的一半。
[0036] 在該示例中，可W看到，投影圖案164的2/3包括密集圖案，而在兩個垂直端，圖案 是稀疏的，因為它沒有重疊。在該簡化示例中，稀疏圖案占據(jù)相對大的圖案部分，因為示例 具有少數(shù)復本。在實際生活的投影儀中，復本的數(shù)量更大，因此總視野（F0V)中稀疏圖案的 部分更小。使用準隨機布局，難W證明重疊效果W及增加密度相對于擴大重疊的潛能，因為 運與圖案設計非常相關。因此，下面的示例參考使用網(wǎng)格圖案。
[0037]在圖3的示例中，從VCS化網(wǎng)格陣列中產(chǎn)生的圖案158具有最小距離為d的45° 規(guī)則網(wǎng)格。F0DOE144執(zhí)行3X5復制，具有如圖2中相同的水平和垂直周期。在作為結 果的合成圖案164的中間，每單位面積的點數(shù)加倍，并且點之間的距離是d/爲。
[003引在圖2和3中，相鄰復本之間的重疊比是50%。但是，公開的技術并不局限于50%重疊，并且可W任何其他適當?shù)模ǖ湫偷馗蟮模┲丿B比使用。
[0039]在圖4中，從VCSEL陣列中產(chǎn)生的圖案158具有最小可用距離為d的六邊形網(wǎng)格 布局。F0DOE144執(zhí)行3X9復制，水平F0周期與基線圖案的寬度相同且垂直F0周期等于 圖案高度的1/3。在該星座圖中，重疊比是66. 67%。結果，作為結果的合成圖案164的中 必具有每單位面積多=倍的點，并且點之間的距離是讀茲1。
[0040]在上面圖2-4的示例中，F(xiàn)0DOE產(chǎn)生僅在一維（垂直維度）上重疊的復本。圖5 例示根據(jù)本實用新型的一種實施方案，在兩個維度上引入重疊的可能性。在圖5的示例中， 基線圖案158具有最小距離d的方格布局。F0DOE144執(zhí)行5X5復制，水平F0周期和垂 直F0周期都等于幾何圖案角度的一半。在該結構中，重疊比沿著每個軸都是50%。作為結 果的合成圖案是每單位面積四倍多點且距離為d/2的方格。
[0041]圖2-4的方案僅僅作為示例描述。在可供選擇的實施方案中，投影儀30可W使用 任何其他適當?shù)腣CS化陣列布局，W及任何其他適當?shù)腇0結構來實現(xiàn)。
[0042] 合成圖案密度的動態(tài)控制
[0043] 在一些場景下，期望對于合成圖案中點的密度具有動態(tài)控制。在一些實施方案中， 投影儀30能夠通過將VCS化陣列分成段，并且選擇性地激活或禁止每個段來增加和減小點 醬度。
[0044] 圖6是根據(jù)本實用新型的一種實施方案的例示投影圖案密度的動態(tài)控制的圖。圖 的左手邊顯示產(chǎn)生上面圖2的圖案的VCSEL陣列120。但是，在該示例中，VCS化陣列被分 成兩個段，表示為A和B。兩個段由陣列中間的水平凹槽彼此隔離。
[0045] 投影儀30包括控制電路（圖中沒有顯示），用于例如通過單獨地應用或切斷到每 個段的電源供給，來單獨地驅動每個段的VCSEL。運樣，控制電路可W僅驅動段A(在該情況 下，段A的VCS化發(fā)光而段B的VCS化是暗的），僅驅動段B(在該情況下，段B的VCS化發(fā) 光而段A的VCS化是暗的），或者驅動兩個段（也就是，兩個段的VCS化都發(fā)光）。
[0046] 圖6的右手邊顯示如對于圖2所描述的，使用F0DOE通過復制產(chǎn)生的作為結果的 圖案（僅顯示中屯、圖案的區(qū)域）。因為F0周期是圖案寬度的一半，它與通過僅操作陣列的 一半而產(chǎn)生的圖案的寬度相同。因此，復制匹配陣列的一半（圖塊之間沒有間隙也沒有重 疊）。顯示分別對應于上述Ξ種模式（表示為"AVB"和"A+B")的Ξ個圖案170A. . . 170C。 如圖中可W看到的，點密度從一種模式到另一種模式而有所不同。因為VCSEL陣列的每個 部分（A或B)的2-D圖案配置具有不同的密度，圖170A、170B、170C中所示的投影圖案分別 是稀疏的、中等的和密集的。
