(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの投影パターンを使用する投影構造化光用の装置において、
複数の列に配列された発光体アレイであって、前記複数の列は、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第１の列と、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第２の列とを含み、且つ前記複数の列は、列毎に可変数の動作発光体を含む、発光体アレイと、
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記投影パターンの第１の部分を形成し、且つ、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記投影パターンの第２の部分を形成するためのパターン生成器と、
を備え、
前記投影パターンの前記第１の部分と前記第２の部分は重なり合っておらず、前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記投影パターンの前記第１の部分のスペックルノイズが低減され、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記投影パターンの前記第２の部分のスペックルノイズが低減され、列毎の前記可変数の動作発光体は、前記投影パターンの投影線毎に異なるレベルの光度を提供する、装置。
【請求項２】
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体は、パターン全体のうちの一つの横列または一つの縦列を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体は一つのサブパターンを形成するように重なり合う光を放射し、前記パターン全体は複数のサブパターンを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
等しい数の発光体が前記複数の列に設けられ、それらの内の所定の列にある所定の複数の発光体が、低光光度をもたらすためにオフに切り換えられる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の列に異なる数の発光体がそれぞれ設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
各列に異なる長さおよび一定の発光体間距離を設定することによって前記異なる数の発光体が設けられる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の列の各列に異なる発光体間距離を設けることによって前記異なる数の発光体が設けられる、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記投影パターンの区域を複製して視野を充填するように構成された回折素子を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
列間間隔およびコリメートレンズの焦点距離は、前記投影パターンの線間の角度広がりを規定するように予め決められる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記投影パターンの線間の角度広がりは全ての隣接する投影線について一定である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記発光体アレイは、レーザーバーおよびＶＣＳＥＬアレイからなる群のうちの一つの構成要素を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
複数の投影線を備える構造化光投影のための方法であって、
複数の列に配列された複数の独立コヒーレント光発光体から光を放射することと、ここで、前記複数の列は、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第１の列と、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第２の列とを含み、且つ前記複数の列は、列毎に可変数の動作発光体を含み、
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第１の線を形成し、且つ、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第２の線を形成することと、
を備え、
前記第１の線と前記第２の線は重なり合っておらず、前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第１の線のスペックルノイズが低減され、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第２の線のスペックルノイズが低減され、列毎の前記可変数の動作発光体は、前記複数の投影線の投影線毎に異なるレベルの光度を提供する、方法。
【請求項１３】
