發(fā)射結構化光的照射模塊的制作方法
【專利說明】發(fā)射結構化光的照射模塊
[0001 ] 背景
[0002]深度相機可獲得包括關于人類或其它對象在物理空間中的位置的信息的深度圖像。深度圖像可被計算系統(tǒng)中的應用用于各種各樣的應用?？梢杂性S多應用，例如用于軍事、娛樂、體育和醫(yī)學目的。例如，包括關于人的信息的深度圖像可被映射到三維(3-D)人類骨架模型，并被用于創(chuàng)建動畫化的人物或化身。
[0003]為了獲得深度圖像，深度相機通常將紅外(IR)光投射到相機的視野中的一個或多個對象上，視野也可被稱為捕捉區(qū)域。IR光從對象反射開并回到相機，在相機處入射到相機的圖像像素檢測器陣列上，并被處理以確定深度圖像。
[0004]—些深度相機利用結構化光來照射捕捉區(qū)域。這種深度相機可利用準直激光二極管和衍射光元件(DOE)來產生結構化光。然而，取決于要照射的區(qū)域，準直光激光二極管可能不提供足夠量的光。此外，對于這種配置而言限制指向容限可能很困難。
[0005]概述
[0006]本文公開的某些實施例涉及包括照射模塊和圖像檢測器模塊的深度相機。照射模塊輸出照射捕捉區(qū)域的結構化光。圖像檢測器模塊捕捉從捕捉區(qū)域內的一個或多個對象反射的結構化光的圖像。深度相機系統(tǒng)的一個或多個處理器或與深度相機系統(tǒng)相關聯(lián)的一個或多個處理器取決于圖像捕捉模塊所捕捉的圖像產生深度圖像，并使用深度圖像來更新應用。本文描述的某些實施例關注輸出結構化光的照射模塊的某些細節(jié)，下面概述了其中一些實施例。
[0007]根據一實施例，照射模塊包括VCSEL陣列和投影光學器件。VCSEL陣列包括多個垂直腔面發(fā)光激光器(VCSEL)，每個VCSEL發(fā)射獨立的光束，且共同發(fā)射一光圖案。投影光學器件接收VCSEL陣列中的VCSEL所發(fā)射的光圖案并投影光圖案。投影光學器件可包括場鏡和物鏡。場鏡接收VCSEL陣列中的VCSEL所發(fā)射的光束并匯聚光束。物鏡接收來自場鏡的經匯聚光束并發(fā)散光束以產生投影光學器件所投影的光圖案。投影光學器件所投影的光圖案包括多個特征，諸如斑點或點，但不限于此。照射模塊輸出的結構化光是至少部分基于投影光學器件所投影的光圖案創(chuàng)建的。這意味著投影光學器件所投影的光圖案可以是由照射模塊輸出的結構化光，或替換地，投影光學器件所投影的光圖案可被提供至在所述投影光學器件的光學下游的一個或多個光學元件(諸如DOE或分光器)，其中最下游的光學元件(例如DOE或分光器)是照射模塊輸出的結構化光。根據某些實施例，照射模塊還包括在所述投影光學器件的光學下游的光學元件，該光學元件引起照射模塊輸出的結構化光中包括的特征的總數大于投影光學器件投影的光圖案中包括的特征的數量。例如，照射模塊可包括衍射光學元件(DOE)，該DOE被配置成引起照射模塊輸出的結構化光中包括的特征的總數是投影光學器件投影的光圖案中包括的特征的數量的整數倍。替換地，照射模塊可包括分光器，該分光器將投影光學器件投影的光圖案中包括的特征的數量加倍。
[0008]根據一實施例，照射模塊包括VCSEL陣列和微透鏡陣列(MLA)，VCSEL陣列包括具有第一節(jié)距的多個VCSEL，MLA具有相對于VCSEL的陣列的第一節(jié)距偏移的第二節(jié)距，這引起MLA從VCSEL陣列接收的光束匯聚。此外，照射模塊包括從MLA接收經匯聚光束并輸出照射捕捉區(qū)域的結構化光的DOE。更具體而言，MLA的節(jié)距可小于VCSEL陣列的節(jié)距，且MLA可引起光束(MLA從VCSEL陣列接收的光束)匯聚到DOE所在的單一瞳孔ILA輸出的光圖案包括多個特征。根據一實施例，DOE可引起照射模塊輸出的結構化光中包括的特征的總數為MLA輸出的光圖案中包括的特征數量的整數倍。