[0047]圖6中所示VCSH^到段的劃分是示例劃分，其僅僅為了概念清晰而描述。在作為選 擇的實施方案中，VCS化可W任何期望的方式被分成任何適當數(shù)量的段。例如，在兩個軸上 為50%重疊設計的陣列可W被分成四個象限。不同的段不需要一定包括相同數(shù)量的VCSEL 或具有類似的形狀。
[0048]當使用重疊點圖案復本時減少深度估計的模糊度
[0049] 如上所述，在一些實施方案中，由投影儀30投影的合成圖案用于計算圖案被投影 于其上的景物或物體的3-D映像（"深度映像")。深度可W從投影圖案的捕捉圖像來估計， 通過在捕捉圖像的每個點相對于已知的參考，測量圖案的局部橫向位移。每個點的深度坐 標可W基于圖案的局部橫向位移由Ξ角測量計算。橫向位移典型地沿著某個核線估計。
[0050] 但是，在上述實施方案中，合成圖案由某個基線圖案的多個位移復本構成。結果， "圖塊"圖案W與F0周期相同的圖塊周期跨越F0V而復制。雖然合成圖塊圖案自身內部設 計為不相關，但是整個圖塊將與相鄰圖塊高度相關。結果，橫向位移不再是單一的，并且模 糊度將在解中產(chǎn)生。在運種情況下，作為結果的深度估計將是錯誤的。如果必需的掃描范 圍在照相機與投影儀之間的核線方向上引起與合成圖案中相鄰復本之間的偏移相同數(shù)量 級或大于它的橫向位移，運種模糊度可能發(fā)生。
[0051] 假設，不失一般性，核線（橫向位移在其上測量）是圖的水平軸。當僅使用垂直重 疊時（例如圖2-4中），模糊距離（ambiguityrange)由與基線圖案寬度相同的F0水平周 期定義。當垂直和水平重疊都使用時（例如圖5中），模糊距離是基線圖案寬度的一半。通 過擴大VCSEL陣列減小該模糊原則上是可能的，因為清晰的角度由VCS化陣列120的尺寸 和透鏡146的焦距定義。但是，運種解決方案對于VCS化陣列代價很高，增加光學器件的復 雜度，且不總是可行的。
[0052] 在一些實施方案中，設計F0DOE144解決上述模糊度。代替具有F0衍射級化， 卿，DOE144可W被設計成具有F0衍射級化，k'卿，其中k= 2, 3,...。該F0具有交錯設 計：每列仍然包括僅Ny級，但是它相對于相鄰列橫向偏移一級。運種設計產(chǎn)生平鋪的合成 圖案，其中圖塊的每列相對于復本的相鄰列w等于圖塊高度（垂直軸）的一小部分的偏移 量橫向偏移（沿著垂直軸）。作為復本之間該偏移的結果，清晰的深度測量的范圍有效地增 加了k因子。
[0053] 圖7和8是根據(jù)本實用新型的實施方案，顯示具有減少模糊度的F0設計的示例的 圖。在兩個圖中，十字標記活動F0級的位置。F0都配置為9X9級（同時剩余級為零），用 于產(chǎn)生基線圖案的9X9復制。十字也代表基線圖案的復本的中屯、。
[0054] 在圖7中，k= 2,意味著兩個級代表圖塊沿著垂直軸的角度尺寸（50%重疊的基 線圖案是F0周期的四倍）。該示例中相鄰復本之間的橫向偏移量是一個F0級，其是圖塊間 垂直偏移量的一半。如圖中可W看到的，水平軸上的重復周期現(xiàn)在是兩個水平F0級。在圖 8中，k= 3,意味著Ξ個級代表圖塊沿著垂直軸的角度尺寸（50%重疊的基線圖案是F0周 期的六倍）。在該示例中，相鄰復本之間的橫向偏移量是一個F0級，其是圖塊之間垂直偏移 量的1/3。如圖中可W看到的，水平軸上的重復周期現(xiàn)在是Ξ個水平F0級。
[00巧]圖7和8中顯示的交錯F0設計是通過設計將不需要的F0級抑制為零的設計示例。 運些示例僅僅為了概念清晰而描述。在作為選擇的實施方案中，F(xiàn)0可W包括W任何期望的 方式具有任何交錯數(shù)量的任何級數(shù)。
[0056]因此應當理解，上述實施方案作為示例而引用，并且本實用新型并不局限于在上 文特別顯示和描述的內容。當然，本實用新型的范圍包括在上文描述的各種特征的組合和 子組合，W及當閱讀前述描述時本領域技術人員將想到的并且在當前技術領域中沒有公開 的變化和修改。本專利申請中包含作為參考的文獻將認為是申請的完整部分，除了任何術 語W與本說明書中明確或含蓄進行的定義沖突的方式在運些包含的文獻中定義的程度之 夕F，應當僅考慮本說明書中的定義。
