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CN109791201A - 具有空间光调制的投影仪 - Google Patents

具有空间光调制的投影仪 Download PDF

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CN109791201A CN201780060530.7A CN201780060530A CN109791201A CN 109791201 A CN109791201 A CN 109791201A CN 201780060530 A CN201780060530 A CN 201780060530A CN 109791201 A CN109791201 A CN 109791201A
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Abstract

公开了一种基于飞行时间的深度检测系统，其包括被配置为顺序地发射多个互补照明图案的投影仪。深度检测系统的传感器被配置为捕获从传感器的视场内的对象反射离开的来自照明图案的光。传感器捕获的数据能够用于滤除由在返回到传感器之前从多个表面反射离开的光所引起的错误读数。

Description

具有空间光调制的投影仪
背景技术
存在用于距离成像的许多技术，其在多个不同应用中非常有用。一种特定类型的距离成像可以使用飞行时间相机来执行。飞行时间相机可以测量光脉冲行进至传感器视场中的对象并从传感器视场中的对象行进所花费的时间，以确定传感器与传感器视场中的对象之间的距离。遗憾的是，深度检测系统发出的光可能不总是直接传播到传感器视场内的对象并返回传感器。如果光在从对象反射离开之前从另一对象反弹离开，则光返回传感器所花费的时间增加，从而增加了反射光脉冲的测量飞行时间。较长飞行时间的测量可以导致深度检测系统错误地增加传感器和对象之间的测量距离。因此，需要一种解决该错误的方式。
发明内容
本公开描述了一种飞行时间相机，其被配置为滤除从多个表面反弹离开的光脉冲而产生的错误读数。
本公开涉及改进深度检测系统的性能的方式。深度检测系统可以被配置为将互补的照明图案顺序地发射在由深度检测系统的成像传感器监控的区域上。成像传感器可以用作为飞行时间传感器发挥作用，以通过测量形成照明图案的光从对象反射离开并返回到成像传感器所花费的时间，来确定深度检测系统与区域内的对象之间的距离。在成像传感器处接收的一些光可以是在到达成像传感器之前从其他表面反弹离开的间接光。这在房间角落中尤其成问题，其中更多间接光可能返回到成像传感器。反射增加了光返回到成像传感器所花费的时间量，从而降低了传感器数据的准确性。深度检测系统通过在第一照明图案有效(active)时，识别从落在第一照明图案外部的由成像传感器进行监控的区域的部分反射离开的光，能够从考虑中滤除一些这样的间接光。然后，当第二照明图案有效时，可以从考虑中减去该识别的光。类似地，可以从第一照明图案中减去当第二照明图案有效时落在第二照明图案外部的光。以这种方式，可以获得更准确的深度检测信息。
发射互补照明图案的光源可以安装到公共基板上，以防止光源相互不对准。公共基板还可以有助于减少会导致光源失去对准的任何热效应。
公开了一种深度检测系统，其至少包括：投影系统，该投影系统包括：具有刚性基板的投影仪外壳、第一光源和第二光源，第一光源被配置为发射光以通过第一多个光成形部件，该第一光源安装到刚性基板，第二光源被配置为发射光以通过第二多个光成形部件，该第二光源与第一光源相邻地安装到刚性基板；成像传感器，该成像传感器邻近投影系统并且被配置为接收由第一和第二光源发射的在从成像传感器的视场内的对象反射离开之后的光；处理器，其被配置为通过测量由第一和第二光源发射的光从传感器视场内的对象反射离开并且返回到成像传感器的时间量，来计算深度检测系统与传感器视场内的对象之间的距离。
公开了另一种深度检测系统，其包括：多个光成形部件，该多个光成形部件包括：准直光学元件、折射光学元件、衍射光学元件和微透镜阵列；光源，其被配置为发射光以通过多个光成形部件；成像传感器，其被配置为检测由光源发射并从成像传感器的视场内的对象反射离开的光；以及处理器，其被配置为通过滤除与从成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数，来确定深度检测系统和对象之间的距离。
