TWI665471B - 光學圖案投影 - Google Patents

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TWI665471B TW104138308A TW104138308A TWI665471B TW I665471 B TWI665471 B TW I665471B TW 104138308 A TW104138308 A TW 104138308A TW 104138308 A TW104138308 A TW 104138308A TW I665471 B TWI665471 B TW I665471B
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Abstract

本發明描述用於將一不規則或複雜圖案投影至一空間區域(例如，一二維或三維物件或場景)上之光學系統。自複數個光源之各者發射一各自光束。該等經發射光束根據複數個不同第一光柵參數共同繞射以產生複數個第一繞射光束。接著，該等第一繞射光束根據一或多個第二光柵參數共同繞射。

Description

光學圖案投影
本發明係關於光學圖案投影。
光學圖案投影可於多種應用中使用，諸如三維(3D)或景深測繪(depth mapping)、區域照明及LCD背光源。3D(或景深)測繪例如指代表示一物件之表面之一組3D座標。作為景深測繪程序之部分，可將光(即，可見光、紅外光或其他輻射)投影至一區域上而具有具高品質(例如，良好解析度)且經良好控制的強度之一圖案，使得能可靠地發現一場景中之一或多個物件之大部分上方之景深值。
在一些應用中，繞射光柵用於產生一所要投影圖案。一繞射光柵可實施為例如在一基板之表面上蝕刻、模製或沈積之一光學表面。在一些系統中，第一繞射光柵及第二繞射光柵經串聯配置以繞射一輸入光束。
本發明描述用於將一不規則或複雜圖案投影至一空間區域(例如，一二維或三維物件或場景)上之光學系統。此等圖案可用以例如提供增強型紋理對比度，以有利於經由經新增/新增中場景/物件紋理、圖案失真、三角測量之立體匹配及/或景深計算及/或其他景深成像或感測應用。
例如，在一態樣中，一種將一光學圖案投影至一物件或場景上 之方法包含自複數個光源之各者發射一各自光束。該等經發射光束根據不同第一光柵參數(例如，輪廓函數及光柵週期)共同繞射以產生第一繞射光束。接著，該等第一繞射光束根據一或多個第二光柵參數(例如，輪廓函數及光柵週期)共同繞射。
根據另一態樣，一種光學投影子總成包含：光學通道；光源，其等之各者可操作以將光發射至該等通道之一各自通道中；一或多個第一光柵，其等共同提供複數個不同第一光柵參數；及一或多個第二光柵，其等共同提供至少一第二光柵參數。該一或多個第一光柵經配置使得由該等光源發射之光根據該等第一光柵參數之不同第一光柵參數繞射，以產生複數個第一繞射光學信號。該一或多個第二光柵經配置以繞射該等第一繞射光學信號。
在一些實施方案中，該等光柵之各種特徵(諸如該等第一及第二光柵之扇出角)可經選擇以產生投影至一空間區域上之一高度不規則或複雜光圖案。
自以下實施方式、隨附圖式及申請專利範圍將明白其他態樣、特徵及優點。
20‧‧‧光學三維(3D)測繪系統
22‧‧‧區域
24‧‧‧成像裝置
26‧‧‧影像處理器
28‧‧‧影像擷取子總成
30‧‧‧光學投影子總成
30A‧‧‧光學投影子總成
30B‧‧‧光學投影子總成
32‧‧‧光源
32A‧‧‧光源/第一光源
32B‧‧‧光源/第二光源
32C‧‧‧光源
34‧‧‧光束/入射光束
34A‧‧‧光束/入射光束
34B‧‧‧光束/入射光束
34C‧‧‧光束/入射光束
35A‧‧‧第一光柵之第一區域
35B‧‧‧第一光柵之第一區域
35C‧‧‧第一光柵之第一區域
36‧‧‧第一光柵/繞射光柵
36A‧‧‧第一光柵
36B‧‧‧第一光柵
37‧‧‧第一繞射光學信號
37A‧‧‧第一繞射光學信號
37B‧‧‧第一繞射光學信號
37C‧‧‧第一繞射光學信號
39A‧‧‧第二光柵之第二區域/第一第二區域
39B‧‧‧第二光柵之第二區域/第二第二區域
39C‧‧‧第二光柵之第二區域/第三第二區域
42‧‧‧第二光柵/繞射光柵
42A‧‧‧第二光柵
42B‧‧‧第二光柵
43‧‧‧繞射光束
