與本文公開(kāi)的示例性實(shí)施例一致的方法和設(shè)備涉及用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化照明的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器和用于通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器來(lái)感測(cè)三維(3d)對(duì)象的形狀或運(yùn)動(dòng)的對(duì)象識(shí)別設(shè)備。

背景技術(shù)：

近來(lái)，為了識(shí)別諸如人或其它物體的對(duì)象，已經(jīng)注重通過(guò)使用精確的三維(3d)形狀識(shí)別來(lái)準(zhǔn)確地辨別對(duì)象的形狀、位置、運(yùn)動(dòng)等。作為這方面的一種方法，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了使用結(jié)構(gòu)化光的3d感測(cè)技術(shù)(結(jié)構(gòu)化光系統(tǒng))，因此，精確的運(yùn)動(dòng)識(shí)別變得可能。

與以前使用的光系統(tǒng)相比，當(dāng)與各種電子裝置組合時(shí)，這種結(jié)構(gòu)化光系統(tǒng)需要具有更小的尺寸和更高的分辨率。為了產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光，通常使用諸如衍射光學(xué)元件(doe)的光學(xué)部件，并且這種光學(xué)部件的體積是影響設(shè)計(jì)和制造要求的精確度的因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)的示例性實(shí)施例提供了用于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器。

本文公開(kāi)的示例性實(shí)施例還提供了包括結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的三維(3d)對(duì)象識(shí)別設(shè)備。

將在下面的描述中部分地闡述另外的方面，并且這些另外的方面將從描述中部分地顯而易見(jiàn)，或者可以通過(guò)實(shí)施所呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例來(lái)了解。

根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，提供了結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器，包括：光源，被配置為發(fā)射光；以及第一超穎光學(xué)裝置，其包括第一超穎表面，第一超穎表面包括具有比從光源發(fā)射的光的波長(zhǎng)小的亞波長(zhǎng)尺寸的納米結(jié)構(gòu)，其中，第一超穎表面被配置為形成從光源發(fā)射的光的光線分布，從而輻射結(jié)構(gòu)化光。

第一超穎光學(xué)裝置的納米結(jié)構(gòu)可以具有被配置為相對(duì)于入射在其上的發(fā)射光實(shí)現(xiàn)預(yù)定的透射強(qiáng)度分布和透射相位分布的形式。

光源可以包括光出射表面，發(fā)射的光通過(guò)該光出射表面出射，并且第一超穎光學(xué)裝置可以具有整體式結(jié)構(gòu)，可以直接設(shè)置在光源的光出射表面上。

第一超穎光學(xué)裝置的納米結(jié)構(gòu)可以具有這樣的形狀和布置，該形狀和布置被確定為使得重復(fù)相對(duì)于入射在其上的發(fā)射光實(shí)現(xiàn)的透射強(qiáng)度分布和透射相位分布。

第一超穎光學(xué)裝置的納米結(jié)構(gòu)可具有形狀和分布，使得獲得兩個(gè)透射相位調(diào)制值。

兩個(gè)透射相位調(diào)制值可以是0和π。

可以確定從光源到第一超穎表面的距離，使得由光線的分布形成的結(jié)構(gòu)化光圖案的對(duì)比度為最大。

從光源到第一超穎表面的距離(d)滿足以下條件：

其中λ表示從光源發(fā)射的光的波長(zhǎng)，a1表示在第一超穎光學(xué)裝置中重復(fù)相同結(jié)構(gòu)的周期，m表示自然數(shù)。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器還可以包括第二超穎光學(xué)裝置，其設(shè)置在光源和第一超穎光學(xué)裝置之間，并且第二超穎光學(xué)裝置可以包括配置為調(diào)節(jié)從所述光源發(fā)射的光的波束形狀的第二超穎表面。