前記列の軸に直交する軸に沿う所与の列の光をコリメートすることを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数の投影線を備える区域を一回または複数回複製して視野を充填することを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記投影線間の角度広がりを規定するように、前記複数の列の隣接する列間の間隔およびコリメートレンズの焦点距離を固定することを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記投影線間の角度広がりを、全ての隣接する投影線間で一定に規定することを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
移動またはジェスチャによる操作のためのユーザインターフェースシステムであって、複数の投影線を用いる構造化光投射装置を備え、当該構造化光投射装置が、
複数の列に配列された発光体アレイであって、前記複数の列は、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第１の列と、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第２の列とを含み、且つ前記複数の列は、列毎に可変数の動作発光体を含む、発光体アレイと、
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第１の線を形成し、且つ、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第２の線を形成するライン生成器とを備え、
前記第１の線と前記第２の線は重なり合っておらず、前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第１の線のスペックルノイズが低減され、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第２の線のスペックルノイズが低減され、列毎の前記可変数の動作発光体は、投影線毎に異なるレベルの光度を提供する、
ユーザインターフェースシステム。
【請求項１８】
複数の投影線を使用する投影構造化光用の装置において、
複数の列に配列された発光体アレイであって、前記複数の列は、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第１の列と、互いにインコヒーレントな少なくとも２つの独立発光体を含む第２の列とを含み、且つ前記複数の列は、列毎に可変数の動作発光体を含む、発光体アレイと、
前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第１の線を形成し、且つ、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体からの光を重ね合わせて前記複数の投影線の第２の線を形成するライン生成器と、
を備え、
前記第１の線と前記第２の線は重なり合っておらず、前記第１の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第１の線のスペックルノイズが低減され、前記第２の列の前記少なくとも２つの独立発光体の相互インコヒーレント性により、前記第２の線のスペックルノイズが低減され、列毎の前記可変数の動作発光体は、投影線毎に異なるレベルの光度を提供する、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部の実施形態において、３Ｄ感知用の構造化光感知生成に関し、より詳細には、限定ではないが、複数の発光体のパターンの重なりを使用する構造化光方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
とても一般的であるが、構造化光感知は、格子または複数の水平バーなどの既知のパターンをシーン上に投影するプロセスである。当該格子やバーが表面にぶつかったときに連続するかまたは連続、変形および変位しない方法によって、シーン内の物体の奥行きと表面の情報を視覚システムが計算できるようにする方法である。３Ｄスキャナでは構造化光（structured light）が使用されることがある。
【０００３】
構造化光は目に見えないかまたは知覚できないことがしばしばあり、このためユーザがその存在に気付かずに当該構造化光を使用することができる。
構造化光照明装置の一構成要素は、３Ｄ走査プロセスで測定されるシーンに投影される光パターンの作成である。従来技術は、固定パターンにほぼ基づく空間的構造化光と、動的に変化するパターンに基づく時間的な構造化光とを含む。２つの方法のいずれかで光パターンが作成される。第１の方法では、単一の発光体が一連の光学素子を介して投影されて全体パターンを生成する。第２の方法では、複数の発光体の各々がパターンの部分を生成するように複数の発光体が光学素子を介して画像化または投影される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術における複数発光体の使用方法はいくつかのカテゴリに分けることができる。あるカテゴリでは、特定の発光体に直接取り付けられた小型レンズ（lenslet）によって個々の発光体がまずコリメートされ、そして、視野全体にわたってコリメートされたビームアレイから遠視野像（far field pattern）が生成される。