44‧‧‧軸
46‧‧‧光學總成
47‧‧‧光束
47A‧‧‧光束
47B‧‧‧光束
47C‧‧‧光束
48‧‧‧物件
50‧‧‧2x2光源陣列
d1‧‧‧第一光柵之光柵週期
d1A‧‧‧第一光柵之光柵週期
d1B‧‧‧第一光柵之光柵週期
d1C‧‧‧第一光柵之光柵週期
d1D‧‧‧第一光柵之光柵週期
d1E‧‧‧第一光柵之光柵週期
d2‧‧‧第二光柵之光柵週期
d2A‧‧‧第二光柵之光柵週期
d2B‧‧‧第二光柵之光柵週期
d2C‧‧‧第二光柵之光柵週期
d2D‧‧‧第二光柵之光柵週期
d2E‧‧‧第二光柵之光柵週期
m1‧‧‧最高量值繞射級/光束
m1A‧‧‧最高量值繞射級
m1B‧‧‧最高量值繞射級
m1C‧‧‧最高量值繞射級
m2‧‧‧最高量值繞射級/光束
m2A‧‧‧最高量值繞射級
m2B‧‧‧最高量值繞射級
m2C‧‧‧最高量值繞射級
θm1‧‧‧第一扇出角
θm1A‧‧‧第一扇出角
θm1B‧‧‧第一扇出角
θm1C‧‧‧第一扇出角
θm2‧‧‧第二扇出角
9m2A‧‧‧第二扇出角
λ‧‧‧波長
(x,y)‧‧‧側向間距
(x’,y’)‧‧‧側向間距
圖1係一光學3D測繪系統之一方塊圖。
圖2繪示一光學投影子總成之一實例。
圖3繪示一光學投影子總成之另一實例。
圖4繪示一光學投影子總成之又一實例。
圖5繪示一光學投影子總成之另一實例。
圖6繪示一光學投影子總成之一實例。
圖7繪示一光學投影子總成之另一實例。
圖8係一光發射器陣列之一平面圖。
如圖1中繪示，一光學3D測繪系統20包含一成像裝置24，其具有可操作以產生一光學圖案且將其投影至一區域22(例如，一場景或物件)上之一光學投影子總成30。裝置24包含一影像擷取子總成28，其可操作以擷取顯現於區域22上之圖案之一影像。一影像處理器26可操作以處理由裝置24產生之影像資料而獲得區域22之一3D圖。在一些情況中，影像處理器26使用基於三角測量之3D測繪來運算3D圖。影像處理器26可實施為例如以用以實行3D測繪之軟體程式化之一電腦處理器，或可實施於專用硬體(諸如一積體電路)中。影像處理器26可與成像裝置24分離，或可由在成像裝置24之一外殼內或以其他方式與成像裝置相關聯之專用電路實施。
圖2繪示光學投影子總成30之一實例。如圖2中所示，光學投影子總成30包含一光源32，諸如一雷射二極體或垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)，其可操作以產生且發射一光束34。在一些例項中，光束34具有一窄頻譜發射(以一波長λ(例如，0.850μm、0.905μm及/或0.940μm)為中心)。光束34行進通過光學總成46，該光學總成46可包含一或多個光束塑形元件，諸如準直透鏡。光學投影子總成30進一步包含第一光柵36及第二光柵42。各繞射光柵36、42可實施為例如由光柵參數(諸如一輪廓函數及光柵週期)定義之一繞射光柵及/或繞射式光學元件。在所繪示之實例中，第一光柵36具有一週期d1，而第二光柵42具有一週期d2，該週期d2可不同於d1。
各繞射光柵36、42繞射入射於特定光柵上之(若干)光束。自一特定光柵繞射之光之角度係由入射光相對於垂直於該光柵之表面的一軸44之角度、入射光之波長、光柵之特性(例如，光柵週期)及繞射光柵方程式定義。一般而言，繞射方程式可如下表示： 其中d係光柵之光柵週期，m係繞射級，λ係光之波長，α係入射光相對於垂直於光柵之表面的軸44之角度，且β係繞射光相對於垂直於光柵之表面的軸44之角度。一般而言，可存在多個級的繞射光(例如，m=-2、-1、0、+1、+2)。然而，在一些情況中，取決於光柵參數(即，輪廓函數)，可抑制一些級。例如，炫耀式光柵可經最佳化以用於一特定波長之光且可經設計以抑制指定繞射級(例如，m=0)。
在圖2之所繪示實例中，第一光柵36將入射光束34繞射成複數個第一繞射光學信號37。在此實例中，複數個第一繞射光學信號37按級m=±1繞射，在此實例中，其等表示自第一光柵36繞射之最高量值繞射級。此外，第一繞射光學信號37在圖2中標記為m1以指示其等係自第一光柵36繞射之最高量值繞射級。第一繞射光學信號37入射於第二光柵42上且在此實例中各自繞射成五個繞射級m=0、±1、±2，其中自第二光柵42繞射之各光束標記為47。自第二光柵42繞射之最高繞射級標記為m2以指示其等係自第二光柵42繞射之最高量值繞射級，且在此實例中其等對應於m=±2。在其他實施方案中，繞射光柵36、42之各者可將各入射光束繞射成與圖2之繞射級不同的一組繞射級。
