背景

在飛行時間(tof)深度相機中，光從光源被投射到圖像環(huán)境中，以照亮圖像環(huán)境中的一個或多個對象。漫射器可被用來把光散布遍及整個圖像環(huán)境。從圖像環(huán)境反射的光被聚焦到圖像傳感器上。接收到的光的定時被確定，并且該定時被用來確定到環(huán)境中各個點的距離。

概述

提供本概述以便以簡化的形式介紹以下在詳細描述中進一步描述的一些概念。本概述并不旨在標識所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。

各種方法、系統(tǒng)、裝置和計算機程序產(chǎn)品被提供用于為飛行時間(tof)相機系統(tǒng)創(chuàng)建多個泛光照明圖案。光被生成，并且被投射到圖像環(huán)境中的照明光由經(jīng)生成的光形成。照明光通過發(fā)散經(jīng)生成的光以形成發(fā)散光(其特征在于在遠離發(fā)散光的光軸的第一區(qū)域中比在以光軸為中心的第二區(qū)域中更強的光分布)并將該發(fā)散光轉(zhuǎn)換成待投射到照明環(huán)境中的多個照明光圖案來被形成。每個照明光圖案都被同時投射到照明環(huán)境的對應區(qū)域。

下面參考附圖詳細描述本公開的各種實施例的進一步特征和優(yōu)點，以及本公開的各種實施例的結(jié)構(gòu)和操作。值得注意的是，本發(fā)明不僅限于本文所描述的特定實施例。本文呈現(xiàn)這些實施例僅用于說明性的用途?；诒疚陌氖窘?，附加的實施例對相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。

附圖說明

合并到本文并構(gòu)成說明書的一部分的附圖例示了本申請的各實施例，并且與說明書一起進一步用于解釋各實施例的原理并允許相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員實施和使用這些實施例。

圖1示意性地示出根據(jù)一示例性實施例的示例使用環(huán)境中的示例飛行時間(tof)深度相機。

圖2示意性地示出用于示例飛行時間深度相機的示例照明器，根據(jù)本公開的一實施例該示例照明器被描繪成改變光包絡的形狀。

圖3示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的另一示例照明器。

圖4示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的示例照明器的光整形級的示例。

圖5示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的光整形級的另一示例。

圖6示意性地示出根據(jù)本公開的一實施例的示例光整形級中包括的示例透鏡元件的透視圖。

圖7示出根據(jù)本公開的一實施例的在照明光的非相干輻照和光軸之間例示了示例照明配置的示例關(guān)系的曲線圖。

圖8示意性地示出根據(jù)一實施例的散布光線的衍射元件的示例。

圖9示意性地示出根據(jù)一實施例的生成并散布多條光線以生成多光配置照明光的照明器的示例。

圖10示出根據(jù)一實施例的在表面上具有重復的棱鏡圖案的衍射元件的截面圖。

圖11示出根據(jù)一實施例的在表面上具有角錐狀棱鏡的重復圖案的衍射元件的截面圖。

圖12示出根據(jù)一實施例的在表面上具有階梯形棱鏡的重復圖案的衍射元件的截面圖。

圖13示出根據(jù)一實施例的在表面上具有角錐狀階梯形棱鏡的重復圖案的衍射元件的截面圖。

圖14示出根據(jù)一示例實施例的被投射在照明環(huán)境的中央遠場區(qū)域上的第一照明圖案的圖像。

圖15示出根據(jù)一示例實施例的被投射在照明環(huán)境的第一外圍近場區(qū)域上的第二照明圖案的圖像。

圖16示出根據(jù)一示例實施例的被投射在照明環(huán)境的第二外圍近場區(qū)域上的第三照明圖案的圖像。

圖17示出根據(jù)本公開的一實施例的作為三個照明圖案的組合的示例照明配置。

圖18示出根據(jù)一示例實施例的提供將照明光投射到圖像環(huán)境中的過程的流程圖。

圖19示出根據(jù)一示例實施例的提供形成包括來自發(fā)散光的多個照明光圖案的照明光的過程的流程圖。

現(xiàn)在將參考附圖描述本申請的主題。在附圖中，相同的附圖標記指示相同或功能上相似的元素。附加地，附圖標記的最左邊的數(shù)字標識該附圖標記首次出現(xiàn)的附圖。

詳細描述

i.介紹

以下詳細描述公開了眾多示例實施例。本專利申請的范圍不限于所公開的各實施例，而且包括所公開的各實施例的各種組合以及對所公開的各實施例的各種修改。

說明書中對“一個實施例”、“一實施例”、“一示例實施例”等等的引用表示所描述的實施例可包括特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性，但是，每一個實施例可不必包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或者特征。此外，這些短語不一定指相同的實施例。此外，當關(guān)于某一實施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，不管是否被明確描述，關(guān)于其他實施例來實現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性被認為是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)。

以下描述多個示例性實施例。應當注意，在此提供的任何章節(jié)/子章節(jié)標題不旨在限制。本文檔中描述了各實施例，并且任何類型的實施例可被包括在任何章節(jié)/子章節(jié)下。此外，在任何章節(jié)/子章節(jié)中公開的各實施例可與在相同章節(jié)/子章節(jié)和/或不同章節(jié)/子章節(jié)中描述的任何其他實施例以任何方式組合。

ii.用多個同時的照明圖案照亮圖像環(huán)境的示例實施例

如上所述，tof深度相機利用從tof深度相機投射在圖像環(huán)境中的光脈沖(例如，紅外光和/或可見光)。照明光脈沖從圖像環(huán)境中的各個對象的不同表面反射出并被圖像傳感器接收。tof深度相機通過量化依賴于時間的返回光信息來生成距離數(shù)據(jù)。換言之，由于與從較遠離感光表面的對象特征處被反射出時相比，當光從較接近于感光表面的特征處被反射出時被更快檢測到，因此tof深度相機可確定關(guān)于該對象的特征的距離信息。

可能難以使圖像環(huán)境充滿照明光，因為圖像環(huán)境可具有相當大的體積，并可具有可能難以用單個光強度分布實現(xiàn)的截面形狀(例如，矩形)。例如，成像環(huán)境可具有與光源所發(fā)射的光不同的截面形狀。成像環(huán)境還可能相對較大，以捕捉潛在的多個用戶的潛在的較大范圍的移動。

與tof深度相機一起使用的照明源可以以圓形圖案或呈圓形的發(fā)射包絡來發(fā)射光。因此，以實現(xiàn)跨整個非圓形的圖像環(huán)境的相對均勻的照明強度的方式將呈圓形的發(fā)射圖案蓋在非圓形的圖像環(huán)境上可導致該環(huán)境的不被用于進行深度分析的各部分的照明。這可能會浪費光源功率，并且還可涉及對更強大且更昂貴的光源的使用。

此外，以期望的方式來不同地照亮圖像環(huán)境的不同區(qū)域可能是困難的。例如，可能合乎需要的是，在圖像環(huán)境的周邊附近的區(qū)域中被投射的光的強度相比在成像環(huán)境的中心處更大，因為從那些區(qū)域反射的光可能由于在成像光學器件上的入射角而在圖像傳感器上具有更低的強度。在環(huán)境中待照亮的每個距離通常需要其自己的照度分布，從而導致多個照度分布被使用。通常，這是通過使用多個、經(jīng)不同地設計的漫射器來實現(xiàn)的。