[0009]根據一實施例，VCSEL陣列在包括第一對齊元件的半導體基板上形成，且MLA包括被配置成與第一對齊元件對齊的第二對齊元件。這些對齊元件可被用來使得在照射模塊的制造期間照射模塊的各組件能夠更容易且精確地彼此對齊。
[0010]根據一實施例，照射模塊包括VCSEL陣列以及第一和第二D0E。第一DOE準直VCSEL陣列的多個VCSEL中的每個VCSEL輸出的每個光束。第二DOE接收第一DOE產生的經準直光束并輸出結構化光。根據一實施例，第二 DOE可引起照射模塊輸出的結構化光中包括的特征的總數為第一 DOE輸出的光圖案中包括的特征數量的整數倍。
[0011]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。本概述并非旨在標識出要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，亦非旨在用作輔助確定要求保護的主題的范圍。而且，所要求保護的主題不限于解決該公開的任一部分中所注的任何或全部缺點的實現(xiàn)方式。
[0012]附圖簡述
[0013]圖1A和IB示出了具有正在玩游戲的用戶的跟蹤系統(tǒng)的示例實施例。
[0014]圖2A示出可被用作跟蹤系統(tǒng)一部分的捕捉設備的示例實施例。
[0015]圖2B示出了可以作為圖2A的捕捉設備的一部分的深度相機的示例性實施例。
[0016]圖3示出可被用來跟蹤用戶行為并基于用戶行為來更新應用的計算系統(tǒng)的示例實施例。
[0017]圖4示出可被用來跟蹤用戶行為并基于所跟蹤的用戶行為來更新應用的計算系統(tǒng)的另一不例實施例。
[0018]圖5示出了示例性深度圖像。
[0019]圖6描繪了示例性深度圖像中的示例性數據。
[0020]圖7A示出根據一實施例的在深度圖像相機中使用的照射模塊的側視圖。
[0021]圖7B示出根據另一實施例的在深度圖像相機中使用的照射模塊的側視圖。
[0022]圖7C示出根據又一實施例的在深度圖像相機中使用的照射模塊的側視圖。
[0023]圖8示出根據一實施例的在深度圖像相機中使用的照射模塊的側視圖。
[0024]圖9示出根據另一實施例的在深度圖像相機中使用的照射模塊的側視圖。
[0025]圖1OA和1B分別示出根據一實施例的照射模塊的側視圖和反透視圖，該照射模塊具有包括對齊元件的組件，對齊元件使得照射模塊的各組件能夠容易且精確地彼此對齊。
[0026]詳細描述
[0027]本文公開的本技術的某些實施例涉及包括照射模塊和圖像檢測器模塊的深度相機，其中照射模塊輸出照射捕捉區(qū)域的結構化光，且圖像檢測器模塊捕捉從捕捉區(qū)域內的一個或多個對象反射的結構化光的圖像。然而，在提供本技術的這樣的實施例的附加細節(jié)之前，將首先描述可與本技術一起使用的實施例的較大系統(tǒng)的示例性細節(jié)。