【主權項】
1. 一種光電器件，其特征在于，所述光電器件包括： 半導體襯底； 以二維圖案在襯底上排列的光學發(fā)射器陣列； 投影透鏡，所述投影透鏡安裝在半導體襯底上并且被配置以收集并聚焦由光學發(fā)射器 發(fā)出的光，以便在襯底上投影包含與光學發(fā)射器的二維圖案相對應的光圖案的光束；以及 衍射光學元件，所述衍射光學元件安裝在襯底上并且被配置以產(chǎn)生并投影圖案的多個 重疊復本。2. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述圖案具有給定間距，并且其中所 述多個重疊復本具有比給定間距更精細的組合間距。3. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光學發(fā)射器包括垂直腔面發(fā)射 激光器器件。4. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述衍射光學元件被配置以產(chǎn)生所 述多個復本以便在一維上重疊。5. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述衍射光學元件被配置以產(chǎn)生所 述多個復本以便在二維上重疊。6. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光學發(fā)射器的二維圖案不位于 規(guī)則格子上。7. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光學發(fā)射器的二維圖案是不相 關圖案。8. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光學發(fā)射器的二維圖案是規(guī)則 網(wǎng)格圖案。9. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述投影透鏡和所述衍射光學元件 形成在單個光學襯底上。10. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述光學發(fā)射器的二維圖案被分成 可單獨尋址的兩個或更多個子集，并且所述光電器件包括控制電路，所述控制電路被配置 以尋址所述子集的一個或多個的組合以便控制重疊復本用于產(chǎn)生多個不同的圖案密度。11. 根據(jù)權利要求1所述的光電器件，其特征在于，所述衍射光學元件被配置以在投影 光束的相鄰列中的復制之間產(chǎn)生橫向偏移，以便減少基于測量投影光束中沿著列的橫向位 移的深度估計的模糊度。
【專利摘要】本申請涉及光電器件。一種光電器件，包括：半導體襯底，以二維圖案在襯底上排列的光學發(fā)射器陣列，投影透鏡以及衍射光學元件。所述投影透鏡安裝在半導體襯底上并且配置以收集并聚焦由光學發(fā)射器發(fā)出的光，以便投影包含與襯底上的光學發(fā)射器的二維圖案相對應的光圖案的光束。所述衍射光學元件安裝在襯底上并且配置以產(chǎn)生并投影圖案的多個重疊復本。本公開的一個實施例解決的一個問題是提供具有改進圖案密度的光學投影儀。根據(jù)本公開的一個實施例的一個用途是通過產(chǎn)生彼此重疊的圖案的多個復本，提供了能夠實現(xiàn)更精細的間距，也就是高圖案密度的投影儀。
【IPC分類】G06K9/20, G01B11/25, G06K9/00
【公開號】CN205002744
【申請?zhí)枴緾N201520530633
【發(fā)明人】Z·莫爾, B·莫根斯泰因
【申請人】蘋果公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年7月21日
【公告號】CN105319811A, US20160025993, WO2016018550A1