【０００５】
第２のカテゴリでは、まず発光体の規則的でない配置が遠視野像の小部分に投影され、その後、当該配置が大きな視野をカバーするように複製される。
第３のカテゴリでは、複数の個別回折光学素子が、遠視野像の特定の部分を生成する各発光体の正面に配置される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
２つ以上の独立発光体によって投影パターンを生成し、異なる複数の発光体からの光が重なり合うように各発光体からの光を当該パターンの軸に沿って広げる。当該パターンは一つの線であってよいし、ある区域（block）を覆う投影を形成するために追加の列を発光体のアレイが提供してもよい。当該区域は、前記パターンの正方形タイルまたは長方形タイルであり、複数のタイルが被走査領域全体にフィットし得る。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、少なくとも１つの投影パターンを使用する投影構造化光用の装置が提供され、その装置は、各々が前記投影パターンの一部を生成するように構成された少なくとも２つの独立発光体と、各発光体からの光を各パターン軸に沿って重ね合わせて前記投影パターンを形成させるパターン発生器とを備える。
【０００８】
「重なり合う」という用語は、投影パターン上の点が、少なくとも２つの別々の独立発光体から光を受け取ることを示すために使用される。複数の発光体自体はコヒーレントであり得るが、互いにインコヒーレントであるという点で独立している。換言すれば、各発光体はコヒーレント光を生成する。しかし、２つの異なる発光体は、互いにコヒーレントではなく、言い換えれば互いにコヒーレントではない。
【０００９】
典型的には、少なくとも２つの独立発光体は発光体列の一部または全部を構成し、パターンは一つの線または一つの曲線であってよく、複数のサブパターンの複合物のこともある。なお、光パターンを見るときの視点に応じて、用語「列（横列）」は縦列と交換可能である。
【００１０】
パターンが線である場合、コリメータが、所与の列の光を線の軸に直交する軸にコリメートし得る。
ある実施形態は、列毎に可変数の動作発光体を含むことができ、それによって、投影線または他のパターン毎に異なるレベルの光度（intensity）を提供することができる。
【００１１】
ある実施形態では、複数の列に等しい数の発光体が設けられ、そのうちの所定の列の所定の発光体は、より低いレベルの光の光度を提供するようにスイッチオフされる。
あるいは、当該列に異なる数の発光体がそれぞれ設けられる。
【００１２】
ある実施形態では、各列に異なる長さおよび一定の発光体間距離を設定することによって異なる数の発光体が設けられる。
ある実施形態では、各列に異なる発光体間距離を設けることによって異なる数の発光体が設けられる。
【００１３】
投影線の区域を複製して視野を充填するために回折素子が使用され得る。
投影線間の角度広がりを規定するように列間間隔および／またはコリメートレンズの焦点距離が予め決められ得る。
【００１４】
投影線間または他のパターン間の角度広がりは全ての隣接する投影線について一定であり、それによって、複数の投影線に規則的なパターンを与える。
独立発光体は、例えばレーザーバーまたはＶＣＳＥＬアレイを用いる、発光体アレイとして配列され得る。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、複数の投影線を備える構造化光投影のための方法が提供される。その方法は、複数列に配列された複数の独立コヒーレント光発光体から光を発光し、所与の列の各独立コヒーレント光発光体からの光を、線の軸に沿って重ね合わせて、各インコヒーレント光投影線を生成することを備える。
【００１６】
本方法は、線の軸に直交する軸に沿う所与の列の光をコリメートすること、および／または、異なる複数の列が異なる光度の複数の投影線を提供するように列毎に発光体の動作数を異ならせることを含み得る。
【００１７】
本方法は、複数の投影線を備える区域を一回または複数回複製して視野を充填することを伴い得る。
本方法は、投影線間の角度広がりを規定するように列間間隔および／またはコリメートレンズの焦点距離を固定することを含み得る。
【００１８】
本方法は、複数の投影線に規則的なパターンを与えるように、全ての隣接する投影線間で投影線間の角度広がりを一定に規定することを含み得る。
本発明の第３の態様によれば、移動またはジェスチャによる操作のためのユーザインターフェースシステムが提供される。そのシステムは、複数の投影線を用いる構造化光投射装置を備え、当該構造化光投射装置は、各列が複数の投影線の対応する一つを生成するように構成された独立発光体の複数の列と、所与の列の各発光体からの光を各線の軸に沿って重ね合わせて投影線を生成するライン生成器とを含む、
本発明の第４の態様によれば、投影線を備える３Ｄ投影光パターンが提供され、投影線中の光が複数のコヒーレント光光源によって提供され、当該光源が相互にインコヒーレントであり、各光源からの光が重ねられて各投影線を形成する。