第一超穎光學(xué)裝置和第二超穎光學(xué)裝置可以共享支撐第一超穎表面和第二超穎表面的支撐基底，并且第一超穎表面和第二超穎表面可以分別設(shè)置在支撐基底的不同表面上，不同表面彼此面對(duì)。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器還可以包括第三超穎光學(xué)裝置，其包括第三超穎表面，第三超穎表面被配置為在預(yù)定角空間中重復(fù)地形成由第一超穎光學(xué)裝置形成的光線分布。

第一超穎光學(xué)裝置和第三超穎光學(xué)裝置可以共享支撐第一超穎表面和第三超穎表面的基底，并且第一超穎表面和第三超穎表面可以分別設(shè)置在基底的相對(duì)表面上，相對(duì)表面彼此面對(duì)。

納米結(jié)構(gòu)可以具有圓柱形形狀或多邊形棱柱形狀。

納米結(jié)構(gòu)可以具有不對(duì)稱形狀。

第一超穎光學(xué)裝置還可以包括支撐納米結(jié)構(gòu)的基底。

納米結(jié)構(gòu)可以包括具有比基底的折射率大的折射率的電介質(zhì)材料。

納米結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)電材料。

納米結(jié)構(gòu)中的一些納米結(jié)構(gòu)可以包括具有比基底的折射率大的折射率的電介質(zhì)材料，并且納米結(jié)構(gòu)中的其他納米結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)電材料。

根據(jù)另一示例性實(shí)施例的一方面，提供了三維(3d)對(duì)象識(shí)別設(shè)備，包括結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器、傳感器和處理器，結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器包括：光源，被配置為發(fā)射光；以及第一超穎光學(xué)裝置，其包括第一超穎表面，第一超穎表面包括具有比從光源發(fā)射的光的波長(zhǎng)小的亞波長(zhǎng)尺寸的納米結(jié)構(gòu)，其中，第一超穎表面被配置為形成從光源發(fā)射的光的光線分布，從而輻射結(jié)構(gòu)化光，并且其中，結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器被配置為以預(yù)定圖案朝向?qū)ο筝椛浣Y(jié)構(gòu)化光，傳感器被配置為接收從對(duì)象反射的結(jié)構(gòu)化光，處理器被配置為通過(guò)比較由結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器輻射的結(jié)構(gòu)化光和由傳感器接收的結(jié)構(gòu)化光中的圖案變化來(lái)分析對(duì)象的形狀或運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)另一示例性實(shí)施例的一方面，提供了包括3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備的電子裝置。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，這些和/或其他方面將變得明顯和更容易理解，在附圖中：

圖1是由根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中使用的超穎表面形成的結(jié)構(gòu)化光的概念圖；

圖2是示出通過(guò)根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中使用的超穎表面執(zhí)行的光學(xué)功能的示例的概念圖；

圖3是示出了入射在圖2中的每個(gè)超穎表面上的光束形式的示例的概念圖；

圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖5是圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中使用的超穎表面的示例結(jié)構(gòu)的透視圖；

圖6是示出了由圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的超穎表面引起的相位變化分布的示例的圖表；

圖7是示出了由具有圖6的相位變化分布的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器形成的光線分布(即結(jié)構(gòu)化光圖案)作為角空間中的強(qiáng)度分布的圖表；

圖8是示出了根據(jù)光出射表面和圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中的超穎表面之間的距離，圖7的結(jié)構(gòu)化光圖案的對(duì)比度的圖表；

圖9示出了由圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器形成的光線分布(即結(jié)構(gòu)化光圖案)的示例；

圖10是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖11是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖12是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖13是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖14是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖；

圖15概念性地示出了來(lái)自相應(yīng)光源的入射光束通過(guò)圖14的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器以不同的形式自成像，以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)化光；以及

圖16是根據(jù)示例性實(shí)施例的三維(3d)對(duì)象識(shí)別設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考示例性實(shí)施例，其示例在附圖中示出。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且為了描述的清楚和方便，附圖中的元件的尺寸可能被夸大。本示例性實(shí)施例可以具有不同的形式，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的描述。因此，下面僅通過(guò)參考附圖來(lái)描述示例性實(shí)施例以解釋各方面。