[0028]圖1A和IB示出了其中用戶118在玩拳擊視頻游戲的跟蹤系統(tǒng)100的示例實施例。在一示例實施例中，跟蹤系統(tǒng)100可被用于識別、分析和/或跟蹤人類目標，如跟蹤系統(tǒng)100范圍內的用戶118或其他對象。如圖1A所示，跟蹤系統(tǒng)10包括計算系統(tǒng)112和捕捉設備120。如下面更詳細地描述的，捕捉設備120可被用來獲得深度圖像和彩色圖像(也被稱為RGB圖像)，所述圖像可被計算系統(tǒng)112用來標識一個或多個用戶或其他對象，以及跟蹤運動和/或其他用戶行為。所跟蹤的運動和/或其它用戶行為可被用來更新應用。因此，用戶可以通過使用用戶身體和/或用戶周圍的對象的移動而非(或作為補充)使用控制器、遙控器、鍵盤、鼠標等來操縱游戲人物或應用的其他方面。例如，視頻游戲系統(tǒng)可基于對象的新位置來更新在視頻游戲中顯示的圖像的位置或基于用戶的運動來更新化身。
[0029]計算系統(tǒng)112可以是計算機、游戲系統(tǒng)或控制臺等。根據一示例實施例，計算系統(tǒng)112可包括硬件組件和/或軟件組件，從而計算系統(tǒng)112可被用于執(zhí)行例如游戲應用、非游戲應用等的應用。在一個實施例中，計算系統(tǒng)112可包括可執(zhí)行存儲在處理器可讀存儲設備上的用于執(zhí)行此處描述的過程的指令的處理器，如標準化處理器、專用處理器、微處理器等。
[0030]捕捉設備120可以包括，例如可用于在視覺上監(jiān)視諸如用戶118等一個或多個用戶，從而可以捕捉、分析并跟蹤一個或多個用戶所執(zhí)行的姿勢和/或移動，來執(zhí)行應用中的一個或多個控制命令或動作和/或動畫化化身或屏上人物的相機，下面將更詳細地描述。
[0031]根據一個實施例，跟蹤系統(tǒng)100可連接至可向諸如用戶118之類的用戶提供游戲或應用視覺和/或音頻的視聽設備116，諸如電視機、監(jiān)視器、高清電視機(HDTV)等。例如，計算系統(tǒng)112可包括諸如圖形卡等視頻適配器和/或諸如聲卡等音頻適配器，這些適配器可提供與游戲應用、非游戲應用等相關聯(lián)的視聽信號。視聽設備116可從計算系統(tǒng)112接收視聽信號，然后可向用戶118輸出與視聽信號相關聯(lián)的游戲或應用畫面和/或音頻。根據一個實施例，視聽設備16可經由例如，S -視頻電纜、同軸電纜、HDMI電纜、D VI電纜、VG A電纜、分量視頻電纜等連接至計算系統(tǒng)112。
[0032]如圖1A和IB中所示，跟蹤系統(tǒng)100可用于識別、分析和/或跟蹤諸如用戶118之類的人類目標。例如，可使用捕捉設備120來跟蹤用戶118，從而可以捕捉用戶118的姿勢和/或移動來動畫化化身或屏幕上人物，和/或可將用戶的姿勢和/或移動解釋為可用于影響計算系統(tǒng)112所正在執(zhí)行的應用的控制命令。因此，根據一個實施例，用戶118可移動他或她的身體來控制應用和/或動畫化化身或屏幕上人物。
[0033]在圖1A和IB中描繪的示例中，在計算系統(tǒng)112上執(zhí)行的應用可以是用戶118正在玩的拳擊游戲。例如，計算系統(tǒng)112可使用視聽設備116來向用戶118提供拳擊對手138的視覺表示。計算系統(tǒng)112還可使用視聽設備116來提供用戶118可通過他的或她的移動來控制的玩家化身140的視覺表示。例如，如圖1B所示，用戶118可以在物理空間中揮拳以致使玩家化身140在游戲空間中揮拳。因此，根據一示例實施例，計算機系統(tǒng)112和捕捉設備120識別并分析物理空間中用戶118的重拳從而使得該重拳可被解釋為對游戲空間中的玩家化身140的游戲控制和/或該重拳的運動可用于動畫化游戲空間中的玩家化身140。
[0034]用戶118的其他移動也可被解釋為其他控制命令或動作，和/或用于動畫化玩家化身，如上下快速擺動、閃避、滑步、封堵、用拳猛擊或揮動各種不同的有力重拳的控制命令。此外，某些移動可被解釋為可對應于除控制玩家化身140之外的動