(57)【要約】  ライトプロジェクタは、積層されたプレーナ光学素子のスタックを有し、該スタックは、複数の光パターンを提供するように構成された一群（１０３）のプレーナ光学素子（１０７−１１１）を有する。このスタックは具体的には、レイヤ群を通って伝搬する光が前記複数の光パターンを生じさせるような不透明パターン群を持つ一群の透明レイヤを有し得る。光パターンは、前記複数の光パターンを異なる焦点距離に合焦するように構成されたマイクロレンズアレイ（１０１）に到達する。一部の状況において、前記複数の光パターンを生成するためにプログラマブル光学素子が用いられ得る。ビジョンシステムは、投射された前記複数の光パターンの反射に基づいて物体の特徴を決定し得る。この手法は特に、距離測定用の効率的で低コストのライトプロジェクションシステムを提供し得る。
2013534635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された光学素子のスタックを有するライトプロジェクタであって、前記スタックは：
複数の光パターンを提供するように構成された一群の少なくとも１つの光学素子；及び
前記複数の光パターンを異なる焦点距離に合焦するように構成されたマイクロレンズアレイ；
を有する、ライトプロジェクタ。
【請求項２】
当該ライトプロジェクタは光源を有し、該光源は、該光源からの光が前記一群の少なくとも１つの光学素子を通って前記マイクロレンズアレイに伝搬するように配置され、前記一群の少なくとも１つの光学素子は、前記複数の光パターンのうちの１つの光パターンに対応する光減衰パターンを持つ少なくとも１つの光減衰光学素子を有する、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項３】
前記一群の少なくとも１つの光学素子は、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つに対応する空間的な光パターンを放射するように構成された少なくとも１つの発光素子を有する、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの平面状発光素子は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）アレイである、請求項３に記載のライトプロジェクタ。
【請求項５】
前記一群の少なくとも１つの光学素子は、複数のパターン形成された光学素子を有し、各パターン形成された光学素子が、前記複数の光パターンのうちの１つのパターンに対応する異なる固定パターンを有する、請求項２乃至４の何れか一項に記載のライトプロジェクタ。
【請求項６】
当該ライトプロジェクタは前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部を同時に放射するように構成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のライトプロジェクタ。
【請求項７】
当該ライトプロジェクタは前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部を順次に放射するように構成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のライトプロジェクタ。
【請求項８】
前記一群の少なくとも１つの光学素子のうちの少なくとも１つの光学素子は、制御信号に応答して光学特性を変化させることができる制御可能素子のプログラマブル光学アレイであり、当該ライトプロジェクタは更に、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つを提供するための前記制御信号を生成する手段を有する、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項９】
前記複数の光パターンは赤外光パターンである、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項１０】
前記マイクロレンズアレイを通して可視光を放射するように構成された可視光源、を更に有する請求項９に記載のライトプロジェクタ。
【請求項１１】
前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部は、互いに異なる空間的反復パターンを有する繰り返しパターンである、請求項１乃至５の何れか一項に記載のライトプロジェクタ。
【請求項１２】
当該ライトプロジェクタは更に、前記マイクロレンズアレイの前記一群の少なくとも１つの光学素子とは反対側に位置する投射レンズを有し、前記マイクロレンズアレイによる前記複数の光パターンの各々の焦点面は、前記投射レンズの面より前記マイクロレンズアレイ側にある、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項１３】
前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つは、非平面焦点面と、前記マイクロレンズアレイの面に平行でない焦点面と、のうちの少なくとも一方を提供するように構成される、請求項１に記載のライトプロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１に記載のライトプロジェクタ；
カメラから画像を受信する受信器；
前記複数の光パターンに対応する前記画像内のパターンについてパターン検出を実行するように構成されたパターン検出器；及び
前記ライトプロジェクタからの光を反射する物体の特徴を、前記パターン検出に応答して決定する回路；
を有する、ビジョンシステム。
【請求項１５】
前記特徴は：
前記物体の存在；
前記物体までの距離；
前記物体の位置を示すもの；
前記物体の大きさ；
前記物体の動き；及び
前記物体の形状見積もり；
のうちの少なくとも１つである、請求項１４に記載のビジョンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトプロジェクタ（投光器）及び関連するビジョン（視覚情報処理）システムに関し、特に、他を排するわけではないが、投射光の反射から物体の特徴を検出する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な信号処理の出現及びますます増大する実用性と、ますます制御可能になる光学素子とにより、光システム及びビジョンシステムは、ますます複雑になるとともに、ますます先進的な機能を提供するようになってきている。実際、光システム又はビジョンシステムは、例えば物体検出や距離測定などの自動化あるいは補助された機能を提供するために、ますます使用されるようになりつつある。
【０００３】
一例として、特許文献１は、光学的パターンを物体上に投射してカメラの焦点合わせに使用するシステムを開示している。そのシステムは、上記パターンが焦点の合った状態になるまでカメラのフォーカシングを調整する焦点検出手段を含んでいる。そこで開示されたシステムは、マイクロレンズアレイを通してコヒーレントなレーザ光を送ることによって光学的パターンを生成している。マイクロレンズアレイの回折が、コヒーレントレーザ光に、建設的干渉によって生じるピークと相殺的干渉によって生じる谷（トラフ）とを有する干渉パターンを生成させる。上記特許文献１は、オートフォーカシングを支援するために、非等方的なアレイレンズを使用して、物体に投射される直線状の干渉パターンを実現することを開示している。
【０００４】
他の一例として、異なる距離にある物体が異なるパターンを反射するよう、異なる複数のパターンを異なる焦点距離で投射することが提案されている。しかしながら、このようなマルチフォーカスシステムは、比較的複雑で、融通が利かず、コストがかかり、且つ次善的なものになる傾向にある。
【０００５】
また、光学的パターンのますます先進的且つ複雑な適用が提案されているが、それらは特定の用途に限られるか次善的に機能するかする傾向にある。
【０００６】