更進一步，可能期望同時照亮成像環(huán)境中不同距離處的不同區(qū)域。通常，這是通過使用由不同漫射器設計提供的不同照度分布來執(zhí)行的。

因此，本文中提供了用于用照明光來照亮圖像環(huán)境的tof深度相機及方法的各實施例以重新整形被發(fā)射的光并調(diào)整經(jīng)重新整形的光的投射包絡和照明截面。此外，各實施例使得由多個照度分布限定的光能夠被投射到成像環(huán)境中以同時照亮成像環(huán)境的不同區(qū)域。在一個示例中，提供了一種tof深度相機，該tof深度相機包括被配置成生成相干光的光源。該示例tof深度相機還包括第一光學級(例如，被周期性地布置的透鏡元件的陣列)，該第一光學級被定位成接收相干光的至少一部分并且被適配成使相干光發(fā)散以形成發(fā)散光。該示例tof深度相機還可任選地包括第二光學級，該第二光學級被定位成接收發(fā)散光的至少一部分，并且被適配成降低來自發(fā)散光的一個或多個衍射偽像的強度以形成照明光。此外，tof深度相機包括被定位成接收照明光的至少一部分的衍射元件(或“衍射表面”)。衍射元件被配置成將接收到的光轉(zhuǎn)換成待投射到照明環(huán)境中的多個照明光圖案。多個照明光圖案中的每一個被投射到照明環(huán)境的對應的區(qū)域，從而同時照亮照明環(huán)境的多個區(qū)域。該示例tof深度相機還包括圖像傳感器，該圖像傳感器被配置成檢測從照明環(huán)境反射的返回照明光的至少一部分。

圖1示意性地示出tof深度相機100的實施例。在圖1所示的實施例中，tof深度相機100包括被配置成用多光分布照明光108來照亮被定位在圖像環(huán)境106中的第一和第二對象104a和104b的至少一部分的照明器102，并且可包括被配置成檢測返回光112的圖像傳感器110。例如，第一對象104a可被定位在圖像環(huán)境106的第一區(qū)域中(例如，在遠場位置處，或者相對遠離相機100)，而第二對象104可被定位在圖像環(huán)境106的第二區(qū)域中(例如，在近場位置處，或者相對靠近相機100)。撞擊對象104a的一部分的多光分布照明光108a的第一光線被反射為返回光112a，而撞擊對象104b的一部分的多光分布照明光108b的第二光線被反射為返回光112b。來自返回光112的光子可被收集并被用來生成對象104a和104b的深度信息，如以下詳細解釋的。

盡管圖1所示的示例描繪了被包括在tof深度相機100中的單個照明器102，但將領(lǐng)會，多個照明器102可被包括在tof深度相機100中以照亮圖像環(huán)境。

tof深度相機100還包括圖像傳感器110，該圖像傳感器110被配置成檢測從圖像環(huán)境106反射的返回照明光112的至少一部分。圖像傳感器110包括檢測器114，該檢測器114用于收集返回照明光112以用于生成該場景的深度信息(諸如，深度圖)。

在圖1所示的實施例中，照明器102包括光源118以及光學組件120，光源118被配置成生成相干光，光學組件120被配置成對相干光進行整形并引導其朝向圖像環(huán)境106。光源118可以以任何合適的(多個)波長(包括但不限于紅外波長和可見波長)發(fā)射相干光。

在一些實施例中，光源118可包括被布置在光群集中的一個或多個單獨的光產(chǎn)生元件。如本文中所使用的，光群集指的是被配置成發(fā)射相干光的多個光發(fā)射器的布置或分組。在一些實施例中，多個光發(fā)射器可以被包括在公共外殼中。這樣的光群集可具有任何合適的形狀，并可包括任何合適數(shù)目的光發(fā)射器。在一實施例中，光源118可包括呈直線的光條，該光條具有多個平行布置的光發(fā)射器。例如，在一個特定示例中，光條可被配置成從十一個平行光發(fā)射器發(fā)射平行光束。

出于討論的目的，光圖像環(huán)境106可被分解成照明深度區(qū)域和照明包絡區(qū)域。照明深度區(qū)域指的是被投射的光的焦距。在圖1所示的實施例中，多光分布照明光108被投射到由近邊緣124和遠邊緣126界定的照明深度區(qū)域122。照明深度區(qū)域122可具有任何合適的范圍。在一個非限制性示例中，照明深度區(qū)域122可以為約3.5m深。

照明包絡區(qū)域指的是用多光分布照明光108照亮的截面區(qū)域。在圖1所示的實施例中，呈矩形的照明包絡區(qū)域128是用水平維度130和用垂直維度132來表示的。然而，將領(lǐng)會，呈任何合適形狀的照明包絡區(qū)域128(例如，橢圓形狀、多邊形形狀或其他封閉形狀)可被形成，而不背離本公開的范圍。

光學組件120可被配置成將光源118所發(fā)射的光的發(fā)射包絡變換成呈不同形狀的照明包絡形狀。圖2示意性地示出其中光源118具有圓形發(fā)射形狀202的照明器102的一實施例。在圖2所示的示例中，光學組件120將該圓形形狀變換成被投射在照明包絡區(qū)域128中的矩形形狀204。將理解，所描繪的發(fā)散是出于說明的目的而被呈現(xiàn)的，并且在各實施例中可以不表示光的實際發(fā)散。

圖3示意性地示出照明器102的一實施例，并解說光學組件120的一示例實施例。在圖3所示的實施例中，光學組件120包括被配置成將相干光306整形并散布成發(fā)散光308的光整形級302、被配置成將來自發(fā)散光308的一個或多個衍射偽像的強度削減以生成照明光312的任選的衍射偽像削減級304，以及被配置成將發(fā)散光308轉(zhuǎn)換成作為多光分布照明光108的多個照度分布的衍射元件310，如下面更詳細地解釋的。

在一些實施例中，光整形級302可包括周期性透鏡元件陣列，諸如周期性微透鏡陣列。例如，圖4示意性地示出了包括由框架404保留的多個透鏡元件402的光整形級302的一實施例的正視圖。如圖4所示，每個透鏡元件402均是參考不同于短軸透鏡元件間距408的長軸透鏡元件間距406來定義的，以使得每個透鏡元件402均具有長方形的形狀。在圖4所示的實施例中，間距是參考每一單元的中心來定義的，每一單元的中心可對應于每個透鏡表面的頂點。在其他實施例中可以使用其他合適的間距定義，而不背離本公開的范圍。

透鏡元件402的間距可被用來選擇照明包絡區(qū)域128的形狀。例如，圓形模式的透鏡元件402將生成對應的圓形照明包絡區(qū)域，而六邊形模式的透鏡元件402將生成六邊形照明包絡區(qū)域。圖4所示的實施例描繪了長方形的透鏡元件402，使得長方形的照明包絡區(qū)域?qū)⒃谶h場中被生成。此外，由短軸透鏡元件間距408和長軸透鏡元件間距406展示的間距寬高比可影響照明包絡區(qū)域128的寬高比。在包括長方形透鏡元件402的一些實施例中，光整形級302中的長軸透鏡元件間距406與短軸透鏡元件間距408的比率可以為1.1:1或更多。例如，在給定大約1.18:1的間距寬高比的情況下，每個透鏡元件402可具有190μm的水平尺寸和160μm的垂直尺寸，其各自在可接受的容忍度內(nèi)。進而，在該示例中，具有約70°乘60°的水平乘垂直的照明視場的照明包絡區(qū)域128可在遠場中被形成。

圖5示出與衍射偽像削減級304一起被集成在單個部件中的示例光整形級302的一實施例的截面圖，但是在一些實施例中，衍射偽像削減級304和光整形級302可以是分開的結(jié)構(gòu)。在圖5所示的實施例中，相干光306的被單獨的透鏡元件402a接收到的射線被該元件散布，并且隨后被衍射偽像削減級304漫射成照明光310。光整形級302中所包括的透鏡元件402中的每一個均被配置成(在角度空間中)為光學組件120創(chuàng)建期望的照明視場。換言之，光整形級302中的每個透鏡元件402均被配置成將所選的角度發(fā)散賦予傳入光。如本文中所使用的，發(fā)散光指的是從較準直的光束散布成較不準直的光束的相干光。發(fā)散光308可具有任何合適的照明強度截面(如以下更詳細地解釋的)，并且可由在發(fā)散光308的光軸和極端射線之間測得的任何合適的發(fā)散角來散布。