一特定光柵之相同量值的繞射級|m|之間的一角度(例如，光束m1之間的角度及/或光束m2之間的角度)在本文中稱為一扇出角。雖然一特定光柵之一特定繞射級之繞射角相依於入射於光柵上之光之角度(即，根據繞射光柵方程式)，但扇出角與入射於光柵上之光之角度無關。因此，與各光柵相關聯之扇出角與入射於光柵上之光之角度無關。此外，1)第一光柵之最高繞射級之扇出角(在本文中稱為第一扇出角)與2)第二光柵之最高繞射級之扇出角(在本文中稱為第二扇出角)之總和係模組之全扇出角。如圖2中描繪之實例中所示，一第一扇出角標記為θm1且一第二扇出角標記為θm2。θm1與θm2之總和係模組之全扇出角θ full ，再次，其中θm1及θm2兩者與其等各自繞射光柵36、42之 最高繞射級相關聯。取決於模組之應用，全扇出角可為一角度範圍之任一者，例如，全扇出角θ full 可為自10°至100°或甚至更大(例如，甚至可高達160°)。圖2之繪示性實例之第一光柵36之第一扇出角及第二光柵42之第二扇出角可根據以下計算： 其中上文已定義全部變數。此外，全扇出角可根據以下計算：θ full =θ m1+θ m2，其中全部變數如上文指示般定義。
如圖2中所示，離開第二光柵42之光束47可投影至一物件48(例如，一場景或物件)上。藉由選取繞射光柵36、42之特性，一指定、預先判定的圖案可以一預先判定的全扇出角θ full 投影至物件48上。例如，一投影器模組具有發射0.940μm波長之光的一光源32、30°之一第一扇出角θm1、25°之一第二扇出角θm2(其中例如期望55°之一全扇出角)，第一光柵36之繞射級之最高量值係|1|，第二光柵42之最高繞射級係|2|，光柵週期d1可為3.63μm且光柵週期d2可為8.69μm。
在一些情況中替代將光學總成46放置於光源32與第一光柵36之間，可將光學總成46定位於第二光柵42與物件48之間。或者，一光學總成46可定位於光源32與第一光柵36之間，且一額外光學總成46可定位於第二光柵42與物件48之間。
包含多個光學通道(其等之各者具有不同於其他通道之光柵週期的一光柵週期)之一投影子總成可經提供以增加或增強投影圖案之不規則性。圖3中繪示一實例，其展示包含三個光學通道之一光學投影子總成30A。在此情況中，存在三個光源32A、32B、32C，其等之各者將一各自光束34A、34B及34C發射至第一光柵36A之各自第一區域35A、35B及35C上。在一些實施方案中，光源32A、32B及32C可發射 相同波長，然而在其他實施方案中，一單一、一些或全部光源可發射彼此不同的波長。特定言之，第一光柵36A包含各種第一區域35A、35B、35C，其等之各者具有一各自光柵週期(即，分別為d1A、d1B、d1C)。各入射光束34A、34B、34C繞射成多個繞射級(例如，m=±1)之多個第一繞射光學信號37A、37B、37C，其中假定m=|1|係與第一區域35A、35B及35C相關聯之繞射級之最大量值(在圖3中分別表示為m1A、m1B、m1C)。此外，繞射光束之各自第一扇出角(θm1A、θm1B、θm1C)部分取決於各自光柵週期。因此，一般而言，當光柵週期d1A、d1B、d1C不相等時，則第一扇出角θm1A、θm1B、θm1C將彼此不同；因此，來自第一光柵36A之光學輸出係不規則的。例如，在圖3中描繪之繪示性實例中，光束34A、34B及34C可具有0.940μm之一波長且可經由光學總成46準直。第一區域35A、35B及35C可分別包括d1A=3.56μm、d1B=3.60μm及d1C=3.63μm之光柵週期。因此，當經準直光束入射於第一區域35A、35B及35C上時，該等光束繞射，其中自各第一區域35A、35B及35C發出之最高量值繞射級(例如m1A、m1B及m1C)分別擁有30.6°、30.3°及30.0°之第一扇出角θm1A、θm1B及θm1C。因為與各第一區域35A、35B及35C相關聯之第一扇出角之各者相差一預先判定扇出差量且在本文中稱為一第一扇出差量，所以來自第一光柵36A之光學輸出係不規則的。