以下，將理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“形成在另一元件或?qū)由稀睍r(shí)，元件或?qū)涌梢耘c另一元件或?qū)咏佑|并直接形成在另一元件或?qū)由匣蛘卟慌c另一元件或?qū)咏佑|并間接形成在其上。

如本文所使用的，除非上下文另有明確指示，否則單數(shù)形式“一個(gè)”及其變體旨在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”及其變體指定其它元件的存在，但不排除其它元件的存在或添加，除非特別地指出。

此外，諸如“-器”的術(shù)語(yǔ)是指用于執(zhí)行至少一個(gè)功能或操作的單元，并且該單元可以用硬件或軟件或硬件和軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1是由根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中使用的超穎表面ms形成的結(jié)構(gòu)化光sl的概念圖。

超穎表面ms可以形成從光源ls發(fā)射的光的光線分布。光源ls可以是點(diǎn)光源，例如激光二極管。對(duì)于由光源ls形成的入射光束，超穎表面ms可以形成在空間上行進(jìn)的光線的分布。也就是說(shuō)，從光源ls發(fā)射并形成一個(gè)束斑10的光通過(guò)超穎表面ms被分成多個(gè)光線，并且多個(gè)光線的每個(gè)在預(yù)定角空間上形成束斑圖像12。束斑圖像12具有由超穎表面ms的詳細(xì)條件確定的各種分布，并且被稱為結(jié)構(gòu)化光sl。

圖2是示出通過(guò)根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器中使用的超穎表面執(zhí)行的光學(xué)功能的示例的概念圖，并且圖3是示出了入射在圖2中的每個(gè)超穎表面上的光束的形式的示例的概念圖。

超穎表面可以被實(shí)現(xiàn)成配置為使入射光束成形的波束成形器bs、配置為以預(yù)定波束圖案產(chǎn)生入射光的圖案發(fā)生器pg、配置為復(fù)制由圖案發(fā)生器pg形成的圖案的復(fù)制器dp及其組合等。

波束成形器bs可以調(diào)整從光源ls發(fā)射的光l1的發(fā)散角、波束截面形式、尺寸等。由波束成形器bs成形的光束l2入射在圖案發(fā)生器pg上，然后以要入射在復(fù)制器dp上的預(yù)定圖案作為結(jié)構(gòu)化光sl'發(fā)射出。復(fù)制器dp可以復(fù)制由圖案發(fā)生器pg形成的結(jié)構(gòu)化光sl'，并且因此可以形成最終結(jié)構(gòu)化光sl。

在圖2和3中，以波束成形器bs、圖案發(fā)生器pg和復(fù)制器dp的順序示出了可以由超穎表面執(zhí)行的功能，但是示例性實(shí)施例不限于此。為了形成結(jié)構(gòu)化光，可以使用波束成形器bs、圖案發(fā)生器pg和復(fù)制器dp中的一個(gè)或多個(gè)，并且還可以改變排列順序。

現(xiàn)在描述使用超穎表面的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的各個(gè)示例。

圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖，并且圖5是圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100中使用的第一超穎光學(xué)裝置120的示例結(jié)構(gòu)的透視圖。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100包括光源110和第一超穎光學(xué)裝置120，第一超穎光學(xué)裝置形成來(lái)自光源110的光的光線分布。