通過散布傳入光，光整形級302將光傳送到照明包絡區(qū)域128內(nèi)的所有區(qū)域。在一些實施例中，光整形級302可被適配成將相干光306變換成具有大于30度的發(fā)散角的發(fā)散光308。這樣變換后，光可以照明圖像環(huán)境106內(nèi)的大照明視場，從而潛在地為圖像傳感器110的潛在圖像捕捉提供大照明包絡。在一個非限制性示例中，120度的垂直照明場乘140度的水平照明場可從相對于照明光312的光軸為60度的垂直發(fā)散角和70度的水平發(fā)散角中獲得。圖6示意性地示出單獨的透鏡元件402的一實施例的視角。凸透鏡表面602被定位成朝向光源118(圖6中未示出)以接收入射的相干光306。相對于其中透鏡表面602避開光源118的示例而言，將透鏡表面602定位成面向光源118可在光經(jīng)歷透鏡元件內(nèi)的總內(nèi)部反射之前導致相對較高的入射角。進而，照明視場以及由此而來的照明包絡區(qū)域在透鏡表面602面向光源118時可更大。此外，將透鏡表面602定位成面向光源118可減少或消除一些表面涂層(例如，諸如mgf2之類的抗反射涂層)，不然這些表面涂層在透鏡表面602面向另一方向的情況下可被應用。

透鏡表面602部分地依據(jù)透鏡元件402的間距尺寸來整形。進而，該單元的間距尺寸可影響透鏡表面602的非球面性質(zhì)。因此，透鏡元件402的發(fā)散能力至少部分地依據(jù)間距尺寸來建立。在圖6所示的其中透鏡元件402被描繪為具有長方形的單元形狀的實施例中，凸透鏡表面602將具有限定在光軸606和極端射線608之間的第一發(fā)散角604，該第一發(fā)散角將不同于限定在光軸606和極端射線612之間的第二發(fā)散角610。當被投射到圖像環(huán)境106中時，按根據(jù)這些發(fā)散角的相應方向散布的照明光將建立照明包絡區(qū)域128的邊界。

在一些實施例中，可由透鏡元件402實現(xiàn)的發(fā)散的程度可受到形成這些透鏡的材料的折射率的影響。當透鏡曲率增加時，光逼近總內(nèi)部反射限制。然而，通過增加折射率，所選的發(fā)散角可用相比較而言較小的光彎曲(lightbending)來實現(xiàn)。例如，在一些實施例中，透鏡元件402可由具有約1.49的折射率的光學級聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)制成。在其他實施例中，透鏡元件402可由具有約1.6的折射率的光學級聚碳酸酯(pc)制成。與由pmma制成的元件相比，由pc制成的透鏡元件402可具有用于獲得相同發(fā)散角的更少的曲率。將領(lǐng)會，任何合適的光學級材料均可被用來制造透鏡元件402，包括以上描述的聚合物、光學級玻璃等。

在每個透鏡元件402處散布相干光并重新組合發(fā)散光308的聚集效果是要把截面光的強度/輻照分布從與入射相干光306相關(guān)聯(lián)的高斯分布整形成呈不同形狀的照度分布。例如，在一些實施例中，少至六個透鏡元件402可能足以形成所期望的照度分布。然而，增加單個透明元件內(nèi)的透鏡元件402的數(shù)目可改善光整形級302形成所期望的照度分布的能力。

將領(lǐng)會，光整形級302可將相干光306整形成具有任何合適的截面光分布的發(fā)散光208，而不背離本公開的范圍。在一些實施例中，發(fā)散光308可具有有平頂?shù)?、類似平頂山的截面強度分布。在這樣的實施例中，發(fā)散光308的輻照在鄰近光軸的區(qū)域中可具有在可接受的容忍度內(nèi)的相對恒定的強度。隨后，在處于所期望的圖像環(huán)境外部的較遠離光軸的區(qū)域(例如，對應于該平頂山的側(cè)壁的區(qū)域)中，該輻照可在強度方面相對急劇地下降。

在一些其他實施例中，發(fā)散光308可由在較遠離光軸處比在較接近于發(fā)散光的光軸處更強的截面光分布來表征。圖7示出了示例圖繪700，其示出了發(fā)散光的示例光分布702內(nèi)的非相干輻照和截面位置之間的關(guān)系。在圖7所示的示例中，光分布702在較遠離光軸704的第二區(qū)域708中的位置處展現(xiàn)出比在光軸704上及周圍的第一區(qū)域706中的位置處更大的輻照強度。如圖7所示，第二區(qū)域708位于以光軸704為中心的第一區(qū)域706的任一側(cè)。圖7示出了光分布702的截面圖，并且光分布702呈現(xiàn)出有些類似于關(guān)于光軸704對稱的大寫字母“m”的截面輻照分布。在一實施例中，從正視圖的視角看(例如，向下俯視圖7中的光軸704)，光分布702表現(xiàn)為以光軸704為中心的矩形形狀的分布，其中第二區(qū)域708圍繞第一區(qū)域706形成矩形環(huán)。

不受理論束縛，生成照明光的呈“m”形的分布可抵消在圖像傳感器110處接收到的并由圖像環(huán)境中的對象賦予返回光的呈“w”形的分布。換言之，向圖像環(huán)境106供應具有呈“m”形的分布的光的凈效果可以是圖像傳感器110檢測具有相對平坦的截面強度分布的返回光，其可有助于提供跨所獲取的圖像的相對一致的對比度和亮度。

光分布和/或照明視場的改變可通過適當?shù)卣{(diào)整光整形級302的間距比來實現(xiàn)。例如，將水平比上垂直的透鏡元件間距比朝向數(shù)字一進行調(diào)整可導致向類似平頂山的光分布發(fā)展，而更高的寬高比可導致呈“m”形的分布。在一些實施例中，光整形級302可具有1.1:1或更高的水平比上垂直的透鏡元件間距比，該水平比上垂直的透鏡元件間距比對呈“m”形的光分布的生成有貢獻。在一個非限制示例中，約190μm乘160μm的水平比上垂直的間距比可導致呈“m”形的強度分布。

不管賦予發(fā)散光208的光分布的特定形狀如何，提供該光分布形狀和照明視場的透鏡元件402的周期性布置還可導致干涉效應。不受理論束縛，將來自各個個體透鏡元件402的相干光重新組合成發(fā)散光208可在光束內(nèi)引入衍射圖案斑點。如果存在的話，這些衍射圖案斑點可促使照明光不完全地照亮對象104，從而潛在地導致圖像傳感器110處的圖像捕捉誤差以及生成該場景的深度信息的困難。

因此，各種方法可被用來降低這樣的衍射偽像的強度。例如，在一些實施例中，發(fā)散光308的準直程度可被調(diào)整以抵消由光整形級302引入的衍射偽像。附加地或替代地，在一些實施例中，相干光306的準直程度可在該光進入光整形級302之前被調(diào)整。進而，相對于未經(jīng)調(diào)整的相干光而言，在離開光整形級302的發(fā)散光308中可能存在相比較而言更低強度和/或數(shù)目的衍射偽像。

此外，在一些實施例中，光學組件120可包括前述衍射偽像削減級304以降低來自發(fā)散光308的一個或多個衍射偽像的強度。在一些實施例中，衍射偽像削減級304可被配置成通過漫射發(fā)散光308來移除或降低這樣的偽像的強度。由此，衍射偽像削減級304可包括光漫射表面，該光漫射表面被適配成通過光散射來調(diào)整發(fā)散光308的準直程度。

散射發(fā)散光308可加擾由光整形級302內(nèi)的透鏡元件402的周期性布置所引入的衍射圖案。不受理論束縛，由通過各個個體透鏡元件402的鏡面反射光線引入的moiré圖案可由衍射偽像削減級304衍射以生成圍繞該鏡面反射光束的光環(huán)。該光環(huán)可隨后填充相鄰透鏡元件402處引入的較低強度(例如，衍射偽像)的區(qū)域。在該聚集中，這些補償效果可使光分布平滑，從而降低系統(tǒng)內(nèi)的衍射干涉的強度。