在此實例中，針對全部第一扇出角，預先判定第一扇出差量係0.3°，然而在其他實施方案中，第一扇出差量可大於或小於0.3°(例如，第一扇出差量可大達10°或小達0.1°，或取決於預期應用可更大或更小)。此外，相對於第一光柵36A之不同通道，第一扇出差量可不相等，以提供投影至物件48上之光學輸出之更大不規則性。例如，在上文之所繪示實例中，第一扇出角θm1A、θm1B及θm1C可分別為30.9°、30.3°及30.0°。針對上文進一步而言，在一些例項中，除與相鄰區域35A、35B、35C相關聯之光柵週期之外或替代 該等光柵週期，其他光柵參數亦可產生關於自35A、35B、35C之任一者/全部產生之繞射級的不同效果。例如，當35A、35B、35C實施為炫耀光柵時，相鄰區域之炫耀角可經實施使得可抑制一區域中之繞射級，而在其他區域中，繞射級可未受抑制。在此等例項中，圖案之錯綜性/複雜性/隨機性可增加。又此外，在其他實施方案中，相鄰區域35A、35B及35C之表面輪廓可經更改，使得在一特定區域35A、35B及/或35C中產生之任何或全部繞射級之強度相對於彼此係不同的。例如，自區域35A產生之繞射級之強度可為自區域35B產生之繞射級之強度的30%，且自區域35C產生之繞射級之強度可為來自區域35B之繞射級之強度的50%。在一些情況中，該等區域可具有相同光柵週期或其他光柵參數，但具有不同輪廓函數。對區域35A、35B及35C之進一步修改在本發明之範疇內。
接著，來自第一光柵36A之第一繞射光學信號37A、37B、37C入射於第二光柵42上。即使第二光柵42具有一單一光柵週期(d2)，來自第一光柵36A之第一繞射光學信號37A、37B、37C相對於軸44仍以不相等角度入射於第二光柵42上。因此，第一繞射光學信號(例如，37A、37B及37C)之各者將由第二光柵繞射成一不同各自角度。在圖3之所繪示實例中，假定第二光柵42將第一繞射光學信號37A、37B、37C各自繞射成五個級(即，m=±2、±1、0)。然而，扇出角，例如，第二扇出角θm2A、θm2B、θm2C(在此實例中，分別自光柵42發出之最高量值繞射級m2A、m2B及m2C之間的角度，其中m=|2|)並不相依於第一繞射光學信號37A、37B、37C之入射角。因此，在此實例中，因為第二光柵42具有一單一光柵週期(d2)，所以與各通道相關聯之第二扇出角(例如，θm2A、θm2B、θm2C)相同。例如，當d2係8.69μm時，θm2A、θm2B、θm2C之各者之第二扇出角係25°。然而，在此實例中，各通道之全扇出角(θfullA、θfullB、θfullC)係不同的。例如，θfullA=55.6°、 θfullB=55.3°、θfullC 55.0°，其中θfullA=θm1A+θm2A等。因此，離開第二光柵42之光束47A、47B及47C入射至一物件48上，其中光學輸出係不規則的。如上文提及，在一些情況中，光學總成46可放置於第二光柵42與物件48之間。
在圖3之實例中，第一及第二光柵可具有一第一NxM光柵多重性(即，各入射光束產生MxN個繞射光束)及一第二RxS光柵多重性(即，各入射光束產生RxS個繞射光束)。例如，第一光柵36A可具有一第一2x2光柵多重性，意謂入射於第一光柵36A上之一光束藉由一1D光柵繞射成兩個繞射光束(如圖3中所繪示)且藉由一2D光柵繞射成四個繞射光束(例如，±1、±2)。類似地，第二光柵42可具有一第二5x5光柵多重性，其中入射於第二光柵42上之一光束藉由一1D光柵繞射成五個繞射光束(如圖3中所繪示)且藉由一2D光柵繞射成二十五個繞射光束(例如，±2、±1、0、±2、±1等)。因此，在圖3中繪示之實例中(如繪示為1D)，來自三個光源32A至32C之光束34A至34C之各者導致離開第二光柵42之十個繞射光束。取決於應用及所得光學輸出之所要不規則性及/或複雜性，各第一光柵36A及第二光柵42處之特定光柵多重性、繞射級及/或繞射級之數目可不同於由圖3繪示之光柵多重性、繞射級及/或繞射級之數目。例如，在其中扇出角(例如，第一扇出角)不相等之情況中，可藉由增加第一或第二光柵多重性(自各光柵繞射之光束之數目)而增加入射於物件48上之所得不規則圖案之總體複雜性。此外，在一些例項中，光學通道之數目可不同於圖3中所示之數目，而進一步增加入射於物件48上之所得光學輸出之複雜性及/或不規則性。