公开了一种深度检测系统，其包括：投影系统，该投影系统包括：具有刚性基板的投影仪外壳、第一光源和第二光源，该第一光源被配置为发射光以通过第一多个光成形部件并且产生第一照明图案，该第一光源安装到刚性基板，该第二光源被配置为发射光以通过第二多个光成形部件并且产生与第一照明图案互补的第二照明图案，该第二光源与第一光源相邻地安装到刚性基板；成像传感器，该成像传感器邻近投影系统并且被配置为接收由第一和第二光源发射的在从成像传感器的视场内的对象反射离开之后的光；处理器，被配置为通过测量由第一和第二光源发射的光从传感器视场内的对象反射离开并且返回到成像传感器的时间量，并且滤除与从成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数，来计算深度检测系统与传感器视场内的对象之间的距离。
从以下结合附图的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得清楚，其中附图通过示例的方式示出所描述的实施例的原理。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将容易理解本公开，其中相同的附图标记表示相同的结构元素，并且其中：
图1A示出了使用的示例性深度检测传感器；
图1B示出了根据一些实施例的入射到对象的光如何通过漫反射和/或镜面反射被反射；
图1C示出了根据一些实施例的由投影系统照射的不同类型的对象的示例；
图2A示出了根据一些实施例的包括两个投影仪的投影系统102；
图2B示出了根据一些实施例的示例性照明图案A和B；
图2C示出了根据一些实施例的照明图案C和D；
图2D示出了根据一些实施例的照明图案E、F和G；
图2E示出了根据一些实施例的离散像素或采样点如何在多个照明图案上分布；
图3A至图3C示出了根据一些实施例的各种光学组件实施例，每个光学组件实施例由位于光源前面的一组光成形部件构成；
图4A至图4B示出了根据一些实施例的具有两个光源的投影仪组件，该投影仪组件结合用于每个光源的光学组件，类似于图3中所示的光学组件；
图5A至图5C示出了根据一些实施例的利用折叠光学器件的多光源投影仪组件的视图；
图6A至图6B示出了根据一些实施例的使用单个光源的投影组件的侧视图；以及
图7示出了描绘根据一些实施例的前述深度检测系统的不同部件之间的交互的示意图。
具体实施方式
在该部分中描述了根据本申请的方法和设备的代表性应用。提供这些示例仅仅是为了增加情景并有助于理解所描述的实施例。因此，本领域技术人员应当清楚的是，所描述的实施例可以在不利用一些或者所有的这些具体细节的情况下实现。在其他示例中，没有详细描述公知的过程步骤，从而避免不必要地模糊所公开的实施例。其他应用是可能的，因此不应当将以下示例视为是限制性的。
深度检测系统可以被配置为表征深度检测系统的视场内的环境。所得到的表征可以用于确定面向深度检测系统的对象的各个部分的位置和外部形状。一种类型的深度检测系统是飞行时间(TOF)相机。TOF相机利用投影仪以及传感器，其中投影仪用于发射调制的光脉冲，传感器用于接收从传感器视场内的各种对象反射离开的每个光脉冲的一部分。接收来自传感器的读数的处理器可以确定光从传感器行进并从视场中的多个对象中的一个对象反弹离开并返回到传感器所花费的时间。因为光速是已知的，所以系统可以基于该时间确定深度检测传感器和该对象之间的距离。不幸的是，虽然这种方法适用于确定光从对象反弹离开并直接返回到传感器时的距离，但是首先从另一对象反弹离开的返回到传感器的任何光可能会导致深度数据不准确。
该问题的一个解决方案是滤除在传感器处接收的间接反射光以减少不准确性。可以实现这一方案的一种方式是调整用光照射环境的方式。投影系统可以以交替的照明图案发射光，从而顺序地照射视场中的对象的不同部分。在一些实施例中，照明图案可以布置在基本平行的条带中，但是不同的图案也是可能的。每个条带可以由具有与每个条带大约相同厚度的间隙隔开。以这种方式，在发射照明图案的任何时候，可以照射大约半个视场。应当理解的是，可以使用不同的条带厚度和间隙厚度，但是在一系列不同的照明图案期间，某些时刻视场中的每个部分应当未被照射。从不应被光的特定图案照射的帧的区域返回的任何光可以用于识别反射光。当不同的照明图案照射从其先前检测到的反射光的对象部分时，可以从检测到的光中减去反射光，以仅识别直接从投影系统行进到对象并返回到传感器的光的部分。为了制作传感器视场区域的深度图，可以忽略任何其他光。以这种方式，可以显着提高深度数据的精度。