在一些實施例中，光漫射表面可展現(xiàn)出被精選成適當?shù)厣⑸浒l(fā)散光而不會將光分布改變成超過可接受的容忍度的表面粗糙度。在一個非限制示例中，光漫射表面可具有在100–200nm的范圍內(nèi)的表面粗糙度(rms)?？梢匀魏魏线m方式來形成這樣的漫射表面。例如，在一些實施例中，漫射表面可使用電火花加工(edm)來生成。

將領(lǐng)會到，可采用其他技術(shù)來減輕照明光310內(nèi)的潛在衍射斑點。被定位成接收來自(例如，如圖3和圖5所示的)光整形級302的光的衍射偽像削減級304在概念上可表示后整形濾光器。附加地或替代地，一些實施例可采用預整形濾光器，該預整形濾光器被配置成在光進入光整形級302之前調(diào)整準直程度。例如，在一些實施例中，準直器可被定位在光源118與光整形級302之間的光路中。

如圖3所示，衍射元件310接收來自衍射偽像削減級304的照明光312(或者當級304不存在時，直接從光整形級302接收發(fā)散光308)。衍射元件310被配置成將照明光312或發(fā)散光308轉(zhuǎn)換成多個照度分布以生成多光分布照明光108。例如，參考圖1，衍射元件310可生成多光分布照明光108以根據(jù)第一照度分布來照亮對象104a所在的第一區(qū)域(例如，集中位于多光分布照明光108的光軸上或其附近的遠場區(qū)域)，并且可根據(jù)第二照度分布來照亮對象104b所在的第二區(qū)域(例如，位于外圍的近場區(qū)域)。這可使得能夠使用相機100關(guān)于對象104a和104b進行更準確的深度感測。

例如，圖8示出根據(jù)一實施例的可被包括在光學組件120中的示例衍射元件310的截面圖。如圖8所示，衍射元件310包括具有相對的第一和第二表面804和806的矩形主體802。雖然在圖8中單獨示出了衍射元件310，但是衍射元件310可被耦合到(例如，接觸、粘附到，等等)衍射偽像級304(當存在時)或者光整形級302。例如，關(guān)于圖5，在一個實施例中，圖8的衍射元件310的第一表面804可被耦合到衍射偽像削減級304的暴露的表面(例如，圖5右側(cè)的級304的表面)。替代地，衍射元件310可與衍射偽像級304和/或光整形級302間隔開。

如圖8所示，照明光312在衍射元件310的第一表面804處被接收到。在圖8的示例中，為了便于說明，照明光312包括單條光線814。如圖8所示，光線814被轉(zhuǎn)換為三個光線分量，即零分量808、負分量810以及正分量812。零分量808通常直接通過衍射元件310而不改變輸入光線814的方向。負分量810由衍射元件310相對于輸入光線814在負方向上(在圖9中向上)被進一步重定向。正分量812由衍射元件310相對于輸入光線814在正方向上(在圖9中向下)被進一步重定向。

因此，衍射元件310從輸入光線中創(chuàng)建多個輸出光分量，并按散布圖案重定向輸出光分量。當光源的多條光線被納入考慮時，多條光線被散布以形成總體光照度分布，其可包括疊加在彼此上的多個光照度分布。

例如，圖9示意性地示出了根據(jù)一實施例的生成并散布多條輸入光線以生成多光分布照明光的照明器102的示例。如圖9所示，光源118可被配置成生成相干光306，其可被認為包括多條光線，其中一些被示出。光整形級302被配置成將相干光306整形并散布成發(fā)散光308(圖3)，并且任選的衍射偽像削減級304被配置成削減來自發(fā)散光308的一個或多個衍射偽像的強度以生成照明光312。衍射元件310接收并將照明光312轉(zhuǎn)換成多光分布照明光108。多光分布照明光108包括被散布成跨較寬的照明范圍的多個分量的照明光312的光線。此外，由衍射元件310造成的散布圖案可被定制以創(chuàng)建任何期望的照明效果，包括根據(jù)需要使衍射元件310能夠生成多個分開的光照明圖案或分布。這是通過衍射元件310被配置成將輸出光線按預定圖案聚集在成像環(huán)境的預定目標區(qū)域中來被執(zhí)行的，每個預定圖案和目標區(qū)域限定對應的光照度分布。

衍射元件310可通過使用光波干涉技術(shù)來執(zhí)行多個同時的光照明圖案或分布的這類生成。例如，在一實施例中，衍射元件310可以是包括在一實施例中的多個孔或開口的光柵。開口接收照明光312，并且充當通過的光波的點光源。通過開口的光波相互干涉，以創(chuàng)建限定總體輸出光照明圖案的干涉圖案。在另一實施例中，衍射元件310的第一表面804和/或第二表面806可用一系列重復的表面特征進行圖案化，每一個重復的表面特征各自為通過它們的光生成波陣面。表面特征可以像在光柵中一樣接近開口，并且每個均可以在高度、寬度和/或形狀上進行定制，以便各自生成具有預定相位的輸出光波。在第二表面806處從衍射元件310輻射的輸出光波彼此干涉以生成期望的輸出光照度分布。

衍射元件310可由任何合適的透明材料制成，包括上述用于透鏡元件402的材料(例如，光學級聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、光學級聚碳酸酯(pc)、其他聚合物、光學級玻璃等)或其他合適的材料。

衍射元件310的第一和第二表面804和/或806可以用任何期望的表面特征的重復圖案進行圖案化，該表面特征被用來生成和定制供光通過的期望的干涉圖案，以便生成期望的輸出光照度分布。例如，圖10-13示出了根據(jù)各實施例的用于衍射元件310的表面特征的一些示例實施例。盡管圖10-13的各示例示出了在衍射元件310的第二表面806(例如，在光輸出側(cè))上形成的表面特征，但是在其他實施例中，表面特征可被形成在第一表面804上(例如，光輸入側(cè))。

在第一示例中，根據(jù)一實施例，圖10示出了在表面806上具有重復的棱鏡圖案1002的衍射元件310的截面圖。具體而言，在圖10的示例中，衍射元件310的第一表面804基本上是平坦的，并且第二表面806包括作為棱鏡形表面特征(例如鋸齒圖案)的重復圖案的重復的棱鏡圖案1002。為了說明的目的，在圖10中指示了重復的棱鏡圖案1002的第一棱鏡1004a。第一棱鏡1004a具有直角三角形的截面形狀(在一實施例中，棱鏡形狀在y方向上是連續(xù)的，例如圖示)。如圖10所示，輸出光的兩個分量由通過第一棱鏡1004a的輸入光形成。具體而言，光線814被轉(zhuǎn)換成零分量808和負分量810。零分量808通常直接通過衍射元件310而不改變輸入光線814的方向。負分量810由衍射元件310相對于輸入光線814在負方向上(在圖10中向上)進一步被重定向。

第一棱鏡1004a的大小和形狀以及其他棱鏡的重復棱鏡圖案1002可被定制以根據(jù)需要來引導光的零分量和負分量。例如，第一棱鏡1004a(在z方向上的)的高度和/或第一棱鏡1004a(在x方向上的)的寬度可被增加或減小，以改變零分量和負分量808及810的相位和/或強度以及它們的方向。離開重復棱鏡的光波相互干涉，以創(chuàng)建限定總體輸出光照明圖案的干涉圖案。由于零分量和負分量是分開的，所以多個光照明圖案可被形成(例如，對應于零分量的光的聚集的第一光照明圖案，以及對應于負分量的光的聚集的第二光照明圖案)。因此，通過圖10的衍射元件310的照明光312(圖9)可被轉(zhuǎn)換成多個期望的輸出光照度分布。