光源110可以是激光光源，并且可以包括發(fā)射層和多個(gè)反射層，發(fā)射層在多個(gè)反射層之間。

第一超穎光學(xué)裝置120包括第一超穎表面ms1，其包括多個(gè)納米結(jié)構(gòu)ns，多個(gè)納米結(jié)構(gòu)ns的亞波長(zhǎng)尺寸小于從光源110發(fā)射的光的波長(zhǎng)λ。納米結(jié)構(gòu)ns的高度h小于從光源110發(fā)射的光的波長(zhǎng)λ。此外，多個(gè)納米結(jié)構(gòu)ns之間的布置距離p小于波長(zhǎng)λ。在圖5中，納米結(jié)構(gòu)ns被示出為具有圓柱形形狀，但不限于此。在一些示例性實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)ns可以具有柱狀，該柱狀具有各種橫截面形狀，例如多邊形形狀，十字形狀，星形形狀，不對(duì)稱形狀等?？商娲?，納米結(jié)構(gòu)ns可以具有不對(duì)稱形狀。

此外，第一超穎光學(xué)裝置120還可以包括支撐構(gòu)成第一超穎表面ms1的納米結(jié)構(gòu)ns的基底su1。

基底su1可以包括電介質(zhì)材料。例如，聚合物材料、sio2等可以用于形成基底su1，聚合物材料是比如聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。

納米結(jié)構(gòu)ns可以包括電介質(zhì)材料，并且可以包括具有比基底su1的折射率大的折射率的材料。例如，單晶硅、多晶硅、非晶硅、si3n4、gap、tio2、alsb、alas、algaas、algainp、bp和zngep2中的一種可以用于形成納米結(jié)構(gòu)ns。

可替代地，納米結(jié)構(gòu)ns可以包括導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以是高導(dǎo)電性金屬材料，其中可能出現(xiàn)表面等離子體激發(fā)。例如，納米結(jié)構(gòu)ns可以包括選自銅(cu)、鋁(al)、鎳(ni)、鐵(fe)、鈷(co)、鋅(zn)、鈦(ti)、釕(ru)、銠(rh)、鈀(pd)、鉑(pt)、銀(ag)、鋨(os)、銥(ir)和金(au)的群組中的至少一種，并且可以包括含有這些材料之一的合金。在一些示例性實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)ns可以包括具有良好導(dǎo)電性的二維材料，例如石墨烯或?qū)щ娧趸铩?/p>

可替代地，納米結(jié)構(gòu)ns中的一些可以包括具有高折射率的電介質(zhì)材料，并且其他納米結(jié)構(gòu)ns可以包括導(dǎo)電材料。也就是說(shuō)，納米結(jié)構(gòu)ns中的一些可以包括具有比基底su1的折射率大的折射率的電介質(zhì)材料，并且其他納米結(jié)構(gòu)ns可以包括導(dǎo)電材料。

納米結(jié)構(gòu)ns可以根據(jù)各自的材料和形狀各自具有透射強(qiáng)度和透射相位?？梢哉{(diào)整納米結(jié)構(gòu)ns的形狀以調(diào)整穿過(guò)第一超穎表面ms1的光的相位或強(qiáng)度分布。在圖5中，示出的所有納米結(jié)構(gòu)ns具有相同的形狀、尺寸和高度。然而，該圖示僅僅是示例，并且示例性實(shí)施例不限于此。例如，可以根據(jù)納米結(jié)構(gòu)ns的位置來(lái)調(diào)整單獨(dú)納米結(jié)構(gòu)ns的水平或垂直尺寸或組成材料，以獲得期望的透射強(qiáng)度分布或透射相位分布。為了獲得期望的透射強(qiáng)度分布或透射相位分布，可以相對(duì)于包括納米結(jié)構(gòu)ns的預(yù)定群組來(lái)確定在每個(gè)位置處的納米結(jié)構(gòu)ns的形狀分布。另外，可以以預(yù)定周期t重復(fù)布置這樣形成的納米結(jié)構(gòu)體ns的群組。例如，圖5示出了一組納米結(jié)構(gòu)ns，并且第一超穎表面ms1可以包括重復(fù)布置的所示納米結(jié)構(gòu)ns的群組。