用于执行上述方法的投影系统可以包括用于产生照明图案的两个或多个光源。在一些实施例中，投影系统可以被配置为非常快速地操作以便跟上变化的条件。例如，在一些实施例中，光源可以被配置为每秒发射超过100个脉冲。与投影系统相关联的传感器可以被配置为在光返回时捕获光，并且可以具有允许同时读取传感器的每个像素的全局快门。以这种方式，可以避免由于顺序读取像素而引入的任何误差。
在一些实施例中，光源可以结合在单个投影仪外壳内。将光源封装在单个投影仪中防止两个或多个单独的投影单元中的一个被撞击或推挤的量与其他单元不同的情况，这导致照明图案的未对准。虽然配置为投射多个照明图案的单个投影仪的对准的轻微变化可能导致传感器视场的一部分未被照明图案覆盖，但是传感器视场的大部分能够保持被覆盖而不会妥协照明模式的对准。在一些实施例中，单个投影仪外壳可以包括具有低热膨胀系数的整体刚性基板，其使得光源之间的间隔在大的温度范围内保持一致。每个光源可以具有将光引导成各种照明图案的不同光学器件。在一些实施例中，可以使用具有单个光源的投影系统，其具有移位光学器件。在这样的实施例中，光学器件可以在两个或多个位置之间振荡，以从单个光源产生两个或多个照明图案。
下面参考图1A至图7讨论这些和其他实施例，然而本领域技术人员将容易理解的是，在此关于这些附图给出的详细描述仅用于说明目的而不应被解释为限制。
图1A示出使用的示例性深度检测系统100。深度检测系统100包括投影系统102和传感器104。投影系统102可以被配置为朝向对象106发射光。在一些实施例中，由投影系统102发射的光可以是红外光或近红外光。由于投影系统102发射的光可以被配置为覆盖与传感器104的视场对应的宽区域，因此示例性光波108可以被墙壁110反弹离开，并且由于墙壁110的角度，光波108可以代替如图所示，从墙壁110反射回来从对象106反弹离开然后返回到传感器104。当对象106具有使入射到对象106的光发生散射的不规则表面(即，弯曲或圆柱形表面)时，这可能特别成问题。如图所示，反射光的散射增加了反射光返回传感器104的可能性。
图1B示出了入射到对象106的光如何通过漫反射和/或镜面反射来发生反射。虽然通常需要平坦表面来产生镜面反射，但是由于位于对象106的表面下方的散射中心，平坦表面也倾向于产生一些漫反射。弯曲或变化的表面会产生更多的漫反射，这些反射会在许多方向上散射。从墙壁110反射离开的光很难与直接光区分开的原因之一是，当墙壁110的表面相对平坦时，大量的光波108可以被反射为来自墙壁110的镜面反射，从而导致在对象106处从光波108产生的漫反射具有与对象106处源自光波112的漫反射相似的强度。应当注意的是，从投影仪到对象106然后从墙壁110反弹离开返回朝向传感器的光不被认为是墙壁110不在传感器视场中的问题。在这种情况下，由于传感器仅被配置为接收从特定视场到达的光，因此传感器将不会检测到进入传感器的高入射角的光。使用位于传感器上方的护罩或聚光透镜可以防止高入射角的光到达传感器。
图1C示出了由投影系统102照射的不同类型的对象的示例。第一列图像示出了使用被对象反射离开并由传感器104捕获的所有光而产生的图像。第二列中的图像示出了仅直接从对象反射离开的光。第三列中的图像示出了仅在碰撞传感器视场中的对象之前首先从其他对象反射离开的光(间接光)。第一行蛋图片提供了漫互反射(interreflection)的示例。蛋的球形形状突出了由照射到每个蛋的表面的光产生的漫反射量。特别是，来自第一行的间接光图像示出了蛋的下边缘如何捕获大量的间接光并因此看起来更远离传感器。第二行木块图片提供了漫反射和镜面互反射的示例。木块的平坦表面允许一定量的镜面反射，而下面的木纹结构和块的角部产生漫互反射。最后，第三行辣椒示出了子表面散射如何仅使少量光直接反射回到传感器104。这种有限量的直接光可以滤除间接光，这对于确定传感器104和辣椒之间的实际距离更为重要。图1C最初是作为Krishnan撰写的文章“FastSeparation of Direct and Global Components of a Sceneusing High FrequencyIllumination(使用高频照明快速分离场景的直接和全局分量)”的一部分出版。