在接下來的示例中，根據(jù)一實施例，圖11示出了在表面806上具有重復的角錐狀棱鏡圖案1102的衍射元件310的截面圖。具體而言，在圖11的示例中，衍射元件310的第一表面804基本上是平坦的，并且第二表面806包括作為呈角錐形的表面特征(也被稱為三角波圖案)的重復圖案的重復的角錐狀棱鏡圖案1102。為了說明的目的，在圖11中指示了重復的角錐狀棱鏡圖案1102的第一角錐狀棱鏡1104a。第一角錐狀棱鏡1104a具有角錐形(或三角形)的截面形狀。如圖11所示，輸出光的三個分量由通過第一角錐狀棱鏡1104a的輸入光形成。具體而言，光線814被轉(zhuǎn)換成零分量808、負分量810以及正分量812。零分量808通常直接通過衍射元件310而不改變輸入光線814的方向。負分量810由衍射元件310相對于輸入光線814在負方向上(在圖11中向上)進一步被重定向。正分量812由衍射元件310相對于輸入光線814在正方向上(在圖11中向下)進一步被重定向。

第一角錐狀棱鏡1104a的大小和形狀以及其他棱鏡的重復的角錐狀棱鏡圖案1102可被定制以根據(jù)需要來引導光的零分量、負分量和正分量。例如，第一角錐狀棱鏡1104a(在z方向上的)的高度和/或第一角錐狀棱鏡1104a(在x方向上的)的寬度可被增加或減小，以改變零分量、負分量和/或正分量808、810及812的相位和/或強度以及它們的方向。離開重復棱鏡的光波相互干涉，以創(chuàng)建限定總體輸出光照明圖案的干涉圖案。由于零分量、負分量和正分量是分開的，所以多個光照明圖案可被形成(例如，對應于零分量的光的聚集的第一光照明圖案、對應于負分量的光的聚集的第二光照明圖案，以及對應于正分量的光的聚集的第三光照明圖案)。因此，通過圖11的衍射元件310的照明光312(圖9)可被轉(zhuǎn)換成多個期望的輸出光照度分布。

在接下來的示例中，根據(jù)一實施例，圖12示出了在表面806上具有重復的階梯形棱鏡圖案1202的衍射元件310的截面圖。具體而言，在圖12的示例中，衍射元件310的第一表面804基本上是平坦的，并且第二表面806包括作為階梯形表面特征(其中每個階梯形表面特征是一組向上發(fā)展梯極的矩形)的重復圖案的重復的階梯形棱鏡圖案1202。為了說明的目的，在圖12中指示了重復的階梯形棱鏡圖案1202的第一階梯形棱鏡1204a。第一階梯形棱鏡1204a具有階梯的截面形狀。如圖12所示，輸出光的兩個分量由通過第一階梯形棱鏡1204a的輸入光形成。具體而言，光線814被轉(zhuǎn)換成零分量808和負分量810。零分量808通常直接通過衍射元件310而不改變輸入光線814的方向。負分量810由衍射元件310相對于輸入光線814在負方向上(在圖12中向上)進一步被重定向。

第一階梯形棱鏡1204a的大小和形狀以及其他棱鏡的重復的階梯形棱鏡圖案1202可被定制以根據(jù)需要來引導光的零分量和負分量。例如，第一階梯形棱鏡1204a(在z方向上的)的每個梯極的高度和/或第一階梯形棱鏡1204a(在x方向上的)的每個梯級的寬度和/或第一階梯形棱鏡1204a中的梯級的數(shù)量可被增加或減小，以改變零分量和負分量808及810的相位和/或強度以及它們的方向。離開重復棱鏡的光波相互干涉，以創(chuàng)建限定總體輸出光照明圖案的干涉圖案。具體而言，每個階梯形棱鏡的每個梯級創(chuàng)建其自身的具有特定相位的光波，其干擾其他階梯形棱鏡的梯級的光波。由于零分量和負分量是分開的，所以多個光照明圖案可被形成(例如，對應于零分量的光的聚集的第一光照明圖案，以及對應于負分量的光的聚集的第二光照明圖案)。因此，通過圖12的衍射元件310的照明光312(圖9)可被轉(zhuǎn)換成多個期望的輸出光照度分布。

在接下來的示例中，根據(jù)一實施例，圖13示出了在表面806上具有重復的角錐狀階梯形棱鏡圖案1302的衍射元件310的截面圖。具體而言，在圖13的示例中，衍射元件310的第一表面804基本上是平坦的，并且第二表面806包括作為角錐狀階梯形表面特征(也被稱為上升和下降階梯波圖案)的重復圖案的重復的角錐狀階梯形棱鏡圖案1302。為了說明的目的，在圖13中指示了重復的角錐狀階梯形棱鏡圖案1302的第一角錐狀階梯形棱鏡1304a。第一角錐狀階梯棱鏡1304a具有角錐狀階梯的截面形狀。如圖13所示，輸出光的三個分量由通過第一角錐狀階梯棱鏡1304a的輸入光形成。具體而言，光線814被轉(zhuǎn)換成零分量808、負分量810以及正分量812。零分量808通常直接通過衍射元件310而不改變輸入光線814的方向。負分量810由衍射元件310相對于輸入光線814在負方向上(在圖13中向上)進一步被重定向。正分量812由衍射元件310相對于輸入光線814在正方向上(在圖13中向下)進一步被重定向。

第一角錐狀階梯棱鏡1304a的大小和形狀以及其他棱鏡的重復的角錐狀階梯形棱鏡圖案1302可被定制以根據(jù)需要來引導光的零分量、負分量和正分量。例如，第一角錐狀階梯棱鏡1304a(在z方向上的)的高度、第一角錐狀階梯棱鏡1304a(在x方向上的)的寬度和/或第一角錐狀階梯棱鏡1304a中的梯級的數(shù)量可被增加或減小，以改變零分量、負分量和/或正分量808、810及812的相位和/或強度以及它們的方向。離開重復棱鏡的光波相互干涉，以創(chuàng)建限定總體輸出光照明圖案的干涉圖案。具體而言，每個角錐狀階梯形棱鏡的每個梯級創(chuàng)建其自身的具有特定相位的光波，其干擾其他階梯形棱鏡的梯級的光波。由于零分量、負分量和正分量是分開的，所以多個光照明圖案可被形成(例如，對應于零分量的光的聚集的第一光照明圖案、對應于負分量的光的聚集的第二光照明圖案，以及對應于正分量的光的聚集的第三光照明圖案)。因此，通過圖13的衍射元件310的照明光312(圖9)可被轉(zhuǎn)換成多個期望的輸出光照度分布。

為了說明的目的，用于衍射元件310的圖10-13中所示的表面特征的示例類型和形狀被提供，然而在其他實施例中，表面特征的其他類型和形狀可被使用，根據(jù)本文的示教，這對于各相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。各實施例被引導至衍射元件310的任何配置，其允許多個泛光照明圖案(光錐，每個具有特定的圓形或橢圓形分布)從照明光312的輸入泛光照明圖案中被生成。換句話說，衍射元件310被配置成將在照明光312中接收到的泛光照明圖案分成對應于為衍射元件310配置的衍射級的多個泛光照明圖案。在圖10和圖12中，衍射元件310配置有兩個衍射級(光路)，并因此照明光312被分成以三個衍射級的角度為中心的兩個泛光照明圖案。在圖8、圖9、圖11和圖13中，衍射元件310配置有三個衍射級，并因此照明光312被分成以三個衍射級的經(jīng)配置的角度為中心的三個泛光照明圖案。在進一步的實施例中，衍射元件310可配置有附加的衍射級，以創(chuàng)建相比三個而言更大數(shù)量的泛光照明圖案。

具體而言，衍射元件310的表面804和/或表面806被圖案化，諸如上面關(guān)于圖10-13所描述的或者以其他方式被配置成在照明光312上施加相位函數(shù)。相位函數(shù)在對應于多個衍射級的多條路徑上從衍射元件310發(fā)送照明光312。這是由于表面804和/或表面806不是平坦的，而是被圖案化的。由此，不同的光線在不同距離上通過衍射元件310，從而促使光線被賦予不同的相位。線性相位函數(shù)將線性相移賦予通過衍射元件310的光，其創(chuàng)建在衍射級的角度處的光的“傾斜”或重定向。離開衍射元件310的光線根據(jù)相位函數(shù)被組合。傳入的中心照明圖案的能量被散布在傳出的多個照明圖案上。相位函數(shù)促使離開衍射元件312的多光分布照明光108包括了在衍射級的多個期望的方向之間散布的光，從而創(chuàng)建多個泛光照明圖案。