第一超穎表面ms1可以具有被確定為充當(dāng)從光源110發(fā)射的光的圖案發(fā)生器的納米結(jié)構(gòu)ns形狀和布置。

第一超穎光學(xué)裝置120可以被配置為具有直接在光源110的光出射表面110a上的整體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)谝怀f表面ms1包括以預(yù)定周期t重復(fù)布置的納米結(jié)構(gòu)ns組時(shí)，可以確定第一超穎表面ms1和光出射表面110a之間的距離d，使得由結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化光的對(duì)比率，即對(duì)比度，可以最大，并且可以根據(jù)所確定的距離d來(lái)確定基底su1的厚度。距離d可以使用以下等式(1)來(lái)計(jì)算：

在等式(1)中，λ表示從光源110發(fā)射的光的波長(zhǎng)，a1表示在第一超穎光學(xué)裝置120中重復(fù)相同結(jié)構(gòu)的周期，m表示自然數(shù)。即，a1是周期t，具有圖5所示的預(yù)定形狀分布的納米結(jié)構(gòu)ns組以周期t重復(fù)布置。

距離d表示對(duì)比度最大時(shí)的情況，并且第一超穎表面ms1和光出射表面110a之間的距離不限于此。例如，距離d可以通過(guò)考慮結(jié)構(gòu)化光圖案的高對(duì)比度、復(fù)雜性等來(lái)確定。

由于整體形成的第一超穎光學(xué)裝置120直接設(shè)置在光源110的光出射表面110a上，所以結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100的體積可以大大減小。第一超穎表面ms1可以非常薄，具有幾微米或更小的厚度，因此，第一超穎光學(xué)裝置120的厚度可以大大降低到幾十微米或更小。隨著結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100的整體體積大大減小，對(duì)制造的限制(例如，對(duì)在其他電子裝置中的使用的限制)可以減少，從而提高價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力并拓寬應(yīng)用范圍。

在根據(jù)本示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100中使用的第一超穎表面ms1可以具有被確定為用作圖案發(fā)生器的納米結(jié)構(gòu)ns形狀和布置。例如，可以確定納米結(jié)構(gòu)ns的形狀和布置，使得可以重復(fù)地示出相對(duì)于入射光的兩個(gè)相位調(diào)制值。例如，第一超穎表面ms1可以具有兩個(gè)相位調(diào)制值0和π。

圖6是示出了由圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100的第一超穎表面ms1引起的透射相位分布的示例的圖表。

標(biāo)記在圖表的橫軸上的字母x表示布置納米結(jié)構(gòu)體ns的一維方向。參考該圖表，示出了在0.5μm的周期期間重復(fù)發(fā)生0和π的透射相位的脈沖序列，并且脈沖序列的占空比為0.5。所實(shí)現(xiàn)的透射相位分布的形式是一示例，并且納米結(jié)構(gòu)ns的形狀、布置和材料可以被不同地修改以形成期望的結(jié)構(gòu)化光圖案。

圖7是示出了由具有圖6的透射相位分布的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器形成的光線分布(即結(jié)構(gòu)化光圖案)作為角空間中的強(qiáng)度分布的圖表。

參考圖7，強(qiáng)度分布在每個(gè)角位置處不是均勻的。然而，可以調(diào)整第一超穎表面ms1的設(shè)計(jì)因素，以使每個(gè)角位置處的強(qiáng)度分布均勻。

圖8是示出了根據(jù)圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100中的光出射表面110a和第一超穎表面ms1之間的距離，圖7的結(jié)構(gòu)化光圖案的對(duì)比度的圖表。

參考圖8，重復(fù)示出了對(duì)比度從最小值到最大值的變化?？梢钥闯觯?dāng)距離d是預(yù)定值的整數(shù)倍時(shí)，重復(fù)發(fā)生對(duì)比度的最大值。光出射表面110a和第一超穎表面ms1之間的距離可以通過(guò)考慮圖8的圖表來(lái)確定。

圖9示出了由圖4的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100形成的光線分布(即結(jié)構(gòu)化光圖案)的示例。