图2A示出了包括投影仪202和204的投影系统102。投影仪202和204可以用于发射互补的照明图案A和B。照明图案A和B可以顺序地脉冲，使得在任何给定时间只有一个照明图案是有效的(active)。在一些实施例中，照明图案可以以交替图案(例如，以A、B、A、B图案)脉冲。还可以调制脉冲发射，从而有助于区分脉冲发射与其他环境光源。因此，当照明图案A有效时，照明图案A外部的任何区域应该没有光。然而，通常一部分照明图案A首先从其他表面反射离开，并且在特定环境中，传感器104可以检测从未被照明图案A直接照射的区域反射离开的其他环境光。当照明图案B有效时，在对象106的未照射区域中检测到的该反射光随后可用于识别反射光。类似地，当照明图案B有效时，从照明图案B外部到达的反射光可以随后用于在下一个照明图案A的脉冲期间识别反射光。因此，通常，可以记录源自有效照明图案外部的检测到的反射光或间接光(IINDIRECT)。当下一个照明图案激活时，可以根据式(1)，从有效照明图案接收的所有光(ITOTAL)中减去来自现在有效照明图案的先前记录的间接光(IINDIRECT)，以识别直接光。
IDIRECT＝ITOTAL-IINDIRECT 式(1)
应当注意，在一些实施例中，可以通过拒绝与照明图案相关联的调制不匹配的光来滤除从对象106反射离开并返回到传感器104中的任何环境光。
图2B示出了示例性照明图案A和B。照明图案A和B的强度可以作为垂直位置的函数以正弦图案分布。如图所示，照明图案A可以与照明图案B 180度异相，导致在照明图案B处于最小强度值时，照明图案A具有最大强度值。以这种方式，如果同时发射两个照明图案，则将产生基本均匀的光图案。曲线图206示出了照明图案A，而曲线图208示出了照明图案B。数学上，组合图案的强度将使得强度值具有等于1的基本恒定的值。更一般地，可以使用式(2)对于照明强度进行调制。
在式(2)中，i指示总共N个照明图案的哪个照明图案正被计算。A0是照明图案的幅度，f是光条的空间频率，β是传感器的垂直视场的角度。φi表示照明图案的相位偏移，其值由式(3)确定。
可以理解的是，式(3)清楚地表明，相位偏移对于两个图案可以是180度，对于三个图案可以是120度，对于四个图案可以是90度等。通常，可以使用更多的照明图案来获得更准确的结果。此外，在一些实施例中，相位偏移也可以以不同的方式变化。
图2C示出了照明图案C和D。照明图案C和D的强度轮廓是梯形而不是正弦曲线。通过具有快速上升和下降的强度，可以实现照明图案C和D的光条之间的更突然的过渡。如下面将更详细描述的，当从直接光滤掉间接光时，更清晰的(crisp)过渡可以有利于最小化模糊度。
图2D示出了照明图案E、F和G。照明图案E、F和G的强度垂直分布，因此照明图案F与照明图案E 120度异相。通过这种方式，连续的光条可以垂直移位而不是自然的互补。曲线图214、216和218定量地示出了各个照明图案E、F和G如何根据垂直位置而变化。第三照明图案可以由第三光源或光学器件产生，第三光源或光学器件可以移位以产生第二和第三图案。
图2E示出了离散像素或采样点可以如何分布在多个照明图案上。特写视图220示出了在照明图案A和B内分布的三个不同采样点p1、p2和p3。可以通过对每个像素/采样点执行多次计算来识别每个采样点处的间接光。特别地，式(4)可以用于将每个连续照明图案期间由传感器收集的光Si进行求和。
然后，当每个照明图案的强度正弦变化时，式(5)可以用于计算直接光的量。
当每个照明图案有效时，式(5)对于所接收的光的每个分量的幅度进行求和，以便表示在一组照明图案的跨度上发射的光的总量。在两个照明图案投影系统中，扣除图像表示当照明图案B有效时从照明图案A内检测到的反射光以及当照明图案A有效时从照明图案B内检测到的反射光。通过将两组反射光相加在一起，可以确定整个视场上的反射光的分布。通常，该计算假设反射光保持基本相同，而不管哪个照明图案是有效的。因此，从总光中减去扣除图像识别出视场内的直接光。式(6)示出了如何通过从总光(T)中减去计算的直接光(D)来计算间接光(I)。
I＝T-D-const[GL] 式(6)