衍射級的角度可具有特定應用所需的任何合適的值。在一個示例實施例中，第一光照明圖案(例如，零分量或“直通”泛光照明圖案)可以沿著零度z軸居中，第二光照明圖案(例如，負分量)可以沿著在與z軸成-15至-30度的范圍內(nèi)的角度居中，而第三光照明圖案(例如，正分量)可以沿著在與z軸成+15度至+30度的范圍內(nèi)的角度居中。在其他實施例中，其他角度可被使用。

因此，如上所述，各實施例使多個照度分布能夠同時被投射到成像環(huán)境中以不同地照亮成像環(huán)境的不同區(qū)域。每個照明圖案或分布可根據(jù)特定應用的需要而具有任何合適的配置。

例如，圖14-16示出了根據(jù)各實施例的可使用單個衍射元件來被同時投射到照明環(huán)境中的第一—第三照明圖案(例如，“泛光照明圖案”)。

例如，圖14示出了根據(jù)一示例實施例的被透射在照明環(huán)境的中央遠場區(qū)域上的第一照明圖案1402的圖像1400。圖像1400示出了第一照明圖案1402的正視圖(例如，指離圖14的頁面)。第一照明圖案1402中的中央黑色矩形指示相對高強度的光。中央黑色矩形周圍的矩形環(huán)相對較淺，并且指示中等強度的光。第一照明圖案1402中的比中央矩形和相對較淺的矩形環(huán)更深的較大的矩形環(huán)指示低強度的光。圖14中的第一照明圖案1402的正視圖大致對應于上文描述的圖7中的光分布702的截面圖(盡管第一照明圖案1402在其中心具有較平坦的光分布—在圖14中“m”形狀的中心幾乎沒有下降)。第一照明圖案1402可由輸入光線的零分量(相對直地行進通過衍射元件310的光)形成，并因此具有與圖7所示的光分布702類似的分布(盡管具有較小的強度)。

在一實施例中，第一照明圖案1402可被生成并被投射在圖1的圖像環(huán)境106中，以照亮中央遠場區(qū)域。例如，tof相機100可位于房屋中的房間內(nèi)，并且對象104a(第一人)可位于tof相機100的中央光軸上或附近的房間的后部或附近。第一照明圖案1402可被生成并被投射，從而以相對窄的角度范圍(例如，50度寬)照亮中央軸附近的房間的后部。

圖15示出了根據(jù)一示例實施例的被投射在照明環(huán)境的第一外圍近場區(qū)域上的第二照明圖案1502的圖像1500。圖像1500示出了第二照明圖案1502的正視圖(例如，指離圖15的頁面)。第二照明圖案1502的中央光軸在圖像1500的中心點處(指離圖15的頁面)，并因此位于圖15中第二照明圖案1502的右側(cè)。第二照明圖案1502中的中央細長垂直暗區(qū)指示相對高強度的光。環(huán)繞中央暗區(qū)的相對較淺的區(qū)域，在圖15中向左散布，指示中等強度的光。第二照明圖案1502中剩余的暗區(qū)指示相對低強度的光。當?shù)诙彰鲌D案1502與第一照明圖案1402被同時投射時，第二照明圖案1502照亮圖像環(huán)境的左側(cè)。這是因為，在一實施例中，第二照明圖案1502可由輸入光線的負分量(通常由衍射元件310不同程度地向左彎曲的光)形成。

圖16示出了根據(jù)一示例實施例的被投射在照明環(huán)境的第二外圍近場區(qū)域上的第三照明圖案1602的圖像1600。圖像1600示出了第三照明圖案1602的正視圖(例如，指離圖16的頁面)。第三照明圖案1602的中央光軸在圖像1600的中心點處(指離圖16的頁面)，并因此位于圖16中第三照明圖案1602的左側(cè)。第三照明圖案1602中的中央細長垂直暗區(qū)指示相對高強度的光。環(huán)繞中央暗區(qū)的相對較淺的區(qū)域，在圖16中向右散布，指示中等強度的光。第三照明圖案1602中剩余的暗區(qū)指示相對低強度的光。當?shù)谌彰鲌D案1602與第一照明圖案1402被同時投射時，第三照明圖案1602照亮圖像環(huán)境的右側(cè)。這是因為，在一實施例中，第三照明圖案1602可由輸入光線的正分量(通常由衍射元件310不同程度地向右彎曲的光)形成。

在一實施例中，除了照亮中央遠場區(qū)域的第一照明圖案1402之外，第二照明圖案1502可被生成并被投射在圖1的圖像環(huán)境106中，以照亮左側(cè)外圍近場區(qū)域，并且第三照明圖案1602可被生成并被投射在圖像環(huán)境106中，以照亮右側(cè)外圍近場區(qū)域。例如，繼續(xù)上述示例，tof相機100可位于房屋中房間內(nèi)，并且對象104b(第二人)可被定位成相對靠近房間內(nèi)的相機100，但是偏離至tof相機100的中央光軸的左側(cè)或右側(cè)。第二和第三照明圖案1502和1602可(與第一照明圖案1402一起)被生成并被投射，從而以相對較寬的角度范圍(例如，110度寬)照亮房間的近左側(cè)和右側(cè)。

以這種方式，第一照明圖案1402用光覆蓋房間的中央后部，并且第二和第三照明圖案1502和1602用光覆蓋更靠近相機的房間的外圍部分，從而使得房間中各種深度處的對象的圖像能夠被捕獲并被分析。

圖17示出了根據(jù)本公開的一實施例的作為圖14-16的三個照明圖案的組合的照度分布1702的示例截面圖的曲線圖1700。如圖17所示，中央照度分布1704對應于第一照明圖案1402(圖14)，左側(cè)照度分布1706a對應于第二照明圖案1502(圖15)，而右側(cè)照度分布1706b對應于第三照明圖案1602(圖16)。第一—第三照度分布1704、1706a及1706b組合以形成由第一—第三照度分布1704、1706a及1706b限定的總體照度分布1702，其中第一—第三照度分布1704、1706a及1706b在它們重疊的地方被相加(例如，第一和第二照度分布1704和1706a重疊并相加以形成分布部分1708a，并且第一和第三照度分布1704和1706b重疊并相加以形成分布部分1708b)。

因此，照度分布1702作為被同時生成的三個分開的照度分布1704、1706a及1706b的組合被形成。例如，照度分布1702可通過并入將光衍射成三個分量的衍射元件310來被生成，該三個分量對應于三個照度分布1704、1706a和1706b。照度分布1702相比圖7所示的不包括衍射元件的照度分布702而言覆蓋圖像環(huán)境的更寬的區(qū)域。在其他實施例中，照度分布1702可取決于照度分布1704、1706a和1706b的經(jīng)生成的形狀和/或另外或更少數(shù)量的照度分布及它們的各自形狀而具有其他形狀。

因此，各實施例可以以各種方式操作以將照明光投射到圖像環(huán)境中。例如，圖18示出了根據(jù)示例一實施例的提供將照明光投射到圖像環(huán)境中的處理的流程圖1800。圖1-6和圖8-13的系統(tǒng)和裝置可根據(jù)流程圖1800進行操作?；谝韵掠嘘P(guān)流程圖1800的討論，其他結(jié)構(gòu)及操作的實施例對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。

流程圖1800開始于步驟1802。在步驟1802，光被生成。例如，如圖1和圖3所示，光源118可生成相干光306。相干光306是具有任何合適波長的相干光，包括但不限于紅外和可見光波長。

在步驟1804，照明光由被投射到圖像環(huán)境中的經(jīng)生成的光形成。例如，如圖1和圖3所示，光學組件120接收相干光306，并且生成被投射到圖像環(huán)境106中的多光分布照明光108。多光分布照明光108照亮圖像環(huán)境106中的對象(諸如對象104a和104b)，并且來自被照亮對象的反射光可被用來感測對象的深度，并且被用來確定對象的其他特征(例如，形狀、大小等)。光學組件120對相干光306進行處理以生成包括多個照度分布的多光分布照明光108。多個照度分布使得圖像環(huán)境106的多個區(qū)域和/或深度同時接收泛光照明，以至少被用于深度感測等。