【００１９】
本発明の第５の態様によれば、複数の投影線を有する投影構造化光用の装置が提供され。その装置は、各列が各投影線を生成するように構成された独立発光体の複数の列と、所与の列の各発光体からの光を、各線の軸に沿って重ね合わせて前記複数の投影線のうちの対応する１つを生成するライン生成器とを備える。
【００２０】
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および／または科学用語は本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味である。本明細書に記載された方法および構成と類似または同等の方法および構成を本発明の実施形態を実施または試験するのに使用できるが、例示的な方法および／または構成を以下に記載する。衝突が生じた場合、定義を含めて本特許明細書が規制する。なお、構成、方法および例は例示に過ぎず、必ずしも限定的なものではない。
【００２１】
本発明の実施形態の方法および／またはシステムの実装は、選択されたタスクを手動で、自動的に、またはそれらの組み合わせで実行または完了することを含むことができる。さらに、本発明の方法および／またはシステムの実施形態の実際の計装および装置によれば、いくつかの選択されたタスクは、ハードウェアによって、ソフトウェアによって、またはファームウェアによって、またはオペレーティングシステムを用いるそれらの組み合わせによって実施することができる。
【００２２】
例えば、本発明の実施形態に従う選択されたタスクを実行するためのハードウェアは、チップまたは回路として実施することができる。ソフトウェアとしては、本発明の実施形態に従う選択されたタスクは、任意の適切なオペレーティングシステムを使用するコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実施することができる。本発明の例示的な実施形態では、本明細書に記載の方法および／またはシステムの例示的な実施形態に従う１つまたは複数のタスクは、複数の命令を実行するためのコンピューティングプラットフォームなどのデータプロセッサによって実行される。任意選択で、データプロセッサは、命令および／またはデータを格納するための揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを記憶するための磁気ハードディスクおよび／またはリムーバブルメディアなどの非揮発性メモリを含む。任意選択で、ネットワーク接続が設けられる。ディスプレイおよび／またはキーボードまたはマウスなどのユーザ入力装置も任意選択で設けられる。
【００２３】
本発明の一部の実施形態を添付図面を参照して単なる例としてここで説明する。図面に対する詳細で特定の参照がある場合には、それは例としてであり本発明の実施形態の説明のためであることを強調しておく。これに関して、図面を用いた説明は本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のいくつかの実施形態に従う３Ｄ光走査を使用してコンピュータスクリーンを制御するために使用される手ジェスチャを示す概略図であり、投影線を誇張して示す。
【図２】本発明の一実施形態に従う投影光パターンを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従う、光パターンを最小スペックルノイズで生成する装置を示す簡略ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う発光体の列を示す簡略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従うコリメートを概略的に示す簡略図である。
【図６】本発明の一実施形態に従う、異なる複数の発光体からの光がどのように重なり合って投影線を形成するのかを誇張して示す簡略図である。
【図７】図３の実施形態の変形例であり、複数の別々の光学素子の全ての機能を単一の光学素子が果たす。
【図８】本発明の一実施形態の動作を示す簡略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、一部の実施形態において、３Ｄ感知用などの構造化光生成に関し、より詳細には、ただし限定ではないが、複数の発光体のパターンの重なりを使用する構造化光生成方法および装置に関する。
【００２６】
構造化光は複数の投影線を含むことができ、各投影線に対し複数の独立発光体列が設けられる。ライン生成器が、所与の列のそれぞれの発光体からの光を、この線の軸に沿って重ね合わせて投影線を形成する。当該発光体自体はコヒーレント光を放射するが、複数の発光体は互いにインコヒーレントである。それら個別のつまり互いにインコヒーレントな発光体は、投影線に沿って並べられた光がインコヒーレントであることを保証し、重なり合いによってスペックルノイズが最小限に抑えられるようにする。
【００２７】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、本発明を適用する際に、以下の説明に記載される構成要素の構造および装置および／または方法および／または図面および／または実施例に示したものに限定される必要はないと理解される。本発明は他の実施形態が可能であり、または、様々な方法で実施または実行されることが可能である。