在一些实施例中，可以从总光中减去const[GL]。当识别传感器的视场中的间接光时，可以选择使用该常数来消除灰度偏差。在一些实施例中，减去灰度偏差可以提高传感器检测到的深度数据的准确度。灰度偏差可以是出厂设置或是可以周期性校准以保持深度检测系统正常工作的值。
图2E还证明了对于仅具有两个照明图案的系统，位置p2处的深度检测如何可能是有问题的。对于安全地远离照明图案之间的边界的p1和p3，因为仅需要考虑两种照明图案，间接光抑制(rejection)可以是直接的。对于p1，当照明图案A有效时，接收信号等于直接光+任何反射光。当照明图案B有效时，p1处的接收信号等于零直接光+任何反射光。可以通过取两个信号之差来计算直接光。因为反射光抵消并且在照射图案B期间的直接光等于零，这仅产生直接光。对于p3，计算以类似的方式进行，仅产生直接光。不幸的是，在p2处，其精确地位于照明图案之间的界面上，来自图案A和B的直接光将被检测处于大致相同的强度。这意味着对于值取差值得到零值。此外，在来自两个照明图案的直接光都以相当大的量存在的任何时候，界面附近的区域也会受到一些不准确性的影响。因此，在照明图案之间具有锋利边界的照明图案将在照明图案之间的界面处具有较少的不准确性。然而，仍然可以通过插值来计算对界面附近点的直接光的值。对于p3的直接光的值可以通过根据p4和p5的直接光的值进行插值来计算。通常，p4和p5应当尽可能接近p2。例如，处理器可以被配置为选择来自照明图案B的直接光量低于预定阈值的插值点p4。
图3A示出了第一光学组件300，其由位于光源302前面的一组光成形部件构成。在一些实施例中，光源302可以是红外激光二极管。光源302发射穿过第一光成形部件(准直透镜304)的光。准直透镜304可以被配置为将由光源302发射的光306聚焦朝向第二光成形部件(折射光学元件308)。折射光学元件308使聚焦光306倾斜角度θ并垂直拉长光以产生超高斯光束310，该超高斯光束310指向第三光成形部件(衍射光学元件312)。然后，衍射光学元件312将超高斯光束310倍增。尽管为了说明的目的将超高斯光束310描绘为倍增5倍，但是该数量可以变化。例如，在一些实施例中，衍射光学元件312可以被配置为将超高斯光束倍增25倍。可以选择倍增的超高斯光束310的数量和厚度以匹配相关成像传感器的垂直视场。当超高斯光束穿过微透镜阵列314时，微透镜阵列314水平地展开每个超高斯光束以产生照射区域316的照明图案，如图所示。微透镜阵列314可以是双侧(side)(如图所示)、单侧或圆柱形。在一些实施例中，区域318和区域316可以具有大约相同的尺寸。来自第二光学组件的光可以配置为照射区域318。在一些实施例中，光学组件可以以互补图案发光，使得在任何给定时间，水平区域316和318中的一个区域被照射。
图3B示出了第二光学组件320，其由位于光源322前面的一组光成形部件构成。在一些实施例中，光源322可以是红外激光二极管。光源322发射穿过第一光成形部件(准直透镜324)的光。准直透镜324可以被配置为将由光源322发射的光326聚焦朝向第二光成形部件(折射光学元件328)。折射光学元件328使聚焦光326倾斜角度-θ并垂直拉长光以产生超高斯光束330，该超高斯光束330指向第三光成形部件(衍射光学元件332)。在一些实施例中，将在超高斯光束330定向在与超高斯光束310的方向相反的方向上可以降低光源之间串扰的风险。然后，衍射光学元件332将超高斯光束330倍增。尽管为了说明的目的将超高斯光束330描绘为倍增5倍，但是该数量可以变化。例如，在一些实施例中，衍射光学元件312可以被配置为将超高斯光束倍增25倍。可以选择倍增的超高斯光束330的数量和厚度以匹配相关成像传感器的垂直视场。当超高斯光束穿过微透镜阵列334时，微透镜阵列334水平地展开每个超高斯光束以产生照射区域318的照明图案，如图所示。以这种方式，光源322和302可以协作地照射区域316和318。区域316和318的照射可以以不同的图案交错。例如，可以依次照射区域316和318，使得光在两个区域中照射大约相同的时间量。