在各實施例中，步驟1804可以以各種方式被執(zhí)行。例如，圖19示出了根據(jù)一示例實施例的提供形成包括來自發(fā)散光的多個照明光圖案的照明光的處理的流程圖1900。在一實施例中，流程圖1900可由圖1和圖3的光學組件120來執(zhí)行?；谝韵掠嘘P(guān)流程圖1900的討論，其他結(jié)構(gòu)及操作上的實施例對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見的。

流程圖1900開始于步驟1902。在步驟1802，經(jīng)生成的光的至少一部分被發(fā)散以形成發(fā)散光，該發(fā)散光可由在較遠離該發(fā)散光的光軸的第一區(qū)域中比在以該光軸為中心的第二區(qū)域中更強的光分布來表征。例如，如圖3所示，光整形級302接收相干光306。如上所述，光整形級302被配置成將相干光306整形并散布成發(fā)散光308。例如，光整形級302可包括周期性微透鏡陣列，該周期性微透鏡陣列包括被用來形成照明光分布的非方形微透鏡/單元?？杀话ㄔ诠庹渭?02中以將光整形并散布的結(jié)構(gòu)的其他示例包括經(jīng)粗糙化的表面、全息漫射器或其他光整形器和散布器。在一些實施例中，光整形級302可被用來創(chuàng)建呈“m”形的照明光分布。例如，在一實施例中，發(fā)散光308可被形成以具有在較遠離光軸處比在較接近于發(fā)散光的光軸處更強的截面光分布。在其他實施例中，光整形級302可被配置成將相干光306整形并散布成其他配置以形成發(fā)散光308。

注意到，衍射偽像削減級304任選地存在，并且被配置成削減來自發(fā)散光308的一個或多個衍射偽像的強度以生成照明光312。

在步驟1904，發(fā)散光的至少一部分被轉(zhuǎn)換成待投射到照明環(huán)境中的多個照明光圖案，多個照明光圖案中的每一個被投射到照明環(huán)境的對應區(qū)域。例如，如上所述，衍射元件310可被配置成將照明光312或發(fā)散光308轉(zhuǎn)換成多個照度分布作為多光分布照明光108。例如，圖17示出作為可由衍射元件310生成的多光分布照明光108的示例的照度分布1702。如圖17的示例所示，多光分布照明光108是三個照度分布1704、1706a和1706b的組合。在其他實施例中，衍射元件310可被配置成將照明光312或發(fā)散光308轉(zhuǎn)換成多光分布照明光108中的多個照度分布的其他配置。如圖1所示，多光分布照明光108被投射到圖像環(huán)境106中以照亮對象。

在一些實施例中，上文所描述的方法和過程可以與一個或多個計算設備的計算系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。具體而言，這樣的方法和過程可被實現(xiàn)為計算機應用程序或服務、應用編程接口(api)、庫和/或其他計算機程序產(chǎn)品。

例如，圖1中示出的tof深度相機100的實施例描繪了可執(zhí)行以上描述的方法和過程中的一個或多個的計算系統(tǒng)的非限制實施例的示例。例如，在圖1所示的實施例中，光生成模塊150可包括用于操作照明器102的合適代碼或指令，且深度信息模塊152可包括用于操作圖像傳感器110并解釋檢測器114所檢測到的圖像信息的合適代碼或指令。盡管圖1所示的各模塊結(jié)構(gòu)被例示成tof深度相機100內(nèi)的不同的、獨立的實體，但將領(lǐng)會，由這樣的模塊結(jié)構(gòu)執(zhí)行的功能可被集成和/或分布在整個tof深度相機100和/或與tof深度相機100連接的計算設備上，而不背離本公開的范圍。

以簡化形式示出了計算系統(tǒng)。應該理解，可以使用實際上任何計算機架構(gòu)，而不偏離本發(fā)明的范圍。在不同的實施例中，計算系統(tǒng)可以采取大型計算機、服務器計算機、臺式機、膝上型計算機、平板計算機、可穿戴計算設備、家庭娛樂計算機、網(wǎng)絡計算設備、游戲設備、移動計算設備、移動通信設備(例如，智能電話)、移動車輛(例如，汽車、摩托車、船等)等的形式。

tof深度相機100包括邏輯子系統(tǒng)160和存儲子系統(tǒng)162。tof深度相機100可以任選地包括顯示子系統(tǒng)164、輸入/輸出設備子系統(tǒng)166和/或圖1中未示出的其他組件。

邏輯子系統(tǒng)160包括被配置成執(zhí)行指令的一個或多個物理設備。例如，邏輯子系統(tǒng)160可被配置成執(zhí)行作為一個或多個應用、服務、程序、例程、庫、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或其他邏輯構(gòu)造的一部分的指令?？梢詫崿F(xiàn)這樣的指令為執(zhí)行任務、實現(xiàn)數(shù)據(jù)類型、變換一個或多個組件的狀態(tài)或以其他方式達到期望的結(jié)果。

邏輯子系統(tǒng)160可包括被配置成執(zhí)行軟件指令的一個或多個處理器。附加地或可替代地，邏輯子系統(tǒng)160可以包括被配置為執(zhí)行硬件或固件指令的一個或多個硬件或固件邏輯機器。邏輯子系統(tǒng)160的處理器可以是單核或多核的，而其上執(zhí)行的程序可以被配置為進行串行、并行或分布式處理。邏輯子系統(tǒng)160可以任選地包括分布在兩個或更多設備之間的獨立組件，這些獨立組件可以位于遠程和/或被配置用于進行協(xié)調(diào)處理。邏輯子系統(tǒng)的各方面可以由云計算配置中配置的可遠程訪問的聯(lián)網(wǎng)計算設備來虛擬化和執(zhí)行。

存儲子系統(tǒng)162包括一個或多個物理、非瞬時設備，該一個或多個物理、非瞬時設備被配置為保持邏輯子系統(tǒng)160可執(zhí)行來實現(xiàn)本文中描述的方法和過程的數(shù)據(jù)和/或指令。在實現(xiàn)此類方法和過程時，存儲子系統(tǒng)162的狀態(tài)可以被變換——例如，以保持不同的數(shù)據(jù)。

存儲子系統(tǒng)162可包括可移動介質(zhì)和/或內(nèi)置設備。存儲子系統(tǒng)162可包括光學存儲設備(例如，cd、dvd、hd－dvd、藍光盤等)、半導體存儲器設備(例如，ram、eprom、eeprom等)和/或磁性存儲設備(例如，硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、mram等)等其他物理硬件存儲設備。存儲子系統(tǒng)162可包括易失性、非易失性、動態(tài)、靜態(tài)、讀/寫、只讀、隨機存取、順序存取、位置可尋址、文件可尋址和/或內(nèi)容可尋址物理硬件設備。在某些實施例中，可將邏輯子系統(tǒng)160和存儲子系統(tǒng)162集成到一個或多個單一物理設備中，諸如應用程序?qū)Ｓ玫募呻娐?asic)或片上系統(tǒng)。

術(shù)語“模塊”或“程序”可用于描述被實現(xiàn)為執(zhí)行特定功能的計算系統(tǒng)的一方面。在某些情況下，可以通過執(zhí)行由存儲子系統(tǒng)162所保持的指令的邏輯子系統(tǒng)160來實例化模塊或程序。將領(lǐng)會，可以從同一應用、服務、代碼塊、對象、庫、例程、api、函數(shù)等實例化不同的模塊和/或程序。同樣，可以由不同的應用程序、服務、代碼塊、對象、例程、api、函數(shù)等實例化同一模塊和/或程序。術(shù)語“模塊”和“程序”可涵蓋單個或成組的可執(zhí)行文件、數(shù)據(jù)文件、庫、驅(qū)動程序、腳本、數(shù)據(jù)庫記錄等。