故に、更なる機能、用途、柔軟性、実装容易化及びコスト低減をもたらし且つ／或いは現行手法に対して向上された性能を提供する手法を含む改善あるいは強化されたシステムが有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７０１２７５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明は、上述の欠点のうちの１つ以上を単独あるいは組み合わせにて好ましく軽減、緩和あるいは排除しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、積層された光学素子のスタックを有するライトプロジェクタであって、前記スタックは、複数の光パターンを提供するように構成された一群の少なくとも１つの光学素子と、前記複数の光パターンを異なる焦点距離に合焦するように構成されたマイクロレンズアレイとを有する、ライトプロジェクタ、が提供される。
【００１０】
本発明は、数多くの異なる用途に適した追加機能を有するライトプロジェクタを提供し得る。本発明は特に、物体で反射され得る多重焦点の光パターンを生成する低複雑性且つ／或いは低コストの手段を提供し得る。物体上の投影パターンから、物体の様々な特徴が決定され得る。複数の光パターンとともにマイクロレンズアレイを用いることにより、特に効率的な実装が実現される。このライトプロジェクタは、当該ライトプロジェクタから異なる距離に合焦される複数の光パターンの特に効率的な生成を実現し得る。
【００１１】
マイクロレンズアレイは具体的には、各マイクロレンズアレイに当たる光の屈折の結果として複数の光パターンを異なる距離に合焦させるように構成され得る。マイクロレンズアレイは、多くの状況において有利には、等方的なマイクロレンズアレイとし得る。
【００１２】
一部の実施形態において、この構成は具体的には積層物とし得る。
【００１３】
一部の実施形態において、前記少なくとも１つの光学素子及び／又はマイクロレンズアレイは実質的に平面状（プレーナ）とし得る。
【００１４】
素子又は光学層（レイヤ）は、それが実質的に平坦である場合に平面状と見なされ得る。例えば、素子又はレイヤは、２次元平面からの逸脱が該２次元平面内のアクティブ領域の最大広がりの１０％未満である場合に、平面状と見なされ得る。アクティブ領域とは、生成されるパターンのうちの機能する部分に寄与する領域であるとし得る。一群の平面状光学素子は１つ以上の光学素子を有し得る。
【００１５】
（平面状）光学素子は、一部の実施形態において、或る程度湾曲されてもよい。具体的には、湾曲された素子は、その厚さが例えば曲率半径の最大５％である場合に平面状と見なされ得る。
【００１６】
当該ライトプロジェクタは、一群の平面状光学素子からマイクロレンズアレイの
方向の光放射を使用し得る。
【００１７】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、当該ライトプロジェクタは光源を有し、該光源は、該光源からの光が一群の少なくとも１つの光学素子を通ってマイクロレンズアレイに伝搬するように配置され、一群の少なくとも１つの光学素子は、前記複数の光パターンのうちの１つの光パターンに対応する光減衰パターンを持つ少なくとも１つの光減衰光学素子を有する。
【００１８】
これは、特に効率的な、低複雑性の、低コストの、且つ／或いは改善された、異なる距離での複数の光パターンの生成を実現し得る。多くの実施形態において、この手法は、低コストの光源及び光学素子を使用することを可能にし得る。実際、一部の実施形態において、散光を提供する低コスト光源が、例えば印刷された不透明あるいは半透明なパターンを担持する透明基板の形態の低複雑な光学素子とともに使用され得る。
【００１９】
第１群の光学素子は、光源とマイクロレンズアレイとの間に位置付けられ得る。
【００２０】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、一群の少なくとも１つの光学素子は、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つに対応する空間的な光パターンを放射するように構成された少なくとも１つの発光素子を有する。
【００２１】
これは、多くの実施形態において、性能の向上、電力消費の低減、適応性の向上、又は実装の容易化をもたらし得る。例えば、別個の光源を含めることが不要にされ得る。この少なくとも１つの平面状発光素子は故に、単に光を伝搬するだけでなく、それ自体が前記複数の光パターンを形成する光を作り出し得る。故に、この少なくとも１つの平面状発光素子は、能動的に光を生成する素子とすることができ、生成された光が、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つのパターンに対応する。
【００２２】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、前記少なくとも１つの平面状発光素子は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）アレイである。
【００２３】
これは、コスト及び電力消費を低いレベルに保ちながら正確な光パターンが生成される特に有利な実装をもたらし得る。また、ＯＬＥＤは、ライトプロジェクタが光パターンに加えてその他の光（例えば、光パターンに使用される以外の周波数の散光など）をも放射する状況で使用されるときに特に効率的になり得る。
【００２４】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、一群の少なくとも１つの光学素子は、複数のパターン形成された光学素子を有し、各パターン形成された光学素子が、前記複数の光パターンのうちの１つのパターンに対応する異なる固定パターンを有する。
【００２５】
これは、特に効率的な、低複雑性の、低コストの、且つ／或いは改善された、異なる距離での複数の光パターンの生成を実現し得る。多くの実施形態において、この手法は、低コストの光源及び光学素子を使用することを可能にし得る。実際、一部の実施形態において、散光を提供する低コスト光源が、例えば印刷された不透明あるいは半透明なパターンを担持する透明基板の形態の低複雑な光学素子とともに使用され得る。
【００２６】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、当該ライトプロジェクタは前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部を同時に放射するように構成される。
【００２７】
これは、多くの実施形態において、特に効率的な実装を可能にし得るとともに、コスト又は複雑性を低減し得る。この手法は更に、例えばビジョン検出システムが複数の光パターンが常に存在すると仮定できることを可能にし得る。この手法は、例えば、高速シャッター時間の場合にも単一画像内での分析時に異なる複数のパターンが考慮されることを可能にし得る。
【００２８】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、当該ライトプロジェクタは前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部を順次に放射するように構成される。
【００２９】
これは、多くの実施形態において、特に効率的な実装を可能にし、コスト又は複雑性を低減し、且つ／或いは性能向上をもたらし得る。例えば、複数のパターン形成された光学素子が不要にされ得る。さらに、この手法は特に、動的に制御可能な光学素子によって光パターンが生成される実装に従い得る。そのような実装は複数のパターンを柔軟に生成することを可能にすることが多いからである。
【００３０】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、一群の少なくとも１つの光学素子のうちの少なくとも１つの光学素子は、制御信号に応答して光学特性を変化させることができる制御可能素子のプログラマブル光学アレイであり、当該ライトプロジェクタは更に、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つを提供するための制御信号を生成する手段を有する。
【００３１】
これは、多くの実施形態において、特に有利な動作及び／又は実装をもたらし得る。例えば、パターンを具体的な特性に適応させることが可能にされ得る。光学特性は、発光又は光減衰のうちの少なくとも一方に関する特性とし得る。
【００３２】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、前記複数の光パターンは赤外光パターンである。
【００３３】
これは多くの状況において特に有利となり得る。この発明は、例えば、ユーザの気を散らしたりユーザに不都合であったりすることなく特徴を取得するために、ビジョンシステムによって使用されることが可能な、眼に見えない光パターンを提供し得る。
