[发明专利]结构光的投影机

说明书

技术领域

本发明大体上涉及光学设备和光电设备，且尤其涉及用于图案的投影的设备。

背景技术

紧凑的光学投影机被用在各种应用中。例如，这样的投影机可用于为了三维（3D）映射（也称为深度映射）的目的将编码光或结构光的图案投射到物体上。在这方面，美国专利申请公布2008/0240502，其公开通过引用被并入本文，描述了一种照明组件，其中，光源，例如激光二极管或LED，使用光辐射透照透明物体，以便将图案投影到物体上。（在本说明书中和在权利要求书中所使用的术语“光的”和“光”通常是指可见光、红外线和紫外线辐射中的任何和全部。）图像捕捉组件捕捉被投影到物体上的图案的图像，并且处理器处理该图像，以便重建该物体的3D图。

PCT国际公布WO2008/120217，其公开通过引用被并入本文，描述了在上面提到的美国专利申请公布2008/0240502中示出的种类的照明组件的另外的方面。在一种实施方式中，透明物体包括布置在非均匀图案中的微透镜的阵列。该微透镜产生焦点的相应的图案，该图案被投影到物体上。

在一些应用中，光学投影机通过一个或多个衍射光学元件（DOE）投影光。例如，美国专利申请公布2009/0185274，其公开通过引用被并入本文，描述了用于投影图案的装置，该装置包括被一起配置成衍射输入束以便至少部分地覆盖一表面的两个DOE。DOE的组合减少了零阶（非衍射）束中的能量。在一种实施方式中，第一DOE产生多个束的图案，且第二DOE作为图案发生器以在所述束的每一个上形成衍射图案。类似种类的布置在美国专利申请公布2010/0284082中被描述，该专利申请的公开也通过引用被并入本文。

作为另一个例子，美国专利申请公布2011/0188054，其公开通过引用被并入本文，描述了在单一的集成封装中包括光电部件和光学元件的光子模块。在一种实施方式中，集成的光子学模块（IPM）包括以光电元件的二维矩阵的形式的辐射源，该辐射源被布置在基板上并在垂直于该基板的方向上发出辐射。这样的IPM通常包括多个平行的行的发射器，例如发光二极管（LED）或垂直腔面发射激光（VCSEL）二极管，这在X-Y平面中形成了栅格。来自发射器的辐射被引导到光学模块中，光学模块包括合适的图案化的元件和投影透镜，投影透镜将所得到的图案投影到场景上。

发明内容

在下文中被描述的本发明的实施方式提供了用于图案化的光的投影的改进的设备及方法。

因此，根据本发明的一种实施方式，提供了一种光电设备，其包括半导体基板和发光元件的单片阵列，所述发光元件以不规则晶格的二维图案被布置在所述基板上。

在所公开的实施方式中，发光元件包括垂直腔面发射激光（VCSEL）二极管。

在一些实施方式中，发光元件的二维图案是不相关图案。

在一种实施方式中，发光元件包括第一和第二组发光元件，其中，所述第一和第二组按相应的第一和第二图案被交错布置在基板上，并且其中所述设备包括第一和第二导体，第一和第二导体被分别连接以分开驱动第一和第二组发光元件，使得所述设备可选择地按第一和第二图案中的一个或两个发射光。所述设备还可包括投影光学器件和成像设备，投影光学器件被配置为将由发光元件发射的光投影到物体上，成像设备被配置成在当只有第一组发光元件被驱动以发射光从而将低分辨率图案投影到物体上时以低分辨率模式捕捉物体的图像，并且被配置成在当第一和第二组发光元件两者都被驱动以发射光从而将高分辨率图案投影到物体时以高分辨率模式捕捉物体的图像。

在一些实施方式中，所述设备包括投影透镜，投影透镜被安装在半导体基板上并被配置为采集并聚焦由发光元件发射的光，以便投影含有与基板上的发光元件的二维图案对应的光图案的光束。所述设备还可包括衍射光学元件（DOE），所述DOE被安装在基板上并被配置为通过产生图案的多个彼此相邻的复制品来扩展所投影的光束。投影透镜和DOE可形成在单一光学基板的相对侧上。

可选地，所述设备包括单一的衍射光学元件（DOE），DOE被安装在半导体基板上并被配置为采集和聚焦由发光元件发射的光，以便投影含有与基板上的发光元件的二维图案对应的光图案的光束，同时通过产生该图案的多个彼此相邻的复制品来扩展所投影的光束。