크를 포함 - 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련 있는 균일성 기준에 따라 최소화됨 - 하고, 물체에 구조광 패턴을 비추기 위한 투사 옵틱을 포함하는 투사기와,
    투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 센서와,
    범위 파라미터를 결정하기 위해 이미지를 처리하도록 구성된 프로세싱 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수의 개별 이미터는 동일한 이미터 크기, 동일한 광 발산 출력, 동일한 광 전력 출력, 동일한 상호 간격을 특징으로 하고, 불균일성 프로필은 광 발산 출력 및 개별 이미터의 광 전력 출력, 및 개별 이미터간의 상호 간격과 관련 있는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 균일성 기준은 타겟 동적 범위에 더욱 관련 있는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 균일성 기준은 레이저 어레이의 개별 이미터의 밀도와 구조광 패턴의 특징 유형의 밀도 사이의 관계와 더욱 관련 있는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 마스크는 레이저 어레이에 의해 발산되는 광의 공간적인 강도 프로필에 따라 크기 조절되는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 공간적인 강도 프로필은, 마스크가 레이저 어레이에 대해 위치되는 거리에서 레이저 어레이의 균일한 광의 면적을 정의하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 마스크는 균일성 기준에 따라 더욱 크기 조절되는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 마스크는 광 전력 전달 기준에 따라 더욱 크기 조절되는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 레이저 어레이는 VCSEL 어레이 인것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 레이저 어레이는, 복수의 개별 이미터들 중의 개별 결함 이미터의 분포 및 비율과 관련된 결함 이미터 기준을 충족하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 레이저 어레이 및 마스크는, 서로에 대해 5mm 미만의 거리에 위치되는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 레이저 어레이 및 마스크는, 서로에 대해 2mm 미만의 거리에 위치되는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 장치.
  13. 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따른 최소인 거리에, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계;
    구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 및
    물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 방법.
  14. 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이와,
    구조광 패턴을 제공하기 위한 마스크 - 레이저 어레이와 마스크 사이의 거리는 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필과 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련 있는 균일성 기준에 따라 최소화됨 - 와,
    물체에 구조광 패턴을 비추기 위한 투사 옵틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 범위 측정을 위한 투사기.
  15. 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포와 관련된 균일성 기준에 따른 최소인 거리에, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계; 및
    구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 범위 측정 방법.
  16. 복수의 개별 이미터의 불균일성 프로필 및 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포의 원하는 균일성에 의해 결정된 거리에서, 복수의 개별 이미터를 포함하는 레이저 어레이에 대해 구조광 패턴을 제공하기 위해 마스크를 위치시키는 단계;
    구조광 패턴을 물체 위에 비추기 위하여, 마스크를 통과하는 개별 이미터로부터의 광의 광학 경로에 투사 옵틱을 위치시키는 단계; 및
    물체에 투사된 구조광 패턴으로 물체의 이미지를 캡쳐하고, 범위 파라미터를 결정하기 위하여, 반사되고 투사된 광의 광학 경로에 이미징 센서를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 레이저 어레이로부터 상기 거리에 마스크를 위치시키는 것은, 개별 이미터로부터의 광을 불균일성 프로필에 따라 발산되도록 하여, 마스크 평면에 걸친 광 강도 분포의 원하는 균일성을 달성하도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 이미징 방법.
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