图3C示出了另一光学组件340，其由位于光源342前面的三个光成形部件构成。在一些实施例中，光源342可以是红外激光二极管。光源342发射穿过采用准直透镜344形式的第一光成形部件的光。准直透镜344可以被配置为准直由光源342发射、朝向采用光学元件348形式的第二光成形部件行进的光346。光学元件348可以包括位于光学元件348的第一侧上的折射表面350和位于光学元件348的第二侧上的衍射表面352。折射表面350和衍射表面352可以采用模制在玻璃或聚碳酸酯基板的相对侧上的聚合物材料的形式。当准直光336穿过折射表面340时，光在光学元件348内被倾斜角度θ并拉长成超高斯光束354。当超高斯光束354穿过衍射表面352时，超高斯光束354可以倍增成多个超高斯光束354。当超高斯光束354穿过微透镜阵列356时，微透镜阵列356水平地展开每个超高斯光束以产生照射区域316的照明图案，如图所示。以这种方式，光源342照射区域316。
图4A至图4B示出了具有两个光源的投影仪组件400，该投影仪组件与光学组件300类似地包含用于每个光源的光学组件。图4A示出了投影组件400的顶视图。投影组件400包括光源402和404。光源402和404都可以安装到刚性基板406。在一些实施例中，刚性基板406可由氧化铝陶瓷形成。刚性基板406使光源402和404保持相对于彼此的移位位置。刚性基板406还可以具有低热膨胀系数，这减少了光源402和404相对于光学组件的移位。
光源402发射光，光通过双准直透镜408的第一部分，该双准直透镜408的第一部分将光聚焦朝向光学组件410。双准直透镜408的第二部分将光源404发射的光聚焦朝向光学组件412。在一些实施例中，双准直透镜408可以由实现相同功能的两个单独的准直透镜代替。光学组件410和412可以各自包括类似于308的折射光学元件、类似于312的衍射光学元件和类似于314的微透镜阵列，用于将来自每个光源的光展开成照明图案。光学组件410可以与光学组件412略微不同，使得由光源404产生的照明图案与由光源402产生的照明图案垂直偏移，以便照明图案互补。这允许来自一个照明图案的光条定位在其它照明图案的光条之间。以这种方式，由光源402和404产生的照明图案进行协作以均匀地覆盖表面。在一些实施例中，折射光学元件可以在与光源402产生的光相反的方向上移位来自光源404的光。
投影仪组件400还可以包括处理器414，该处理器414安装在PCB 416上并且被配置为使得来自光源402和404的输出同步。例如，处理器414可以安装到PCB 416并且配置为引导光源402和404发出交错的光脉冲，使得两个照明图案不同时有效。处理器414还可以引导光源404的调制，从而有助于深度传感器区分来自其他环境光源的光脉冲。在一些实施例中，处理器414还可以与传感器通信，该传感器被配置为在光脉冲被传感器的视场内的对象反射离开之后接收该光脉冲。
图4B示出了投影组件400的侧视图。特别地，光源404被示出为由刚性基板406提升。刚性基板可以插入到由PCB 416限定的凹口中。刚性基板406还可以形成投影仪组件400的投影仪外壳418的基部。投影仪外壳418可以限定用于支撑双准直透镜408的壁架420。
图5A至图5B示出了利用折叠光学器件的多光源投影仪组件500的视图。图5A示出了投影仪组件500如何包括两组独立的光学器件，光学组件410和光学组件412，它们接收从准直透镜408的折叠光学器件502发射的光。折叠光学器件502允许光源402和光源404通过横向移位光路504而更靠近准直透镜408定位，从而允许整体减小投影仪组件500的高度。
图5B示出了如何通过横向移位光路504，可以减小投影仪组件500的高度，从而允许将投影仪组件500封装在较小的形状因子设备中。特别地，横向移位的光路504允许光路的长度被分成水平段和垂直段。由于水平段内的光路部分不需要结合在投影仪组件500的总高度内，因此投影仪组件500的总高度减小。通过折叠光学元件502的光路的方向被光学反射表面506重定向，其将光从水平方向重新定向到垂直方向。在一些实施例中，光学反射表面506可以被镜像到
图5C示出了投影仪组件510，其可以具有比投影仪组件500更短的总高度。准直透镜408可以包括折叠光学器件502和圆柱形透镜表面508。通过变窄进入准直透镜408的光的宽度，圆柱形透镜表面508可以部分地准直光源404发出的光。由于光源404发射的光的光束宽度变窄，折叠光学器件502可以在垂直方向上变短。然后光在离开准直透镜408时变得完全准直。这样，可以减小准直透镜408的高度。