當被包括時，顯示子系統(tǒng)164可被用來呈現(xiàn)由存儲子系統(tǒng)162保持的數(shù)據(jù)的視覺表示。此視覺表示可采取圖形用戶界面(gui)的形式。由于本文所描述的方法和過程改變了由存儲子系統(tǒng)保持的數(shù)據(jù)，并由此變換了存儲子系統(tǒng)的狀態(tài)，因此同樣可以轉(zhuǎn)變顯示子系統(tǒng)164的狀態(tài)以視覺地表示底層數(shù)據(jù)的改變。顯示子系統(tǒng)164可包括使用實質(zhì)上任何類型的技術(shù)的一個或多個顯示設備?？梢詫⒋祟愶@示設備與邏輯子系統(tǒng)160和/或存儲子系統(tǒng)162一起組合在共享封裝中，或者此類顯示設備可以是外圍顯示設備。

當被包括在內(nèi)時，輸出/輸出設備子系統(tǒng)166可被配置成將計算系統(tǒng)與一個或多個其他計算設備可通信地耦合。輸入/輸出設備子系統(tǒng)166可包括與一個或多個不同的通信協(xié)議兼容的有線和/或無線通信設備。作為非限制性示例，輸入/輸出設備子系統(tǒng)166可被配置成用于經(jīng)由無線電話網(wǎng)絡或者有線或無線局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)來進行通信。在一些實施例中，輸入/輸出設備子系統(tǒng)166可允許計算系統(tǒng)經(jīng)由網(wǎng)絡(比如互聯(lián)網(wǎng))向其他設備發(fā)送消息和/或從其他設備接收消息。輸入/輸出設備子系統(tǒng)166還可以任選地包括一個或多個用戶輸入設備(諸如舉例來說鍵盤、鼠標、游戲控制器、相機、話筒和/或觸摸屏)或與其對接。

將會理解，本文描述的配置和/或方式本質(zhì)是示例性的，這些具體實施例或本文示例不應被視為限制性的，因為許多變體是可能的。本文描述的具體例程或方法可以表示任何數(shù)量的處理策略中的一個或多個。如此，所示和/或所述的各種動作可以以所示和/或所述順序、以其他順序、并行地執(zhí)行，或者被省略。同樣，上述過程的次序可以改變。

本公開的主題包括本文公開的各種過程、系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能、動作和/或性質(zhì)的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，以及其任何和所有等同物。

iv.示例實施例

在一個實施例中，飛行時間深度相機包括：被配置成生成相干光的光源；被定位成接收所述相干光的至少一部分的第一光學級，所述第一光學級被配置成將所述相干光的至少一部分發(fā)散以形成發(fā)散光，所述發(fā)散光通過在以所述發(fā)散光的光軸為中心的第一區(qū)域中比在至少部分地環(huán)繞所述第一區(qū)域的第二區(qū)域中強度更小的光分布來表征；被定位成接收所述發(fā)散光的至少一部分的衍射元件，所述衍射元件被配置成將所述發(fā)散光的至少一部分轉(zhuǎn)換成待投射到照明環(huán)境中的多個照明光圖案，所述多個照明光圖案中的每一個被投射到所述照明環(huán)境的對應區(qū)域；以及圖像傳感器，所述圖像傳感器被配置成檢測從所述照明環(huán)境反射的返回照明光的至少一部分。

在一實施例中，所述第一光學級包括微透鏡陣列(mla)，所述微透鏡陣列包括相對的第一和第二表面，所述第一表面包括非球面透鏡陣列。

在一實施例中，所述多個照明圖案包括待投射到所述照明環(huán)境的中央遠場區(qū)域的第一照明圖案、待投射到所述照明環(huán)境的第一外圍近場區(qū)域的第二照明圖案，以及待投射到所述照明環(huán)境的第二外圍近場區(qū)域的第三照明圖案。

在一實施例中，所述衍射元件包括：具有相對的第一和第二表面的主體；以及在主體的第一表面處的重復的棱鏡圖案。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均具有角錐狀截面形狀。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均為階梯圖案。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均為角錐狀階梯圖案。

在另一實施例中，一種光學組件包括：被定位成接收來自光源的相干光的第一光學級，所述第一光學級被配置成將所述相干光發(fā)散以形成發(fā)散光，所述發(fā)散光通過在以所述發(fā)散光的光軸為中心的第一區(qū)域中比在至少部分地環(huán)繞所述第一區(qū)域的第二區(qū)域中強度更小的光分布來表征；被定位成接收所述發(fā)散光的至少一部分的衍射元件，所述衍射元件被配置成將所述發(fā)散光的至少一部分轉(zhuǎn)換成待投射到照明環(huán)境中的多個照明光圖案，所述多個照明光圖案中的每一個被投射到所述照明環(huán)境的對應區(qū)域。

在一實施例中，所述第一光學級包括微透鏡陣列(mla)，所述微透鏡陣列包括相對的第一和第二表面，所述第一表面包括非球面透鏡陣列。

在一實施例中，所述多個照明圖案包括待投射到所述照明環(huán)境的中央遠場區(qū)域的第一照明圖案、待投射到所述照明環(huán)境的第一外圍近場區(qū)域的第二照明圖案，以及待投射到所述照明環(huán)境的第二外圍近場區(qū)域的第三照明圖案。

在一實施例中，所述衍射元件包括：具有相對的第一和第二表面的主體；以及在主體的第一表面處的重復的棱鏡圖案。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均具有角錐狀截面形狀。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均為階梯圖案。

在一實施例中，所述重復的棱鏡圖案中的每個棱鏡圖案均為角錐狀階梯圖案。

在另一實施例中，提供了一種將照明光投射到圖像環(huán)境中的方法。所述方法包括：生成光；以及從所述經(jīng)生成的光中形成待投射到圖像環(huán)境中的照明光，所述照明光通過以下步驟形成：將所述經(jīng)生成的光的至少一部分發(fā)散以形成發(fā)散光，所述發(fā)散光的特征在于在以所述發(fā)散光的光軸為中心的第一區(qū)域中比在至少部分地環(huán)繞所述第一區(qū)域的第二區(qū)域中的強度更小的光分布，以及將所述發(fā)散光的至少一部分轉(zhuǎn)換成待投射到所述照明環(huán)境中的多個照明光圖案，所述多個照明光圖案中的每一個被投射到所述照明環(huán)境的對應區(qū)域。

在一實施例中，所述多個照明圖案包括待投射到所述照明環(huán)境的中央遠場區(qū)域的第一照明圖案、待投射到所述照明環(huán)境的第一外圍近場區(qū)域的第二照明圖案，以及待投射到所述照明環(huán)境的第二外圍近場區(qū)域的第三照明圖案。

在一實施例中，所述轉(zhuǎn)換包括：將所述發(fā)散光的至少一部分引導通過主體，所述主體具有在所述主體的表面處的重復的棱鏡圖案。

在一實施例中，所述引導包括：將所述發(fā)散光的至少一部分引導通過所述主體，所述主體具有多個重復的角錐狀截面形狀作為所述主體表面處的重復的棱鏡圖案。

在一實施例中，所述引導包括：將所述發(fā)散光的至少一部分引導通過所述主體，所述主體具有多個重復的階梯形狀作為所述主體表面處的重復的棱鏡圖案。

在一實施例中，所述引導包括：將所述發(fā)散光的至少一部分引導通過所述主體，所述主體具有多個重復的角錐狀階梯形狀作為所述主體表面處的重復的棱鏡圖案。

v.結(jié)語

盡管上文描述了本公開的各實施例，但是，應該理解，它們只是作為示例來呈現(xiàn)的，而不作為限制。那些精通有關(guān)技術(shù)的人員將理解，在不偏離如所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)方面進行各種修改。因此，本發(fā)明的范圍不應該受到上述示例性實施例的任一個的限制，而只應根據(jù)下面的權(quán)利要求和它們的等效內(nèi)容進行定義。