【００３４】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、当該ライトプロジェクタは更に、マイクロレンズアレイを通して可視光を放射するように構成された可視光源を有する。
【００３５】
このライトプロジェクタは具体的には、視認できない光パターンとともに、パターンが形成されない可視光放射を提供し得る。故に、単一のライトプロジェクタが、例えば領域をライトアップするために使用されるのみでなく、その領域を分析するために使用されることが可能な追加のパターン形成をも提供し得る。可視光は具体的には、インコヒーレントな散光とし得る。一部の実施形態において、可視光は更に、一群の光学レイヤのうちの少なくとも１つを通って伝搬してもよい。
【００３６】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、前記複数の光パターンのうちの少なくとも一部は、互いに異なる空間的反復パターンを有する繰り返しパターンである。
【００３７】
これは、マイクロレンズアレイの特徴を一層有利に使用して、単に繰り返しパターンの空間的な反復距離を変化させることによって異なる焦点距離を実現し得る。具体的には、パターンセグメントを空間的に繰り返すことによってパターンが形成され、マイクロレンズアレイのピッチとパターンセグメントの繰り返しのピッチとの間の関係が焦点距離を決定する。一部の実施形態において、パターンセグメントの繰り返しピッチは有利には、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ同士の間のピッチより大きくされ得る。一部の実施形態において、パターンセグメントの繰り返しピッチは有利には、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ同士の間のピッチより大きくされ得る。
【００３８】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、当該ライトプロジェクタは更に、マイクロレンズアレイの前記一群の少なくとも１つの光学素子とは反対側に位置する投射レンズを有し、マイクロレンズアレイによる前記複数の光パターンの各々の焦点面は、投射レンズの面よりマイクロレンズアレイ側にある。
【００３９】
これは、多くの実施形態において光放射を向上させ得る。特に、マイクロレンズアレイのみで典型的に達成される距離より大きい距離に光パターンを合焦させることが可能にされ得る。故に、マイクロレンズの焦点面を更に遠い距離の焦点面に移動させることによって、マイクロレンズアレイによるフォーカシングが補完され得る。
【００４０】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、前記複数の光パターンのうちの少なくとも１つは、非平面焦点面と、マイクロレンズアレイの面に平行でない焦点面と、のうちの少なくとも一方を提供するように構成される。
【００４１】
この発明は、具体的な用途及び／又は環境に適応され得る非常に適応性ある合焦面を提供し得る。この手法は、性能を向上させ且つ／或いは更なる用途を可能にし得る。例えば、前記複数の光パターンのうちの１つ以上は、マイクロレンズアレイの面に対して傾斜された焦点面を生じさせるように構成され得る。
【００４２】
本発明の一態様によれば、上述のライトプロジェクタと、カメラから画像を受信する受信器と、前記複数の光パターンに対応する前記画像内のパターンについてパターン検出を実行するように構成されたパターン検出器と、前記ライトプロジェクタからの光を反射する物体の特徴を前記パターン検出に応答して決定する回路と、を有するビジョン検出システムが提供される。
【００４３】
この手法は、投射された光パターンに基づく物体の特徴の決定を容易化且つ／或いは改善することを可能にし得る。画像はビデオシーケンスのフレームとしてもよく、当該システムは複数のフレームを用いて特徴を決定してもよい。
【００４４】
本発明の必要に応じての一特徴によれば、前記特徴は：物体の存在；物体までの距離；物体の位置を示すもの；物体の大きさ；物体の動き；及び物体の形状見積もり；のうちの少なくとも１つである。
【００４５】
この手法は、ライトプロジェクタから放射された光を反射する物体の多数の特徴の決定を容易化且つ／或いは改善することを可能にし得る。
【００４６】
以下に記載される実施形態を参照することで、本発明のこれら及びその他の態様、特徴及び利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
以下の図を含む図面を参照して、単に例として、本発明の実施形態を説明する。
【図１】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図２】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタ用の光パターン群の一例を示す図である。
【図３】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図４】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタ用の光パターン群の一例を示す図である。
【図５】マイクロレンズアレイを用いて光をフォーカシングするという概念を例示する図である。
【図６】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタ用の光パターン群の一例を示す図である。
【図７】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図８】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図９】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタからの光パターンの投射の例を示す図である。
【図１０】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタからの光パターンの投射の例を示す図である。
【図１１】本発明の一部の実施形態に従ったビジョンシステムの要素群の一例を示す図である。
【図１２】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタからの光パターンの投射の一例を示す図である。
【図１３】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図１４】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図１５】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図１６】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【図１７】本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの要素群の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、本発明の一部の実施形態に従ったライトプロジェクタの一例を示している。
【００４９】
この例において、ライトプロジェクタは、具体的には層状にされた複数の平面状（プレーナ）光学素子のスタック（積層体）である要素構成を有している。しかしながら、認識されるように、他の実施形態においては、例えば湾曲した要素が使用されてもよい。
【００５０】
この例において、スタックは、（光放射とは逆の向きに、）マイクロレンズアレイ１０１と、光パターンを提供する一群の平面状光学素子（以下、パターン素子又はパターンレイヤとも称する）とを有している。故に、一群の平面状光学素子が、複数の光パターンをマイクロレンズアレイ１０１に提供し、マイクロレンズアレイ１０１が、これら光パターンに対して、これらが異なる焦点距離で合焦するようにフォーカシング（焦点合わせ）作用を提供する。
【００５１】
この特定の例において、ライトプロジェクタは更に、この例においては平面光源である内部光源１０５を有している。例えば、平面光源１０５は、例えばＬＥＤなどの光源アレイとして形成され、あるいは例えば素子エッジから供給される光を素子表面全体に広げる平面状光学素子によって形成され得る。