【００２８】
図面を参照すると、図１はバーチャルリアリティマスク１４を介してスクリーン１２を制御するためのジェスチャを手１０が行っていることを示す簡略化された概略図である。このバーチャルリアリティマスクは、以下で詳細を述べるが、カメラおよびパターン形成光学系を含む。
【００２９】
この光学系から例えば前記手を含む視野内に光パターンが照射される。このパターンは曲線であってよいし、直線であってよいし、または、複数の単純なパターンの複雑なパターンであってよい。パターンの一例は直線である。一例では複数の平行直線が使用されることがある。
【００３０】
検出領域に投影されると、おそらく当該パターンの端部を除くパターン内の所与の点が２つ以上の発光体からの光を受光するように、パターンの範囲内において異なる複数の発光体からの光が重なり合うか混合される。
【００３１】
前記スクリーン上かその周囲に、あるいは図示したようにカメラ上に配置される光学系１６から複数の投影線のストライプ状の光パターンが照射され、それら投影線は、図示の目的で誇張されているように手の形状によって歪む。当該投影線の歪みとともに手の画像をカメラが取得し、その歪みを用いて物体１０が実際に手であると判定するとともに、当該手の場所、向き、および内部特徴の位置を判定してジェスチャまたは例えば姿勢などを特定する。
【００３２】
図２は、本発明に従う典型的なストライプ状の光パターンを示す簡略図である。ほぼ均一に分布した明るい縞が視野全体にわたって投影線として照射される。投影線の歪みはその下にある物体の形状を示す。つまり、ある物体上に線が投影されると、その線は当該物体の輪郭に応じて歪む傾向がある。投影線の変位は、関心のある３Ｄ領域内への奥行きの指標を与える。空間内にある物体の奥行きを、三角測量法における２つの検出器での角度から決定することができる。
【００３３】
ある実施形態の装置を示す簡略化したブロック図である図３を参照する。図３では、複数の独立発光体２２の複数の列２０が規則的アレイ２４に設けられている。各列が複数の投影線のうちの１つを生成する。典型的には投影線は矢印２５によって示される列の軸に沿っている。
【００３４】
独立発光体２２の各々は典型的にはコヒーレント光を出射する。これら発光体は、異なる複数の発光体から出射された光が相互にコヒーレントではないという意味で独立している。
【００３５】
複数の発光体からの光を視野全域の投影パターンに変換するために、光学装置２６が設けられる。この光学装置は点状の光を軸に沿って広げるライン生成器２８からなる。選択された軸は列方向２５の軸であり、そして、複数列の発光体とともにライン生成器を使用することの効果は、所与の列にある異なる複数の発光体からの光を線の軸に沿って重ね合わせて投影線を形成させることである。
【００３６】
投影線を区別できるようにするために、コリメータ３０が所与の列の光を、その線の軸に直交しかつ列を横切る軸にコリメートする。
複数の個別の線が区別できるものであると、画像解析が簡単になる。本実施形態は輝度または光度によって各線を識別できるようにしている。列パターン自体は一様であっても各列が独自の光度を有するように、各列に異なる数の発光体を使用することができる。画像解析が物体のエッジなどの不連続箇所に続く正しい投影線を取得することができるように、暗い列を明るい列に散在させることができる。従って、異なる列が異なる光度の投影線を提供すべく、列毎に発光体の動作数を異ならせるように、発光体は切り替え可能にすなわちオンオフ切替されるように設計されてよい。
【００３７】
発光体をスイッチオフする代わりに、ある実施形態は、各列に同じ数の動作発光体を保持する一方で各列の駆動電流を異ならせることによって、異光度のものと同じ結果を得る。駆動電流を異ならせることは、ハードウェア内に含める設計でもよく、ドライバによって制御可能であってもよい。
【００３８】
さらなる代替案では、前記アレイ内の異なる複数の列が異なる長さであり、異なる光度を得るために等間隔の複数の発光体が異なる数で設けられる。この実施形態の変形例では、異なる複数の列で発光体間の間隔が異なっている。
【００３９】
光度の異なる複数の線を得るために、上記の実施形態を任意に組み合わせることができる。実施形態を組み合わせる理由は、被照明領域がより高いコントラストを必要とする場合に光度差を増加させるさらなる選択肢を持たせるとともに他の光度差のレベルを提供することである。
【００４０】
例示的な実施形態は、２種類の列すなわち高光度列および低光度列を有する規則的なグリッドアレイを使用し、低光度列の動作発光体は高光度列のものよりも少ない。しかし、列の種類は発光体の数によって規定されず、列当たりの出力によって規定される。
【００４１】
高光度列および低光度列の両方で発光体間距離は同じであり、列間距離も一定である。
複数の投影線を視野全体にわたって一括で投影する必要はない。その代わりに、全ての投影線が特有であるタイルを生成し、そのタイルを多数回投影することができる。単一の要素が単一次元内にタイル状になっているマルチスポットまたは回折素子３２を使用することができる。第２の次元内にタイル状にするために２つのそのような要素を使用することができ、そのタイルまたは区域を複製して視野を充填することができる。