亮點(diǎn)是由從光源發(fā)射的入射光通過(guò)第一超穎表面ms1在角空間上形成的光線。這樣的結(jié)構(gòu)化光可以用于通過(guò)比較在照射到對(duì)象上和由對(duì)象反射時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化光的圖案變化來(lái)分析對(duì)象的運(yùn)動(dòng)、三維形狀等。在這方面，隨著指示亮點(diǎn)和暗部之間的差異的對(duì)比度增加，這種分析可能變得更容易。此外，在角空間上的均勻強(qiáng)度分布可以使得分析更容易。

圖10是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器101的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器101包括光源110、在光源110的光出射表面110a上的第二超穎光學(xué)裝置123和在第二超穎光學(xué)裝置123上的第一超穎光學(xué)裝置121。

第一超穎光學(xué)裝置121包括基底su1和第一超穎表面ms1，第二超穎光學(xué)裝置123包括基底su2和第二超穎表面ms2。

在本示例性實(shí)施例中，第二超穎表面ms2被設(shè)計(jì)為用作使來(lái)自光源110的光成形的波束成形器。也就是說(shuō)，第二超穎表面ms2調(diào)整從光源110發(fā)射的要入射到第一超穎表面ms1的光的發(fā)散角。第一超穎表面ms1用作圖案發(fā)生器，其從具有由第二超穎表面ms2調(diào)整的發(fā)散角和入射光束形式的入射光中形成光線分布。

第一超穎表面ms1和第二超穎表面ms2各自包括具有亞波長(zhǎng)尺寸的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)納米結(jié)構(gòu)的形狀和布置根據(jù)上述功能中的每一個(gè)來(lái)設(shè)計(jì)。

圖11是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器102的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器102包括光源110和在光源110的光出射表面110a上的超穎光學(xué)裝置125。根據(jù)本示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器102從圖10的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器101的修改在于，根據(jù)結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器102，基底su1由第一超穎表面ms1和第二超穎表面ms2共享，并支撐第一超穎表面ms1和第二超穎表面ms2。即，超穎光學(xué)裝置125具有分別位于基底su1的兩個(gè)表面上的第一超穎表面ms1和第二超穎表面ms2。第二超穎表面ms2用作波束成形器并且直接接觸光出射表面110a。第一超穎表面ms1從具有由第二超穎表面ms2調(diào)整的發(fā)散角和入射光束形式的入射光中形成光線分布。

圖12是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器103的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器103包括光源110、在光源110的光出射表面110a上的第一超穎光學(xué)裝置131以及在第一超穎光學(xué)裝置131上的第三超穎光學(xué)裝置135。

第一超穎光學(xué)裝置131包括基底su1和第一超穎表面ms1，第三超穎光學(xué)裝置135包括基底su3和第三超穎表面ms3。

在本示例性實(shí)施例中，第一超穎表面ms1用作形成從光源110發(fā)出的光的光線分布的圖案發(fā)生器，并且第三超穎表面ms3可以被設(shè)計(jì)為用作復(fù)制由第一超穎表面ms1形成的光線分布的復(fù)制器。

第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3各自包括具有亞波長(zhǎng)尺寸的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)納米結(jié)構(gòu)的形狀和布置根據(jù)上述功能中的每一個(gè)設(shè)計(jì)。

圖13是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器104的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器104包括光源110和在光源110的光出射表面110a上的超穎光學(xué)裝置137。根據(jù)本示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器104從圖12的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器103的修改在于，根據(jù)結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器104，基底su3由第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3共享，并支撐第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3。即，超穎光學(xué)裝置137具有分別位于基底su3的兩個(gè)表面上的第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3。第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3分別被設(shè)計(jì)為用作圖案發(fā)生器和復(fù)制器。

根據(jù)本示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器104與圖12的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器103的不同在于，第一超穎表面ms1和第三超穎表面ms3在一個(gè)基底su3的兩個(gè)表面上。此外，具有滿足光出射表面110a和第一超穎表面ms1之間的距離條件的厚度的基底su1設(shè)置在光源110和超穎光學(xué)裝置137之間。