【００５２】
内部光源１０５が放射する光は、一群の平面状光学素子１０３を通ってマイクロレンズアレイ１０１に伝搬する。この例において、内部光源１０５は、インコヒーレントな散光を生成する。これは、多くの実施形態で有利であり、典型的に、実質的に低減されたコストをもたらし得る。散光源は、例えばレーザ光源などのコヒーレント光源と比較して有意に低コストになる傾向にあるからである。また、多くの実施形態において、より制御可能で均一な光が提供され得る。特に、望ましくない干渉現象の感度及び可能性が実質的に低減され得る。
【００５３】
この例において、一群の光学素子１０３は、光減衰パターンを自身上に有する光減衰光学素子である３つの素子１０７、１０９、１１１を有するように示されている。パターン素子１０７、１０９、１１１は具体的には、透明な基材上に不透明なパターンを有する。不透明領域と透明領域との間のコントラストは、有利には１０：１以上、より有利には１００：１以上とし得る。この手法は、多くの状況において、低コストで容易な実装を可能にするので特に有利となり得る。例えば、図１の例のパターン素子は、単純に、レーザプリンタによって不透明パターンが印刷された低コストのプラスチックの基板として形成され得る。
【００５４】
斯くして、一群の光学素子は、（複数のパターン素子１０７−１１１からの結合パターンを形成する異なる複数の部分パターンと等価な）一組の光パターンを作り出す。
【００５５】
これらの光パターンはマイクロレンズアレイ１０１へと伝搬し、マイクロレンズアレイ１０１は、異なる光パターンがマイクロレンズアレイ１０１から異なる距離で合焦されるようにフォーカシング作用を果たす。
【００５６】
図１の例において、マイクロレンズアレイ１０１は、全てのレンズが実質的に相等しい等方的なマイクロレンズアレイである（例えば、全ての寸法（長さ、幅、高さ）が製造公差内とし得る。典型的に、これら寸法は１０％未満だけ変動し得る。）。また、マイクロレンズ群は、２つの平面方向において対称に配列され得る。すなわち、横方向及び縦方向においてピッチが実質的に同じとし得る。このような等方的なマイクロレンズアレイは、多くの実施形態において改善された光学特性を提供し得るのみでなく、製造が容易であるのでコストも低減し得る。この例においてマイクロレンズはおよそ１ｍｍ×１ｍｍのサイズを有し得るが、認識されるように、サイズは異なる実施形態では異なったものとなり得る。大抵の実施形態において、０．３ｍｍから５ｍｍまでのマイクロレンズピッチが有利となる傾向にある。
【００５７】
図１の例において、複数パターンとマイクロレンズ群との間の相互作用により、多重距離（マルチディスタンス）フォーカシングが達成される。具体的には、パターンに対するマイクロレンズの効果が、異なる焦点距離をもたらすように制御される。故に、異なるパターンではマイクロレンズアレイのフォーカシング作用が異なるように複数パターンを設計することによって達成される。
【００５８】
この例において、これは具体的に、空間的に反復されたパターンセグメントを有する繰り返しパターンであるパターンによって達成される。具体的には、パターンは、反復パターンセグメントの配列を実現するように生成される。パターンは、マイクロレンズアレイ１０１のピッチに関連付けられた反復ピッチを使用する。
【００５９】
実際に、そのような繰り返しパターンについて、マイクロレンズアレイ１０１のうちの異なる複数のレンズの間での相互作用が互いに作用して、空間的な反復のピッチに依存する焦点距離をもたらすことを示すことができる。従って、図１の例において、異なるパターン素子１０７−１１１は異なる空間反復パターンを使用する。具体的には、これらは異なる反復ピッチを使用し、さらに、異なる繰り返された反復セグメントを使用する。
【００６０】
図２は、可能な複数の繰り返しパターンの一例を示している。この例において、反復セグメントは単純に数字（それぞれ１、２及び３）であり、空間的な反復周波数が異なっている。図３は、互いに上下に配置されるプラスチック素子上にパターンが印刷されたこのような例で、結合された合成パターンがどのように見えるかを例示している。図４の写真は、上述のパターンが頂部に印刷されたプラスチックから成る３つのパターン素子の実際のスタックを、マイクロレンズアレイとともに示している。
【００６１】
空間的な反復ピッチは具体的に、マイクロレンズアレイのピッチの大きさの同程度とし得る。例えば、反復ピッチは、複数パターンのうちの１つでマイクロレンズピッチより１０％くらい高く、他の１つでマイクロレンズピッチより２０％くらい高く、他の１つでマイクロレンズピッチより５０％くらい高く、等々とし得る。また、反復セグメントのサイズも、反復ピッチの増大とともに増大され得る。例えば、図２の例において、より大きい反復ピッチを有する数字は、それ自体も大きくされている。
【００６２】
異なる空間反復周波数の結果として、マイクロレンズアレイ１０１は、異なるパターンを異なる距離で合焦させることになる。故に、同じ焦点距離を有するマイクロレンズ群と、全てのレンズが実効的に光線を無限遠あるいは少なくとも同じ像距離（焦点距離より遙かに大きい）に投射するようにマイクロレンズの焦点面に位置付けられ得るマスクを提供するパターン素子群とを用いて、複数の焦点面が作り出される。レンズの組合せからの光の統合結合によって複数の焦点面が形成される。
【００６３】
図５は、マイクロレンズアレイを用いて光をフォーカシングするという概念を例示している。マスクピッチとして参照する規則的な間隔ｐＭで孔を有するマスクに、左から右に光が投じられている。光は孔からのみマイクロレンズアレイに続く。レンズ群は、相等しく、レンズピッチとして参照する規則的な相互間隔ｐＬで配置されている。マイクロレンズの物理的な厚さを無視し、近軸近似にて各マイクロレンズの中心を通る主要な光線を描いている。光線の適切な集束のためには、２つの幾何学条件が満たされる必要がある。第１の条件は個々のマイクロレンズ各々の焦点に関係し、第２の条件はマイクロレンズの集合の全体焦点に関係する。第１の条件を満たすためには、各マイクロレンズの焦点距離をｆＬとして、マスク内の各孔が、
１／ｓＭ＋１／ｓＦ＝１／ｆＬ                              （１）
のときに得られる合焦点までの距離ｓＦに合焦される必要がある。
【００６４】
実際には、合焦距離ｓＦはマスク距離ｓＭと比較して大きい傾向にあり、故に、ｓＦはｓＭと比較して無限に大きいと考えることができる。すると、実際には、マスク距離はマイクロレンズアレイの焦点距離に等しく、
ｓＭ＝ｆＬ                                                （２）
に選ばれる。
【００６５】
マイクロレンズの集合の全体変換が、レンズピッチｐＬとの関連でマスクピッチｐＭによって決定され、それは、
ｐＭ＝［（ｓＭ＋ｓＦ）／ｓＦ］ｐＬ                          （３）
を満足する必要がある。
【００６６】
マスクがアレイ内のマイクロレンズ群の焦点距離の位置に配置されるとき、式を結合して以下の実用的な式：
ｐＭ＝［（ｆＬ＋ｓＦ）／ｓＦ］ｐＬ                          （４）
を得ることができる。
【００６７】
マスクピッチｐＭは、マイクロレンズアレイの前方に合焦される（このことは、正の値のｓＦに関連付けられる）パターンを得るために、レンズピッチｐＬより大きく選定される必要がある。代替的に、負の値のｓＦが、ｐＭがレンズピッチｐＬより小さく選定されるときに達成される状況であるマスク後方の仮想面に合焦されるパターンに関連付けられる。
【００６８】
この具体例において、複数の光パターンが、光を阻止するパターンを各々が有する複数のパターン素子１０７−１１１を用いて生成される。認識されるように、他の実施形態においては、複数の光パターンに対応する所望の合成パターンを生成するように結合されるのは透明な区画であってもよい。
【００６９】
例えば、図６は、“１”、“２”又は“３”の形態の空間的に反復される記号が代替的な不透明マスク内の透明な孔を残す一例を示している。
【００７０】
また、図１の例において、合成パターンは、結合された不透明パターンが更に不透明なパターンをもたらすことによって生成される。しかしながら、他の実施形態において、合成パターンは、例えば図６の結合パターン例においてのように、透明パターンを足し合わせることによって生成されてもよい。
【００７１】