【００４２】
投影線の幅はコリメータおよびコリメートレンズの焦点距離によって設定することができる。列２２間の間隔およびコリメートレンズの焦点距離が、隣接する投影線の間の角度広がりを規定することができる。一般に、隣接する投影線の間の角度広がりは、均一パターンを得るために一定に保たれる。
【００４３】
複数の独立発光体が発光体アレイ２４として整列配置することができ、アレイは、レーザーバーまたは垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイで構成することができる。ＶＣＳＥＬアレイは、ウェハ内の複数の半導体レーザのモノリシック構造物を含むことができ、光線放出方向はウェハ表面に対して直角である。
【００４４】
図４、５、６は、投影線の形成を示す模式図である。図４に示すように、発光体の列が光を放射するが、その光は個々の発光体ではコヒーレントであるが発光体間では相互にインコヒーレントである。
【００４５】
結果として光スポットの列が得られ次に図５のようにコリメートされて予め設定された列境界から外に広がらない光線が得られる。
図６は、どのように各スポットがライン生成器によって列の軸に沿って延びる線へと変換されるかを示す誇張された図である。発光体が相互にインコヒーレントであるので、線は重なり合うけれどもスペックルノイズは低減される。
【００４６】
図３の装置の変形例を示す図７を参照する。ここでは図３の全ての光学部品が単一の統合光学素子によって置き換えられている。統合光学素子３４は、各列用に光をコリメートし、各列の光を列の軸に沿って広げて各投影線を形成し、タイリングを実行する。
【００４７】
複数の投影線および複数の独立発光体を用いる構造化光走査方法を示す簡略化されたフローチャートである図８を参照する。ボックス４０によって示すように、複数列の独立発光体がアレイ状に配置され、アレイ要素から光が出射される。説明したように、アレイ要素は、コヒーレント光を提供できるが相互にインコヒーレントであるという点で、独立している。所与の列の異なる複数の発光体からの光は、例えばライン生成器を使用して列の軸に沿って広げられ４２、図６に関して上述したように、当該列の異なる複数の発光体からの光を線の軸に沿って重ね合わせて各投影線を形成する。
【００４８】
光は列の軸に沿って広げられるが、その光は直交軸にコリメートされて４４、はっきりとした複数列を形成する。
言及したように、各列は、例えば各列に異なる数の要素を設定することによって、独自の光度を持たせることができる。他の方法は異なる電流で各列を駆動することを含むことができる。その結果、独自の光度パターンを持つタイルが得られる。その後、そのタイルは視野を埋めるように複製され得る。そのタイル内に、典型的には２つ以上の光度レベルを使用することができ、一連の光度を識別することによって独自性を得ることができる。例えば、「高、低、高、高」パターンは独自であるが、個々の線については多数の光度レベルを使用しない限り独自ではない。
【００４９】
線生成と光学系について詳細に検討する。複数発光体を使用することの利点は、スペックルノイズを大幅に低減する能力である。しかし、このような利点は、異なる複数の発光体を使用して重ね合わせる方法で同じパターンを照射する場合にのみ実現することができる。そのため、複数の実施形態では以下のパターン形成技術を使用し得る。当該パターンは一方では構造化光用途に適し、他方では追加の発光体重複照明用途に容易に役立つ。
【００５０】
レーザーバーやＶＣＳＥＬアレイなどの規則的発光体アレイが使用される。１つの軸をコリメートし第２の直交軸に沿った線を生成する一連の光学要素がそれら発光体の後に続く。この線の方向は、一つの発光体列が一連の重なる線を生成するように、発光体アレイの複数の列に正確に整列されてよい。
【００５１】
各発光体が同じ線を生成するので、いくらかの小さな横方向シフト内で、強調された線の全長に沿って各発光体からの異なる線が重なり合う。発光体が異なるので、光はインコヒーレントであり、異なる発光体からの光の間に干渉はなく、その結果、線パターンにおけるスペックルノイズが大幅に低減される。整列のずれが線の幅を大きくする効果を有することかあるので、アレイ軸と線の方向との慎重な整列が行われ得る。各発光体によって形成される線がわずかに異なる位置で終わるので、線のエッジで重なりは止まる。つまり、異なる線終点は互いに対してずれる。しかしながら、異なる線が終わる範囲は、典型的には、線の長さに比べて小さくてよい。
【００５２】
同じ単一光学素子を使用すると、規則的に離間したアレイとしての各発光体列は、投影パターン内の単一の線を生成することとなる。各投影パターン線が単一の列に対応した状態で、投影パターンの複数の線は等間隔に配置される。各投影パターン線は、複数の発光体からの重複線を含み、特にその列の各発光体からの１つの線を含む。線間の角度広がりは、発光体列間の実際の間隔およびコリメートレンズの焦点距離によって固定される。
【００５３】