在圖3之實例中，相鄰光源之間的側向間距實質上相同。特定言之，光源32A與32B之間的側向間距(x,y)相同於光源32B與32C之間的間距。然而，在其他實施方案中，相鄰光源對之間的側向間距可不 同。例如，如圖4之光學投影子總成30B中所示，光源32A與32B之間的側向間距係(x,y)，而光源32B與32C之間的側向間距係(x’,y’)。側向間距之此等差異可幫助增強投影圖案之複雜性及/或不規則性。
在前述實例中，第二光柵42具有一單一光柵週期(d2)。然而，在一些例項中，如圖5中所示，第二光柵42A亦可具有多個第二區域39A、39B、39C，其等之各者具有不同於其他區域之光柵週期的光柵週期(d2A、d2B、d2C)。因此，各區域可與相差一預先判定第二扇出差量之不相等第二扇出角(例如，θm2A、θm2B、θm2C)相關聯，其中第二扇出差量相對於第二光柵42A之不同通道可相等或不相等。例如，在一些實施方案中，第二扇出差量可為1.0°，大於或小於1.0°(例如，第二扇出差量可大達10°或小達0.1°，或取決於預期應用可更大或更小)。此外，相對於第二光柵42A之不同通道，第二扇出差量可不相等，以提供投影至物件48上之光學輸出之更大不規則性。
在一些情況中，自第一光柵36A之一特定第一區域35A、35B、35C繞射之各第一繞射光學信號37A、37B、37C入射於在相同光學通道內之第二光柵42之一第二區域39A、39B、39C上。例如，繞射光學信號37A可入射於第一第二區域39A上，繞射光學信號37B可入射於第二第二區域39B上，且繞射光學信號37C可入射於第三第二區域39C上。光柵週期(d2A、d2B、d2C)可相同或不同於第一光柵36A之對應光柵週期(d1A、d1B、d1C)。在第二光柵42A中提供具有不同各自光柵週期之多個區域可進一步增加待投影於一物件48(即，一場景內之一或多個物件)上之光學圖案之複雜性。
如上文描述，在一些實施方案中，一單一第一光柵、第二光柵及光學總成46可經提供以用於多個光學通道(即，多個發射器)。在其他實施方案中，各光發射器可具有其自身之第一光柵、第二光柵及光學總成。因此，如圖6之實例中所示，來自一第一光源32A之光入射 於一光學總成46A上，且來自一第二光源32B之光入射於一光學總成46B上。自光學總成46A之傳遞輸出之光入射於第一光柵36A上，且自光學總成46B之傳遞輸出之光入射於第一光柵36B上。第一光柵之光柵週期(d1A、d1B)可彼此不同。此外，自第一光柵36A、36B之一給定第一光柵繞射之光束可入射於一各自第二光柵上。因此，在所繪示之實例中，自第一光柵36A繞射之光束入射於具有一光柵週期d2A之一第二光柵42A上。同樣地，自第一光柵36B繞射之光束入射於具有一光柵週期d2B之一不同第二光柵42B上。光柵週期d2A、d2B亦可彼此不同且不同於第一光柵36A、36B之光柵週期d1A、d1B。如在其他實施方案中，在一些情況中，光學總成46A、46B可佈置於第二光柵42A、42B與物件48(即，一場景內之一或多個物件)之間。
在一些例項中，期望各光學通道與一光發射器陣列相關聯。因此，各第一光柵之特徵可為一第一光柵多重性(MxN)(即，各入射光束產生MxN個繞射光束)，且各第二光柵之特徵可為RxS繞射(即，各入射光束產生RxS個繞射光束)。在此一系統中，系統自一單一發射器產生MxNxRxS個繞射光束。圖7中繪示一實例，其展示五個通道(A至E)且於以下段落中更詳細描述。
在圖7之投影子總成中，各通道(A至E)包含光源32之一2x2陣列。此外，各通道包含一第一光柵36及一第二光柵42。在所繪示之實例中，各第一光柵36之特徵為2x2繞射，使得各入射光束34產生四個第一繞射光學信號37(例如，在二維中m=±1)。再者，各第二光柵42之特徵為5x5繞射，使得各第一繞射光學信號37產生二十五個繞射光束43(例如，在二維中m=0、±1、±2)。因此，各通道針對投影圖案產生四百個繞射輸出光束。
在圖7之所繪示實例中，各第一光柵36具有不同於其他光柵週期的一光柵週期(d1A、d1B、d1C、d1D、d1E)。在一些情況中，第二光 柵42之光柵週期(d2A至d2E)彼此相同，而在其他情況中，其等可彼此不同。在一特定實施方案中，光柵週期d1A至d1E在自約2.70μm至2.90μm之範圍內，而光柵週期d2A至d2E在自約6.80μm至7.20μm之範圍內。不同值可用於其他實施方案。