例えば、透明（又は“白”）を“１”とし且つ（黒）マスクを“０”として参照するに、個々のパターンの物理的な積み重ね（スタッキング）は、すぐに非常に不透明になって光の殆どを阻止するマスクをもたらし得る。物理的な積み重ねは、各位置（ｘ，ｙ）でのマスクの局所的な個々のビット群Ｌ（ｘ，ｙ）の論理ＡＮＤ（積）演算として見ることができ、すなわち、合成パターンは：
Ｌｔｏｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌ１（ｘ，ｙ）＆Ｌ２（ｘ，ｙ）＆Ｌ３（ｘ，ｙ）    （５）
として与えられ得る。ただし、“＆”は論理ＡＮＤ演算子である。
【００７２】
このような物理的な積み重ねに代えて、合成パターンは論理ＯＲ（和）演算を用いて、すなわち、
Ｌｔｏｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌ１（ｘ，ｙ）｜Ｌ２（ｘ，ｙ）｜Ｌ３（ｘ，ｙ）    （６）
として生成されてもよい。ただし、“｜”は論理ＯＲ演算子である。
【００７３】
この手法は図６の例で使用される。
【００７４】
これは、“２”は“１”がオープンな空間を残し、“３”は透明な全てを残し、これがこれら以外のパターンにも要求されるという結果となる。当然ながら、より多くのパターンの組合せは不透明マスクを最終的に見えなくするので、多くの実施形態において、パターンの個数は理に適った個数に制限され得る。
【００７５】
認識されるように、他の実施形態において、他の演算及び具体的には他の（論理）演算子が用いられてもよい。例えば、パターンビット群の平均を用いて合成パターンが生成されてもよい。
【００７６】
故に、各々が１つのパターンを提供する一連の異なる光学素子を用いるのではなく、個々の複数のパターンを含んだ合成パターンを直接的に提供する単一の素子を用いてもよい。実際には、そのような素子が、更には、マイクロレンズアレイ自体と一体化されてもよい。例えば、図７の例に示すように、合成パターンがマイクロレンズアレイ１０１上に直に印刷されてもよい。具体的には、図７は、マスクとマイクロレンズアレイとの具体的な幾何学構成の一例を示しており、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズの焦点距離に等しい厚さを有し、パターニングされたマスクを当該マイクロレンズアレイの平坦面に印刷あるいは取り付けることを可能にする。
【００７７】
他の一例が図８にて提供される。図８は更に、光源１０５を、単一の点光源８０１を有するものとして示すとともに、例えば拡散素子、コリメートレンズ構成の一部であるコリメート素子（典型的に、フレネルレンズ）、偏光素子、又はアクティブ（補助）照明素子などとし得る更なる光学素子８０３を示している。
【００７８】
パターンは故に、有利なことに、マイクロレンズアレイ１０１の背面に例えば印刷されることができる。光源と組み合わされ、パターンマスクは多くの実施形態において好ましくは、マスクが阻止した光を反射して光源の方に戻すように、不透明なものに代えて反射性のものにされる。光が再利用されるので、これは投射明るさを向上させる。
【００７９】
さらに、マスクは、透明／不透明以外のやり方で製造されることもでき、複数のパターンを別々の色／波長及び／又は偏光でエンコードすることができる。偏光フィルム（例えば、水平＝‘１’、垂直＝‘２’）のセグメント群から構築されるマスク（の投影）は視覚的には均一であるが、偏光フィルタを備えたカメラを用いて分析されることができる。
【００８０】
認識されるように、異なる距離に焦点を合わされる複数のパターンを組み合わせることには様々な選択肢が存在する。例えば、パターンはマスクの異なる領域を占有することができる。一例は、最も遠い焦点を生じさせるパターンをマスクの外縁部に限定し、より近くに焦点を合わされるパターンを中央部に限定するものである。これら異なるパターンは、重なり合わない同心リング状領域（“中黒の眼”）に印刷され得る。同じ同心のセグメント分けはまた、十分な光が通り抜けるようにすること等のために、部分的に重なり合うものであってもよい。
【００８１】
故に、図１のライトプロジェクタは、異なる距離に合焦される複数の光パターンを含んだ光出力を生成する。この例において、複数の光パターンは同時に生成され、故に、物体によって同時に反射されることになる。その効果により、各パターンは、そのパターンの焦点距離に近い物体上に出現させられることになる。例えば、第１の光パターンの焦点距離付近の物体上での反射は、そのパターンがその物体上に明瞭に投影されるという結果をもたらし、第２の光パターンの焦点距離付近の物体は、そのパターンがその上に明瞭に投影されることになり、等々である。故に、複数の焦点距離での複数のパターンの投射は、距離に応じて異なるパターンが出現することを可能にする。このような状況の一例を図９及び１０に示す。
【００８２】
特定の取り組みは、このようなパターン群が平面状（プレーナ）構成によって生成されることを可能にする。実際、この取り組みは、各々が異なる距離に合焦される複数の投影パターンを（同時に）作り出す実用的な手法を提供する。具体的に平面状光学素子とマイクロレンズアレイとを使用することにより、高度に実用的で有利な実装が可能にされる。実際、このライトプロジェクタは、例えば、各々製造容易なプラスチック光学素子のスタックを用いて実現され得る。また、より容易な実装は典型的に、平面状光学素子を用いるときに可能である。平面状光学素子を用いることは、例えばマウントやスタック形成などを行うことを容易にするからである。具体的な一例として、図１のレイヤ群は単に、互いに上下に配置されればよい。実際、実験のセットアップは、単に好適な平坦な光学素子を互いに上下に置き、このスタックを単に、光源１０５に使用される標準的なオーバーヘッドプロジェクタの頂部に置くことで作り上げた。また、プレーナ構成から出力される光の特性は、多くの状況において非常に有利となり得る。例えば、ライトプロジェクタは、配分型のライトプロジェクタとして機能し得るものとなり、単一点のライトプロジェクタとして現れるのではなく、大きい表面全体に光出力を供給し得る。また、プレーナスタックアプローチは、多くの実施形態において、ライトプロジェクタの有利なフォームファクタを可能にし得る。
【００８３】
多重焦点で放射されるパターンは、ライトプロジェクタからの光を反射する物体の特徴を検出するために使用されてもよい。図１１は、例えば図１を参照して説明したものなどのライトプロジェクタ１１０１を有するビジョン（視覚情報処理）システムの一例を示している。ライトプロジェクタ１１０１は、異なる距離に合焦される複数のパターンを含んだ光を放射する。その光は検出領域１１０３内に放射され得る。検出領域１１０３内には、ライトプロジェクタ１１０１からの光を反射し得る１つ以上の物体が位置し得る。故に、ライトプロジェクタ１１０１の焦点距離に近い距離で検出領域１１０３内に位置する物体は、対応するパターンを反射することになる。この例において、ビジョンシステムは、１つ以上の物体の１つ以上の特徴を放射パターンの検出に基づいて決定する機能を有する。
【００８４】
具体的には、ビジョンシステムは、検出領域１１０３をカバーするカメラ１１０５を有している。明瞭さ及び簡潔さのため、その機能を単一の捕捉画像を参照して説明することとし、故に、カメラ１１０５は単一ショット／画像カメラとし得る。しかしながら、認識されるように、カメラはビデオカメラであってもよく、また、検出は一連の画像に基づいてもよい。特に、以下の説明は、一連の画像の中の１つの画像、特にはビデオシーケンスの１フレームを参照したものと見なされてもよい。
【００８５】
カメラは、当該カメラ１１０５に検出機能をインタフェース接続する受信器１１０７に結合される。受信器は、カメラから画像信号を受信し、対応する画像を受信器１１０７に結合された検出プロセッサ１１０９へと送る。検出プロセッサ１１０９は、ライトプロジェクタ１１０１の光パターンに対応する画像内のパターンに関してパターン検出を実行するように構成される。具体的には、検出器は、取り得る放射パターンの各々に関して、何らかの合致が生じているかを見るために画像全体を評価し得る。検出プロセッサ１１０９は具体的には、画像を複数の領域にセグメント化（分割）し得る。各セグメントは、そのセグメントにおいて支配的であると考えられる何れか１つの放射パターンに対応するか、あるいは、そのセグメント内に支配的なパターンが存在しない（例えば、複数の焦点距離の何れかに物体が存在しない）かの何れかである。
【００８６】