迄今已經(jīng)描述了包括兩個(gè)超穎表面的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器的示例。盡管已經(jīng)描述了其中兩個(gè)超穎表面被設(shè)計(jì)為分別用作波束成形器和圖案發(fā)生器或者分別用作圖案發(fā)生器和復(fù)制器的示例，但是兩個(gè)超穎表面的示例不限于此。

此外，根據(jù)某些示例性實(shí)施例，可以使用多于兩個(gè)超穎表面。例如，可以實(shí)現(xiàn)包括分別用作波束成形器、圖案發(fā)生器和復(fù)制器的三個(gè)超穎表面的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器。

圖14是根據(jù)另一示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖，圖15概念性地示出了多個(gè)光源的入射光束通過(guò)圖14的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105自成像，以形成結(jié)構(gòu)化光。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105包括光源陣列115和在光源陣列115上的超穎光學(xué)裝置140。

光源陣列115包括多個(gè)光源115a至115d。例如，光源陣列115可以是垂直腔表面發(fā)射激光器(vcsel)陣列。

超穎光學(xué)裝置140包括第一超穎表面陣列146和第二超穎表面陣列142。第一超穎表面陣列146和第二超穎表面陣列142可以分別位于基底su的兩個(gè)表面上?？梢源_定基底su的厚度d以滿足對(duì)第一超穎表面陣列146和第二超穎表面陣列142之間的距離的要求。

超穎光學(xué)裝置140可以集成在光源陣列115上。

第二超穎表面陣列142包括分別面向多個(gè)光源115a、115b、115c和115d的多個(gè)第二超穎表面142a、142b、142c和142d。多個(gè)第二超穎表面142a至142d可以分別用作使從光源115a至115d發(fā)射的光成形的波束成形器。

第一超穎表面陣列146包括多個(gè)第一超穎表面146a、146b、146c和146d，其形成來(lái)自由第二超穎表面142a至142d成形的相應(yīng)光束的光線分布。

雖然所有多個(gè)第一超穎表面146a至146d用作圖案發(fā)生器，但是分別由第一超穎表面146a至146d產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化光sla至sld的圖案可以彼此不同。也就是說(shuō)，第一超穎表面146a至146d形成圖像束12，從每個(gè)光源115a至115d發(fā)射的入射光束10自成像到圖像束，但是分別形成唯一的圖案，使得圖像束12如何在空間上分布可以是彼此不同的。為了實(shí)現(xiàn)該特征，第一超穎表面146a至146d可各自包括具有亞波長(zhǎng)尺寸的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，但是重復(fù)布置相同結(jié)構(gòu)的相應(yīng)周期ta、tb、tc和td可以彼此不同。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105用于產(chǎn)生復(fù)雜和精細(xì)的結(jié)構(gòu)化光。產(chǎn)生具有彼此不同圖案的結(jié)構(gòu)化光的第一超穎表面146a至146d可以分別設(shè)置為對(duì)應(yīng)于光源115a至115d，使得可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化光sla，slb，slc和sld的各個(gè)圖案，并且由于所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化光sla至sld的圖案的重疊而形成更復(fù)雜和更精細(xì)的最終結(jié)構(gòu)化光sl。

盡管示出了結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105的示例，其中用作波束成形器的第二超穎表面陣列142和用作圖案發(fā)生器的第一超穎表面陣列146設(shè)置在光源陣列115上，但是結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105不限于此。結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器105可以被修改為包括用作圖案發(fā)生器的超穎表面陣列和用作復(fù)制器的超穎表面陣列。

圖16是根據(jù)示例性實(shí)施例的三維(3d)對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000的結(jié)構(gòu)的示意性框圖。