圖7之投影子總成亦包含各通道之一各自光學總成46。此處，光學總成46亦可佈置於第二光柵42與物件48之間或光源32與第一光柵36之間。來自各通道之繞射光束可投影為至一或多個物件48上之一不規則圖案。在其他實施方案中，通道之數目及/或第一或第二光柵之繞射特性可不同於圖7之實例。
儘管圖7之投影子總成係展示為1xN通道陣列(其中N=5)，然在一些情況中，投影子總成可包含一二維MxN通道陣列，其中M及N兩者等於或大於二。此外，各通道之光源32陣列可配置成廣泛範圍的配置之任一者。圖8係展示一2x5通道陣列之一實例之一平面圖，該等通道之各者包含光源32之一2x2光源陣列50。其他變動係可行的。
在前述實例中，各繞射光柵36、42具有諸如一光柵輪廓函數及一光柵週期之光柵參數。如上文描述，第一及/或第二光柵之光柵週期可變化以達成一經投影不規則光學圖案。在一些實施方案中，替代使光柵週期變化或除此之外，亦可使繞射光柵36、42之光柵輪廓函數之其他特性變化以達成指定繞射光特性(例如，繞射級及繞射角)。因此，在一些情況中，各第一光柵36之光柵輪廓函數可不同於其他第一光柵之光柵輪廓函數。取決於實施方案，各第二光柵42之光柵輪廓函數可相同於其他第二光柵之光柵輪廓函數，或可不同於其他第二光柵之光柵輪廓函數。第二光柵42之(若干)光柵輪廓函數可相同或不同於第一光柵36之光柵輪廓函數。此外，對於包含一二維通道陣列之一投影子總成，第一或第二光柵之光柵輪廓函數可僅在一個側向方向上彼此不同或可在兩個側向方向上彼此不同。
在一些實施方案中，可組合在前述實例之不同實例中描述之各種特徵。此外，在前述描述之精神內可進行各種其他修改。因此，其他實施方案在申請專利範圍之範疇內。

Claims (10)

  1. 一種光學投影子總成，其包括：複數個光學通道；複數個光源，其等之各者可操作以將光發射至該等通道之一各自通道中；一第一光柵，其具有複數個第一區域，該等第一區域之各者具有一各自第一光柵週期，其不同於該等第一區域之其它一者之一對應的第一光柵週期；及一第二光柵，其具有複數個第二區域，該等第二區域之各者具有一各自第二光柵參數，其不同於該等第二區域之其它一者之一對應的第二光柵參數，其中該第二光柵參數是一光柵輪廓函數或光柵週期；其中該第一光柵經配置使得由該等光源發射之光被該等第一區域繞射，以產生複數個第一繞射光學信號，及其中該第二光柵經配置以使得該等第二區域繞射該複數個第一繞射光學信號。
  2. 如請求項1之光學投影子總成，其中該等第一區域之各者具有一各自的光柵輪廓函數，其不同於該等第一區域之其它一者之光柵輪廓函數。
  3. 如請求項1或請求項2之光學投影子總成，其中複數個光源包含第一、第二及第三光源，其等以該順序線性對準，其中該第一光源與該第二光源之間的一側向距離相同於該第二光源與該第三源之間的一側向距離。
  4. 如請求項1或請求項2之光學投影子總成，其進一步包含一光學總成，該光學總成佈置於該複數個光源與該第一光柵之間，或佈置於與該第一光柵所佈置之一側相對的該第二光柵之一側處。
  5. 如請求項1或請求項2之光學投影子總成，其中該複數個第二區域之各者針對一特定波長之光定義一各自第二扇出角，其中該等各自第二扇出角不同於彼此。
  6. 一種將一光學圖案投影至一物件或場景上之方法，該方法包括：自複數個光源之各者發射一各自光束；繞射該等經發射光束以產生複數個第一繞射光束，其中該等經發射光束是使用具有複數個第一區域的一第一光柵繞射，該等第一區域的各者具有一各自第一光柵週期，其不同於該等第一區域之其它一者之一對應的第一光柵週期；及繞射該等第一繞射光束以產生第二繞射光束，其中該等第一繞射光束是被具有複數個第二區域的一第二光柵繞射，該等第二區域的各者具有一各自第二光柵週期，其不同於該等第二區域之其它一者之一對應的第二光柵週期。
  7. 如請求項6之方法，其包含將對應於該等第二繞射光束之一光學圖案投影至一物件或場景上。
  8. 如請求項7之方法，其包含在將該光學圖案投影至該物件或場景上時獲取該物件或場景之一影像。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含處理經獲取影像資料以獲得該物件或場景之一三維圖。