图6A至图6B示出了使用单个光源602的投影组件600的侧视图。图6A示出了处于非有效(inactive)配置的投影组件600。因为投影组件600仅包括单个光源602，所以为了产生两个不同的照明图案，投影组件600包括线性致动(actuate)的光学器件606，其配置为产生两个互补的照明图案。光学器件606可以由压电电机608线性致动，压电电机608通过在图6B中所示的两个位置旋转连接610来在两个或多个位置之间致动光学器件606。压电电机608可以被配置为以允许光源602顺序地投射互补照明图案612和614的速率来回振荡光学器件606。光源602可以与光学器件606的振荡速率同步，使得光源602仅在光学器件606处于与互补照明图案中的一个对应的位置时发射光。应当注意，虽然仅示出了两个照明图案，但是压电电机608也可以被配置为限定三个或多个不同的照明图案。
图7示出了描绘上述深度检测系统的不同部件之间的交互的示意图。流程图的顶部表示交互的开始，并在向下移动流程图时继续进行。深度检测系统的投影仪发出交替的第一和第二照明图案。深度检测系统的传感器视场内的对象将第一和第二照明图案的部分反射回到深度检测系统的传感器中。直接从投影仪行进到对象并返回的光(直接光)将早于在返回到传感器从另一个表面反弹离开的光(间接光)之前返回传感器。因此，当考虑间接光时，飞行时间深度检测系统将错误地增加对象与传感器的距离。然后，传感器将从第一和第二照明图案接收的光发送到处理器。然后，处理器可以被配置为从接收的总光中滤除间接光，使得在确定传感器与传感器视场内的对象之间的距离时，仅考虑直接从投影行进到对象并返回传感器的光。然后，处理器可以将传感器视场内的对象分配给与深度检测传感器相关联的显示器的适当深度平面。最后，处理器可以将图像发送到与传感器视场内的各种对象对应的深度平面。
所描述的实施例的各个方面、实施例、实施方式或特征可以单独使用或以任何组合使用。所描述的实施例的各个方面可以通过软件、硬件或硬件和软件的组合来实现。所描述的实施例还可以实施为用于控制制造操作的计算机可读介质上的计算机可读代码，或者作为用于控制生产线的计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质是可以存储数据的任何数据存储设备，该数据此后可以由计算机系统读取。计算机可读介质的示例包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络耦合的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布式方式进行存储和执行。
出于解释的目的，前述描述使用特定术语来提供对于所描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员清楚的是，为了实践所描述的实施例，不需要具体细节。因此，为了说明和描述的目的，呈现具体实施例的前述描述。它们不旨在穷尽或者将所描述的实施例限制到所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员清楚的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。

Claims (20)

1.一种深度检测系统，包括：
投影系统，包括：
具有刚性基板的投影仪外壳，
第一光源，其被配置为发射光以通过第一多个光成形部件，所述第一光源安装到所述刚性基板，以及
第二光源，其被配置为发射光以通过第二多个光成形部件，所述第二光源与所述第一光源相邻地安装到所述刚性基板；
成像传感器，所述成像传感器邻近所述投影系统并且被配置为接收由所述第一光源和所述第二光源发射的在从所述成像传感器的视场内的对象反射离开之后的光；以及
处理器，其被配置为通过测量由所述第一光源和所述第二光源发射的光从传感器视场内的对象反射离开并返回到所述成像传感器的时间量，来计算所述深度检测系统与所述传感器视场内的对象之间的距离。
2.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，所述第一光源和所述第二光源是红外激光二极管。
3.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，所述成像传感器具有全局快门。