典型的には、所与の列２２内のあらゆる追加の発光体２０は、光がよりインコヒーレントになるので投影線のスペックルノイズをさらに低減することができる。すると、列２２の数は光学素子によって生成される投影線の数を決定し得る。より多くの投影線を得るために、単純な回折光学素子（ＤＯＥ）３２を使用して上述のように投影線パターンを何度か複製することができる。
【００５４】
パターンをさらに強調するために、各列内のアクティブ発光体の数を制御することによって各投影線の光の相対的光度を制御してよい。規則的アレイ２４を使用する場合でも、各線から少数の発光体を除去することによってアクティブな発光体の数を減らすことができる。このようにして、各投影線を所定の線光度に設定することができ、当該所定の線光度は解析ソフトウェアによって個々の投影線を認識するために使用され得る。
【００５５】
ある実施形態は、上記パターン形成技術用の単純化された光学設計を使用する。すべての発光体に共通の単一の共通光学素子３４が使用されて、それら発光体の規則的な配置を所望の遠視野像または投影パターンに変換する。遠視野像の独自の規則性がこの技術を有効なものとし得る。その光学系は、コリメータと、ライン生成器と、線パターンを複製して視野を満たすためにマルチスポットまたはＤＯＥとを含む。
【００５６】
少なくとも一部の実施形態によって以下の利点が明らかとなる。
上記実施形態は、コヒーレント光が存在する場合に通常発光体パターンの重なりによって、スペックルノイズの効果的な低減を可能にすることができる。
【００５７】
上記実施形態は、個別投影線内の複数の光源の重なりにより、全体的な線均一性を改善することができる。
上記実施形態は、すべての独立発光体に共通の単純光学系を使用することができる。
【００５８】
説明したように、上記実施形態は、各列のアクティブ発光体の数を設定することによって線の光度を制御することができる。
上記実施形態は、発光体アレイレイアウト内での列から列までの間隔を設定することおよび／またはコリメートレンズの焦点距離を設定することによって線の角度間隔を制御することができる。
【００５９】
ある実施形態では、複数の発光体が複数の発光体サブセットであって、各サブセットが個別にオン／オフ切替え可能であるかまたは個別に駆動電流を制御可能である、複数のサブセットに区分けされることができる。
【００６０】
一実施形態では、複数のサブセットへの区分けは横列／縦列に基づくものであり、各横列／各縦列が個別にアドレス可能である。あるいは、いくつかの横列／いくつかの縦列を集めて１つのサブセットにすることができる。一例として、奇数横列／奇数縦列を集めて１つのサブセットにすることができ、偶数横列／偶数縦列を集めて別のサブセットにすることができる。各サブセットをデータキャプチャと同期して交互に使用することで、動的パターンを作成して解像度を向上させることができる。
【００６１】
本特許の存続期間中この出願以降の成熟によって多くの関連する光学的発光体および投影解析技術が開発されると予想され、対応する用語の範囲はこうした新技術すべてを先験的に包含することを意図する。
【００６２】
用語「備える（comprises、comprising）」、「含む（includes、including）」、「有する」およびそれらの変化形は、「含むがこれに限定されない」を意味する。
「からなる（consisting of）」という用語は、「含みかつ限定する」を意味する。
【００６３】
本明細書で使用した単数形「a」、「an」「the」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形の参照を含む。
明確にするために、別個の実施形態の文脈で説明される本発明の特定の特徴を単一の実施形態に組み合わせてもよく、上記の説明は、こうした組み合わせを明示的に記載したものとして解釈すべきである。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載される本発明の様々な特徴を別個にまたは任意の適切なサブコンビネーションにしてよく、または本発明の任意の他の記載された実施形態において適切なものとしてよく、これらの別個の実施形態が明示的に記載したものとして解釈すべきである。様々な実施形態の文脈で説明された特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしで動作不能でない限り、それら実施形態の本質的な特徴と見なすべきではない。
【００６４】
本発明をその特定の実施形態をもって説明してきたが、当業者には多くの代替、変更および変形できることが明らかである。従って、添付の特許請求の範囲の技術的思想および広い範囲内に入るそのような代替物、改変物および変形物の全てを包含することが意図される。
【００６５】
本明細書で言及した全ての刊行物、特許または特許出願は、それらに記載されているのと同範囲で具体的かつ個別に参照により本明細書に組み入れられる。さらに、本出願における任意の参考文献の引用または特定は、そのような参照が本発明の先行技術として利用可能であることを認めるものと解釈されてはならない。章見出しを使用した場合に、それらが必ずしも限定的であると解釈すべきではない。
【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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