  10. 一種成像設備，其包括：如請求項1至5中任一項之一投影子總成，其經配置以將一光學圖案投影至一物件或場景上；一影像擷取子總成，其經配置以在將該光學圖案投影至該物件或場景上時獲取該物件或場景之一影像；及一影像處理器，其處理由該影像擷取子總成獲取之影像資料以獲得該物件或場景之一三維圖。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10761244B2 (en) 2015-08-13 2020-09-01 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Illumination assembly for 3D data acquisition
US10761192B2 (en) 2015-08-28 2020-09-01 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Illumination modules for translating light
WO2017118469A1 (en) * 2016-01-04 2017-07-13 Ultra-D Coöperatief U.A. 3d display apparatus
US10241244B2 (en) 2016-07-29 2019-03-26 Lumentum Operations Llc Thin film total internal reflection diffraction grating for single polarization or dual polarization
US9992472B1 (en) 2017-03-13 2018-06-05 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Optoelectronic devices for collecting three-dimensional data
US10613413B1 (en) * 2017-05-31 2020-04-07 Facebook Technologies, Llc Ultra-wide field-of-view scanning devices for depth sensing
US10181200B1 (en) 2017-06-28 2019-01-15 Facebook Technologies, Llc Circularly polarized illumination and detection for depth sensing
US10574973B2 (en) 2017-09-06 2020-02-25 Facebook Technologies, Llc Non-mechanical beam steering for depth sensing
US10386706B2 (en) * 2017-09-15 2019-08-20 Himax Technologies Limited Structured-light projector
US10754167B2 (en) * 2017-09-15 2020-08-25 Himax Technologies Limited Structured-light projector
CN108169981A (zh) * 2018-01-15 2018-06-15 深圳奥比中光科技有限公司 多功能照明模组
US10877214B2 (en) * 2018-05-04 2020-12-29 Facebook Technologies, Llc Diffraction gratings for beam redirection
TWI679609B (zh) * 2018-05-11 2019-12-11 所羅門股份有限公司 三維結構光測量系統
WO2019243046A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 Lumileds Holding B.V. Lighting device comprising led and grating