4.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，所述第一光源和所述第二光源被配置为以不重叠图案发射脉冲。
5.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，所述第一多个光成形部件包括衍射光学元件和微透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的深度检测系统，其中，所述第一多个光成形部件将由所述第一光源发射的光成形为在所述成像传感器的视场上分布的第一多个平行光条。
7.根据权利要求6所述的深度检测系统，其中，所述第二多个光成形部件将由所述第二光源发射的光成形为覆盖所述第一多个平行光条之间的间隙的第二多个平行光条。
8.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，所述第一多个光成形部件包括具有折叠光学器件的准直透镜。
9.根据权利要求8所述的深度检测系统，其中，所述第二多个光成形部件包括具有折叠光学器件的准直透镜。
10.根据权利要求9所述的深度检测系统，其中，由所述第一光源和所述第二光源投射的光通过所述准直透镜的反射表面重定向约90度。
11.根据权利要求1所述的深度检测系统，其中，计算所述距离还包括滤除与从所述成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数。
12.一种深度检测系统，包括：
多个光成形部件，包括：
准直光学元件，
折射光学元件，
衍射光学元件，以及
微透镜阵列；
光源，其被配置为发射光以通过所述多个光成形部件；
成像传感器，其被配置为检测由所述光源发射并且从所述成像传感器的视场内的对象反射离开的光；以及
处理器，其被配置为通过滤除与从所述成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数，来确定所述深度检测系统与所述对象之间的距离。
13.根据权利要求12所述的深度检测系统，其中，所述多个光成形部件还包括线性致动光学器件，所述线性致动光学器件被配置为相对于所述衍射光学元件横向移位。
14.根据权利要求12所述的深度检测系统，其中，所述光源是第一光源并且所述深度检测系统还包括：
印刷电路板；以及
第二光源，
其中，所述第一光源和所述第二光源电地并且机械地耦接到所述印刷电路板。
15.根据权利要求14所述的深度检测系统，其中，所述多个光成形部件是第一多个光成形部件，并且所述深度检测系统还包括第二多个光成形部件，所述第二光源被配置为发射光以通过所述第二多个光成形部件。
16.根据权利要求12所述的深度检测系统，其中，所述准直光学元件包括具有反射表面的折叠光学器件，所述折叠光学器件被配置为改变由所述光源发射的光的方向。
17.一种深度检测系统，包括：
投影系统，包括：
具有刚性基板的投影仪外壳，
第一光源，其被配置为发射光以通过第一多个光成形部件并且产生第一照明图案，所述第一光源安装到所述刚性基板，以及
第二光源，其被配置为发射光以通过第二多个光成形部件并且产生与所述第一照明图案互补的第二照明图案，所述第二光源与所述第一光源相邻地安装到所述刚性基板；
成像传感器，其邻近所述投影系统并且被配置为接收由所述第一光源和所述第二光源发射的在从所述成像传感器的视场内的对象反射离开之后的光；以及
处理器，其被配置为通过测量由所述第一光源和所述第二光源发射的光从传感器视场内的对象反射离开并返回到所述成像传感器的时间量，并且通过滤除与从所述成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数，来计算所述深度检测系统与所述传感器视场内的对象之间的距离。
18.根据权利要求17所述的深度检测系统，其中，所述处理器通过识别从与所述第二照明图案对应的所述成像传感器的视场内的区域反射离开的由所述第一光源发射的光，来滤除与从所述成像传感器的视场外部的表面反射离开的光相关联的传感器读数。
19.根据权利要求17所述的深度检测系统，其中，所述第一照明图案和所述第二照明图案包括一系列平行条。
20.根据权利要求17所述的深度检测系统，其中，所述第一多个光成形部件包括准直光学元件、折射光学元件、衍射光学元件和微透镜阵列。
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