認識されるように、好適な如何なるパターン検出アルゴリズムが用いられてもよく、当業者は或る範囲の可能なパターン検出アルゴリズムに気付くことになる。
【００８７】
検出プロセッサ１１０９は評価プロセッサ１１１１に結合されており、評価プロセッサ１１１１は、検出プロセッサ１１０９によって実行されたパターン検出に応答して、ライトプロジェクタからの光を反射した物体の特徴を決定するように構成される。評価プロセッサ１１１１は具体的には、検出プロセッサ１１０９によって実行されたセグメント化に基づいて特徴を決定し得る。
【００８８】
例えば、この手法は、検出領域１１０３内に物体が存在するかを検出するために使用され得る。例えば、ライトプロジェクタ１１０１は、物体のない部屋内に光を放射するように構成され得る。後方の壁までの距離は、複数の放射パターンの何れの焦点距離よりも長くし得る。故に、部屋内に物体が存在しないとき、光は焦点の合っていない光として後方の壁に突き当たり、その結果、支配的あるいは明瞭な如何なるパターンも存在しない。カメラは、結果的に如何なる支配的パターンをも含まない部屋の画像を記録することになる。検出プロセッサ１１０９は、それに従って、画像全体を、有意なパターンがないことに対応する１つのセグメント（又は複数のセグメント）にセグメント化することになる。評価プロセッサ１１１１は、そのセグメント化を評価し、何れのパターンも検出されないので、物体が存在しないことを決定することになる。
【００８９】
しかしながら、例えば人物などの物体が、複数の焦点距離のうちの１つに十分近く対応するライトプロジェクタまでの距離で部屋に入る場合、その物体が、より明瞭で場合により十分に焦点の合ったパターンを反射することになる。検出プロセッサ１１０９は、それに従って、このパターンに対応する少なくとも１つのセグメントに捕捉画像をセグメント化する。それに応答して、評価プロセッサ１１１１は続いて、支配的パターンを有するセグメントの存在により、物体が検出領域１１０３に入ったことを決定する。
【００９０】
このシステムは、パターン検出に基づいて、より具体的な特徴を検出してもよい。例えば、パターン認識に基づいて物体までの距離が推定され得る。複雑性の低い例として、画像は複数のパターンの各々に対応するセグメントへとセグメント化されてもよく、或るセグメントに対応する物体は、対応するパターンの焦点距離に対応する位置にあると見なされ得る。より複雑な実施形態において、システムは、１つの物体が複数のパターンのうちの２つ以上を反射することを検出できてもよい。例えば、或る物体が互いに比較的近い２つの焦点距離の間にある場合、その物体は、幾らかのぼけ（ブラー）はあるが、双方のパターンを反射し得る。これは、距離が２つの焦点距離の間にあることを決定し得るビジョンシステムによって検出され得る。一部の実施形態において、それらのパターン間の相対的なブラーが調査されて、２つの焦点距離間の間隔内の正確な距離が推定され得る。
【００９１】
他の一例として、ビジョンシステムは、物体の大きさを推定するように構成されてもよい。例えば、パターンに基づいて、先ず物体までの距離が検出され得る。そして、セグメント化を用いて、画像内の物体の大きさが決定され得る。具体的には、検出された物体に対応する画像オブジェクトを生成するように、セグメント化が評価され得る。低い複雑性の実施形態は、例えば、同一パターンに関連付けられた近いセグメント同士を単純に結合し得る。そして、画像内の物体の大きさと推定された距離とに基づいて、物体の大きさが計算され得る。
【００９２】
更なる他の一例として、ビジョンシステムは、物体の形状を推定するように構成されてもよい。例えば、その形状は、適切なパターンに対応するセグメントの形状に相当すると見なされ得る。
【００９３】
具体的な一例として、図１２は、物体の例えば高さなどの特徴を検出するためにこの手法がどのように使用され得るかを示している（この具体例において、試験物体は資金洗浄人（マネーロンダリングする人）の姿である）。この例において、ライトプロジェクタは、試験物体の上方に配置され、基準高さより上の異なる複数の高さに合焦されたパターンを作り出す。試験物体は、鉛直方向の第１の表面の相対高さに対応するパターンを反射し、結合パターン１２０１を有する画像を生じさせる。
【００９４】
この具体例において、ライトプロジェクタの特定パターンの投射は、領域の照明を提供する光照明器と組み合わされる。具体的には、システムは、領域を照明する街路灯１２０３内に実装されている。街路灯は、地面近くに例えば赤外光パターンとして光パターンを生成する。
【００９５】
そして、ビジョンシステムは、画像を処理してパターンを検出し、例えば、最も高い焦点面に対応する検出パターンとして物体の高さを決定し得る。
【００９６】
多くの状況において、記述の手法の１つの利点は、焦点面に平行な動きがモーションブラー（動きぶれ）を生じさせないことである。むしろ、多くの状況において、そのような動きは実際に、画像内に一層大きい領域の反射パターンを提供することにおいて有利となり得る。例えば、長い露光時間が使用される場合、移動物体はその経路に沿ってパターンを反射することになり、それに従って拡大された領域で所望パターンを生成することになる。物体の大きさが既知である（あるいは、その物体が静止していた以前の画像に関して推定されている）場合、パターンの広がりは、例えば移動物体の速度を推定するために使用され得る。
【００９７】
他の一例として、このシステムは、焦点面に垂直な方向の動き成分を推定するために使用され得る。例えば、反射パターンが長い焦点距離に対応するものから短い焦点距離に対応するものまで徐々に変化するビデオシーケンスをカメラ１１０５が記録する場合、ビジョンシステムは、物体がカメラの方に動いていると推定し得る。また、フレーム間の横方向の動きが、同じパターンに対応するセグメントの画像移動に基づいて推定され得る。
【００９８】
故に、例えばコンピュータビジョンと組み合わされて、多重焦点投射の使用は、静止物及び移動物の検出及び位置特定のための様々な新たな選択肢を生じさせ得る。多重焦点光投射は、例えば、近接していることが異なる役割を果たす如何なる形態の検出に使用されてもよい。実際、更には低コストのコンピュータビジョンと組み合わさって、この手法は、ライトプロジェクタから特定の距離にある物体のロバストな識別を可能にする。
【００９９】
この手法は、多くの低光量の状況において特に有利な性能を提供し得る。実際、複雑性の低いパターン検出が必要なだけであり、これはしばしば、非常に低光量の環境においてさえも許容可能な処理を可能にし得る。また、モーションブラー（例えば、長いシャッター時間により生じる）は、焦点面の方向（典型的に、調査される領域／画像内で横方向）の動きに関して、単に検出容易なパターンを生じさせるだけである傾向にある。このような動きが存在しても、パターン自体は動かないので、検出はロバストなままである。実際、モーションブラーはパターンをかえって広くする傾向にあることが実験によって示されている。従って、この方法は、比較的長いシャッター時間を用いる非常にチャレンジングな光条件においてさえも、特に適したものとなり得る。
【０１００】
先の例において、マイクロレンズアレイ１０１は（パターン特徴とともに）複数のパターンを所望の複数の焦点距離に直接的に合焦させる。これは、多くの実用用途において、特に、比較的短い焦点距離が必要な使用例において、好ましいものとなり得る。
【０１０１】
しかしながら、一部の実施形態において、マイクロレンズアレイ１０１からの光を合焦させる投射レンズを更に含むことが有利となり得る。これは、例えば、より大きい焦点距離が要求されるときにしばしば有利となり得る。
【０１０２】
図１３は、追加の投射レンズ１３０１を備えた図１のライトプロジェクタの一例を示している。投射レンズは、マイクロレンズアレイの一群の平面状光学素子とは反対側に位置付けられる。故に、パターン素子１０７−１１１からの光パターンは、先ずマイクロレンズアレイ１０１に到達し、その後、マイクロレンズアレイ１０１からの光が投射レンズ１３０１に伝搬し、そこから、光がライトプロジェクタを出ていく。
【０１０３】
マイクロレンズアレイ１０１は、ライトプロジェクタの内部に複数の焦点面を生成する。具体的には、マイクロレンズアレイ１０１からの焦点面は、投射レンズの面よりマイクロレンズアレイ側にある。この例において、マイクロレンズアレイ１０１は故に、投射レンズ１３０１の他方側ではなく、マイクロレンズアレイと同じ側にある焦点面を作り出す。結果として、投射レンズ１３０１は、複数の内部焦点面に対応する複数の外部焦点面を作り出すことになる。