CN108761827A (zh) * 2018-08-24 2018-11-06 昂红科技（深圳）有限公司 一种结构光投影装置及深度相机
CN109708588A (zh) * 2019-01-14 2019-05-03 业成科技（成都）有限公司 结构光投射器及结构光深度感测器
CN109739027B (zh) * 2019-01-16 2021-07-27 北京华捷艾米科技有限公司 光点阵投影模组和深度相机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080225361A1 (en) * 2004-01-29 2008-09-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Light Source Device, and Two-Dimensional Image Display Device
CN203132512U (zh) * 2013-03-19 2013-08-14 陕西科技大学 一种结构光投影和相移装置
US8699109B2 (en) * 2009-08-20 2014-04-15 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Projection type image display apparatus and image display method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1533646A1 (en) 2003-11-21 2005-05-25 Heptagon OY Optical pattern generating device
WO2006107928A2 (en) * 2005-04-06 2006-10-12 Dimensional Photonics International, Inc. Multiple channel interferometric surface contour measurement system
CA2650599C (en) 2006-04-28 2013-09-24 Toho Tenax Europe Gmbh Carbon fiber
US8384997B2 (en) * 2008-01-21 2013-02-26 Primesense Ltd Optical pattern projection
US11320571B2 (en) * 2012-11-16 2022-05-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view with uniform light extraction
US8749796B2 (en) 2011-08-09 2014-06-10 Primesense Ltd. Projectors of structured light

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080225361A1 (en) * 2004-01-29 2008-09-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Light Source Device, and Two-Dimensional Image Display Device
US8699109B2 (en) * 2009-08-20 2014-04-15 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Projection type image display apparatus and image display method
CN203132512U (zh) * 2013-03-19 2013-08-14 陕西科技大学 一种结构光投影和相移装置

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