3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000包括朝向?qū)ο髈bj輻射預(yù)定圖案的結(jié)構(gòu)化光sli的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器1200、接收從對(duì)象obj反射的結(jié)構(gòu)化光slr的傳感器1400以及通過(guò)比較由結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器1200輻射的結(jié)構(gòu)化光sli和由傳感器1400接收的結(jié)構(gòu)化光slr的圖案變化來(lái)分析具有3d形狀的對(duì)象obj的深度信息、形狀或運(yùn)動(dòng)的處理器1600。

結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器1200可以包括光源和至少一個(gè)超穎表面，并且可以采取根據(jù)前述示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器100至105中的一個(gè)或其組合的形式。

傳感器1400感測(cè)由對(duì)象obj反射的結(jié)構(gòu)化光slr。

處理器1600可以將輻射在對(duì)象obj上的結(jié)構(gòu)化光sli和從對(duì)象obj反射的結(jié)構(gòu)化光slr彼此進(jìn)行比較，以分析對(duì)象obj的3d形狀、位置、運(yùn)動(dòng)等。由結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器1200產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化光sli是其中亮點(diǎn)和暗點(diǎn)被數(shù)學(xué)編碼以唯一地指定相應(yīng)角度方向位置坐標(biāo)的圖案。當(dāng)這樣的圖案撞擊在3d對(duì)象上并被反射時(shí)，反射的結(jié)構(gòu)化光slr的圖案采取輻射的結(jié)構(gòu)化光sli的圖案的變化形式?？梢酝ㄟ^(guò)將這些圖案相互比較并跟蹤每個(gè)坐標(biāo)的圖案來(lái)提取對(duì)象obj的3d信息。

3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000還可以包括控制器，其控制驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器1200中的光源的操作、傳感器1600的操作或者整個(gè)3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000的總體操作。此外，3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000還可以包括存儲(chǔ)器等，其存儲(chǔ)用于要在處理器1600中執(zhí)行的3d信息提取的操作程序。

處理器1600的操作結(jié)果(即關(guān)于對(duì)象obj的形狀和位置的信息)可以被傳輸?shù)搅硪粏卧＠?，信息可以被傳輸?shù)诫娮友b置的控制器，3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000用在電子裝置中。

3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000可以用作精確地獲得關(guān)于對(duì)象(例如，在3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備1000前面的對(duì)象)的3d信息的傳感器，因此可以用于各種電子裝置。例如，這樣的電子裝置可以是自主驅(qū)動(dòng)裝置(例如無(wú)人駕駛汽車、自主車輛、機(jī)器人或無(wú)人機(jī))、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)裝置、移動(dòng)通信裝置或物聯(lián)網(wǎng)(iot)裝置。

根據(jù)上述示例性實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器可以通過(guò)使用包括亞波長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)的超穎表面來(lái)形成從光源發(fā)射的光的光線分布(結(jié)構(gòu)化光)。

根據(jù)上述示例性實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器使用這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，超穎光學(xué)裝置集成在光源上并因此易于小型化。

根據(jù)上述示例性實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器可以使用一個(gè)或多個(gè)超穎表面并調(diào)整光源與超穎表面之間的距離，以及超穎表面的透射相位分布和透射強(qiáng)度分布，以產(chǎn)生具有高對(duì)比率的結(jié)構(gòu)化光。

根據(jù)上述示例性實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的結(jié)構(gòu)化光發(fā)生器可以用于被配置為感測(cè)對(duì)象的精確運(yùn)動(dòng)和3d形狀的3d對(duì)象識(shí)別設(shè)備中。

應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的示例性實(shí)施例應(yīng)當(dāng)是描述性的，而不是為了限制的目的。每個(gè)示例性實(shí)施例中的特征或方面的描述應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷乇徽J(rèn)為可用于其他示例性實(shí)施例中的其他類似特征或方面。

盡管已經(jīng)參考附圖描述了一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2016年3月30日在美國(guó)專利和商標(biāo)局提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)no.62/315,267以及于2016年8月31日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)no.10-2016-0112087的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。