【０１０４】
投射レンズの前方及び後方の仮想面及び焦点面の間の関係は、
１／ｓＦ１＋１／ｓＦ２＝１／ｆＰ                              （７）
によって与えられる。ただし、ｓＦ１は、マイクロレンズアレイとマスクとによって作り出されるパターンの焦点距離であり、ｓＦ２は、このパターンの、焦点距離ｆＰを有する投射レンズによって投射されたときの焦点距離である。幾何学配置を図１４に示す。
【０１０５】
一部の実施形態において、マイクロレンズアレイ１０１によって作り出される焦点表面は具体的に、マイクロレンズアレイ１０１自体より後方となり得る。故に、マイクロレンズアレイ１０１は、スタック内でマイクロレンズアレイ１０１自体より低い焦点面を作り出し得る。これは、多くの状況において性能向上をもたらし、具体的には、更に遠い距離に外部焦点面を生じさせ得る。
【０１０６】
一例として、説明した手法は、例えば、２０ｃｍ未満の寸法を有するライトプロジェクタによって、例えば１メートル、２メートル、４メートル及び８メートルの外部焦点距離を作り出すことを可能にし得る。
【０１０７】
実際、一部の実施形態において、投射レンズ１３０１は、非常に小型の平坦設計をもたらすようにスタックに一体化されることが可能な実質的に平面状のレンズとし得る。特に、投射レンズはフレネルレンズとして実装され得る。
【０１０８】
先の例において、光パターンは、パターンを提供するように光を減衰させる多数の受動光学素子と組み合わさって散光を提供する単一のライトプロジェクタによって作り出されていた。
【０１０９】
しかしながら、他の実施形態において、パターンは、空間的な光パターンを放射する能動光学素子によって直接的に生成されてもよい。故に、光パターンは、光を減衰させることによって生成されるのでなくてもよく、代わりに、空間パターンを有する光として直接的に生成されてもよい。
【０１１０】
そのような実施形態の一例を図１５に示す。この例は、光源１０５が取り除かれていることと、レイヤ群１０３が自身で好適パターンの光を生成する３つの能動素子を有することとを除いて、図１のライトプロジェクタに相当する。このような手法は、光源１０５を不要にし得るとともに多くの状況で性能向上をもたらし得るので、多くの実施形態において有利となり得る。
【０１１１】
特に有利な一手法は、平面状（プレーナ）発光素子のうちの１つ以上に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）アレイを用いるものである。
【０１１２】
故に、一部の実施形態において、散光源とともに受動マスクを使用することに代えて、能動ＯＬＥＤ素子が使用され得る。ＯＬＥＤ素子は、所望のパターンによって指示される位置のみで光が効率的に生成されるように、任意のパターンで容易に印刷され得る。また、ＯＬＥＤ素子は典型的にガラス基板を使用するので、一般的に透明である。このことは、本質的に下側の層からの光が通過することを可能にするので、ＯＬＥＤ素子をスタック構成に非常に適したものにする。ＯＬＥＤは具体的には、例えば可視光に対して、遮るもののない経路を提供し得る。さらに、ＯＬＥＤはインコヒーレント光を生成する。インコヒーレント光は、望ましくない干渉現象の影響をあまり受けない一層ロバストなシステムを提供するので、非常に有利となり得るものである。
【０１１３】
一部の実施形態において、ライトプロジェクタは、異なる焦点距離で複数パターンの可視光を生成し得る。これは、多くの状況において有利となり得ることであり、例えば、標準的なビジョンカメラを使用し、それにより低コストシステムを提供することを可能にし得る。他の一例として、これは、パターンの存在が自動検出機能を用いずにユーザによって直接的に検出される用途にとって有用となり得る。
【０１１４】
しかしながら、多くの実施形態において、赤外（ＩＲ）光も有利に使用され得る。故に、多くの実施形態において、光パターンは赤外光パターンである。これは、視認可能でないがビジョンシステムによって容易に検出されることが可能な複数のパターンが異なる焦点距離に生成され得るので、多くの実施形態において有利となり得る。故に、ＩＲパターンの使用は、ＩＲパターンを検出するＩＲビジョンシステムと組み合わされ得る。このような実施形態において、ビジョンシステムは、帯域幅を、生成されるパターンに対応する帯域幅に実効的に制限し得る。例えば、ビジョンシステムは可視光をフィルタリング除去してもよい。他の１つの利点は、例えば暗い物体又は黒い物体など、必ずしも可視光を十分に反射しない物体上で、ＩＲパターンは非常に明瞭となり得ることである。
【０１１５】
一部の実施形態において、ＩＲパターンの使用が可視光の放射と組み合わされてもよい。例えば、図１６に例示するように、図１５のライトプロジェクタは、マイクロレンズアレイ１０１を通して可視光を放射するように構成された可視光源１６０１を更に有し得る。
【０１１６】
可視光源１６０１は具体的には、パターン素子群１０３中を実質的に影響されずに伝搬する可視の、散光の、インコヒーレント光を生成し得る。また、このような可視の散光のインコヒーレント光に対し、マイクロレンズアレイ１０１は如何なる有意な光学効果を有していなくてもよく、故に、可視光はライトプロジェクタから放射される。従って、可視光を放射するのと同時に視認できない複数のＩＲ光パターンを異なる焦点距離で放射する非常に小型で製造容易なライトプロジェクタが作り出される。
【０１１７】
他の実施形態において、一群の素子１０３は、可視光が通過することを可能にしながら赤外光のみを阻止する受動マスクを使用してもよい。このような一実施形態において、システムは可視光源とＩＲ光源との双方を有していてもよく、あるいは実際には、単一の光源１６０１がＩＲ及び可視の双方の周波数域にわたる光を提供することができてもよい。故に、このようなシステムは、可視光がマイクロレンズアレイ１０１を含むスタック全体を、そのテクスチャのない均一性を維持しながら通過することを可能にし得る。赤外部分のみがテクスチャを付されて様々な距離に合焦される。
【０１１８】
故に、この例において、赤外光パターン及び可視光照明の投射を１つの統合システムに組み込むことができ、この投射システムは照明システムの反射素子による恩恵を受ける。この手法は、ＩＲ光に対してのみ感度を有するビジョン・検出システムとともに使用され得る。さらに、検出された物体の特徴が、例えば可視光照明を制御するために使用されてもよい。
【０１１９】
具体的な一例として、この手法は、例えば、ＩＲパターンを用いて検出された何らかの物体の高さに基づいて可視街路照明が適応され得るような街路照明に使用され得る。
【０１２０】
一部の実施形態において、１つ以上の固定されたパターン素子が、その光減衰が不透明と透明との間で制御されることが可能な光学素子で構成されてもよい。例えば、そのような制御可能な光学素子は、素子の２つの電極間の単一の電圧によって不透明度を変化させることが可能な空間的に固定されたパターンを有する電気泳動素子又は“電子インク”とし得る。このような場合、図１のパターン素子１０７−１１１は、例えば、所望の複数のパターンを提供するように個々のパターンの不透明度を制御することができる制御可能な複数の電気泳動素子で置き換えられ得る。
【０１２１】
先の例においては、複数の固定のパターン素子が、複数の光パターンを生成するために使用されていた。しかしながら、一部の実施形態においては、一群の平面状光学素子の光学素子のうちの１つ以上が、制御信号に応答して光学特性を変化させることが可能な制御可能素子を有するプログラマブル光学アレイである。
【０１２２】
プログラマブル光学アレイは具体的には、様々なディスプレイ技術にて画像を提供するために使用されているものに対応するアレイとし得る。例えば、プログラマブルアレイは、電気信号に応答して透明度を変化させることができる画素を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）アレイとし得る。この場合、図１のパターン素子１０７−１１１は、例えば、所望の複数のパターンを提供するように個々の画素を制御することができる複数のプログラマブルＬＣＤアレイで置き換えられ得る。
【０１２３】
一部の実施形態において、プログラマブルアレイは、単に入射光を変調するのではなく、光を直接的に生成し得る。例えば、図１７に例示するように、ライトプロジェクタは、単に、複数の光パターンを提供する単一のプログラマブル光放射素子１７０１を有していてもよい。一部の場合において、単一のプログラマブル光放射素子１７０１は、例えば図１の一連のパターン素子を通過する光に由来する結合パターン又は合成パターンを直接的に生成することによって、複数の光パターンを生成し得る。
【０１２４】
能動プログラマブル発光アレイは具体的に、プログラマブルＯＬＥＤ素子とし得る。
【０１２５】
プログラマブルアレイを用いることの１つの重要な利点は、パターンを動的に変更することが可能にされ得ることである。これは、例えば、異なる焦点距離を生じさせるようにパターンを適応・変更するために使用され得る。例えば、システムは先ず、１ｍくらいの隣接焦点面間距離に相当する一組のパターンを使用し得る。これは大きい領域をカバーし得る。物体が検出された場合、これらのパターンは、遙かに近い焦点面距離となるように変更され得る。例えば、これらのパターンは、隣接焦点面間距離を例えば２５ｃｍまで短縮するように変更され得る。これは、より制限された領域ではあるが、その物体に対して推定された特定の距離の周りに狙いを定めたものとなり得る領域をカバーすることになる。故に、プログラマブルアレイは、当初の大まかな距離推定を、より細かく正確な推定を実現するように改善するために使用され得る。
【０１２６】
また、先の説明は複数の光パターンが継続的且つ同時に投射される実施形態に注目したものであったが、他の実施形態においては、それらパターンのうちの少なくとも一部が時系列的に投射されてもよい。これは、例えば、１つのプログラマブルアレイを用いて達成され得る。
【０１２７】
例えば、図１７のライトプロジェクタは、第１のタイムスロット（時間帯）にて、対応するパターンを提供するように制御されるプログラマブル光放射素子１７０１によって、第１の焦点距離の第１の光パターンを放射し得る。このタイムスロットは別のタイムスロットに続かれ、そこでは、プログラマブル光放射素子１７０１は、異なる距離に対応する異なるパターンに合わせて設定される。
【０１２８】
検出は、例えば、パターンがどの画像で出現したかを見るために、複数の画像を考慮することによって変更されてもよい。具体的な一例として、各タイムスロットはビデオシーケンスのフレームに対応してもよく、それにより検出が容易にされ得る。しかしながら、他の状況において、タイムスロットは、単一の画像の露光時間中に上記複数のパターンのうちの複数個、そして可能であれば全てが投射され得るような短い期間を有するようにされ得る。この場合、その画像はその複数のタイムスロットのうちの何れかで反射された如何なるパターンをも反映することになるので、複数の投射パターンの時系列性は検出に必ずしも影響を与えない。
【０１２９】
このような順次パターン投射の１つの利点は、実装がより現実的となり、例えば、より単純な実装をもたらし得ることである。また、複数のパターンが互いに分離されたままにすることが可能にされ得る。実際、この手法は、一度に１つのパターンのみが投射されることを可能にし、故に、異なる複数のパターンの合成又は組合せが存在しない。これは、多くの実施形態において、改善されたフォーカシング及びシステム全体としての性能向上を可能にし得る。
【０１３０】
先の説明は、スタック内の光学素子の平面次元に平行なパターンの合焦面の生成に注目してきた。
【０１３１】
しかしながら、一部の実施形態において、複数の光パターンのうちの１つ以上が、非平面状の焦点表面、又は（及び）マイクロレンズアレイの面に平行でない焦点面をもたらすように構成されてもよい。
【０１３２】
例えば、パターンは、光学素子の面に対して傾斜（チルト）されるように生成されてもよい。すなわち、マスクを傾斜させることなく、平面状のパターンが傾斜され得る。これは、パターン全体での空間的な反復率を徐々に変化させることによって達成されることができる。
【０１３３】
このような手法は、多くの状況において有利となり得る。例えば、このような手法は、壁に対する角度を校正するために使用され得る。例えば、ライトプロジェクタは、（例えば、異なる複数の角度に関して事前に校正されたパターンとともにプログラマブルアレイを用いて）所望のチルト角を有するパターンを生成するように設定され得る。そして、ライトプロジェクタは、適切な距離で壁の方に向け直され、パターン全体が壁上で明瞭になるまで回転され得る。それで、壁に対するライトプロジェクタの角度は、そのパターンに対して設定された角度に一致する。
【０１３４】
実際、パターンを変化させることによって、ライトプロジェクタの前に実質上如何なる所望の３次元焦点パターンをも作り出すことが可能である。例えば、非平面状の焦点面は、図６に示されるようなパターンによって生成され得る。このような非平面状の焦点面を使用することの１つの利点は、物体が３Ｄ空間内の非平面の外縁と交差するときに物体の検出を可能にすることである。別の１つの用途は、例えば製造プロセスの一部として、物体の（非平面）形状を確認することである。
【０１３５】
認識されるように、以上の記載は、明瞭化のために、異なる複数の機能回路、ユニット及びプロセッサを参照して本発明の実施形態を説明している。しかしながら、明らかなように、本発明を逸脱することなく、異なる複数の機能回路、ユニット又はプロセッサ間で好適な如何なる機能の分配が行われてもよい。例えば、別々のプロセッサ又はコントローラによって実行されるように示された機能が、同一のプロセッサ又はコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット又は回路への言及は、厳密な論理的あるいは物理的な構造又は編成を表すものではなく、記述される機能を提供するのに好適な手段への言及としてのみ理解されるべきである。
【０１３６】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組合せを含む好適な如何なる形態で実装されてもよい。本発明は場合により、少なくとも部分的に、１つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサの上で走るコンピュータソフトウェアとして実装され得る。本発明の実施形態の素子及び構成要素は、何らかの好適な手法で物理的、機能的及び論理的に実装され得る。実際、機能は、単一ユニットにて、複数のユニットにて、あるいはその他の機能ユニットの一部として実装され得る。このように、本発明は単一ユニットにて実装されてもよいし、異なる複数のユニット、回路及びプロセッサ間で物理的及び機能的に分散されてもよい。
【０１３７】
一部の実施形態との関連で本発明を説明してきたが、本発明はここで説明された特定の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるものである。また、或る機能が特定の実施形態との関連で記載されているように見えることがあるかもしれないが、当業者によって認識されるように、記載の複数の実施形態の様々な特徴が本発明によって組み合わされ得る。請求項において、有するなる用語は、その他の要素又はステップの存在を排除するものではない。
【０１３８】
また、個別に列挙されているとしても、複数の手段、素子、回路又は方法ステップが、例えば単一の回路、ユニット又はプロセッサによって実装されてもよい。さらに、個々の特徴が異なる請求項に含まれていることがあるが、それらは場合により有利に組み合わされることができ、異なる請求項に含まれることは、特徴の組合せが実現可能且つ／或いは有利でないことを暗示するものではない。また、或る特徴が１つのカテゴリーの請求項に含まれることは、そのカテゴリーへの限定を暗示するものではなく、むしろ、その特徴が適宜その他のクレームカテゴリーにも等しく適用され得ることを指し示すものである。また、請求項中の特徴の順序は、それらの特徴が機能されなければならない何らかの特定の順序を暗示するものではない。特に、方法クレームにおける個々のステップの順序は、それらのステップがその順に実行されなければならないことを暗示するものではない。むしろ、それらのステップは好適な如何なる順序で実行されてもよい。さらに、単数形での言及は、複数であることを排除するものではない。故に、“ａ”、“ａｎ”、“第１の”、“第２の”などへの言及は、複数であることを排除しない。請求項中の参照符号は、単に例を明瞭にするものとして提示されており、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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