(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化光パターンを生成するためのシステムであって、前記システムは、
光を生成するレーザアレイであって、同レーザアレイが少なくとも２つのレーザのサブセットにグループ化される複数のレーザを含み、前記少なくとも２つのレーザのサブセットの各々が独立して切り替え可能であるレーザアレイと、
複数のセルを含む光学素子であって、前記複数のセルの各々が、前記レーザアレイの対応するレーザからの光を受承するように、同レーザアレイの対応するサブセットに位置合わせされており、かつ各セルは、局所領域に投影される構造化光パターンの対応する部分を形成するために、同セルを通過する受承された光に変調を個々に、かつ動的に適用し、前記構造化光パターンは、第１の部分と前記第１の部分とは異なる変調を有する第２の部分とを少なくとも含み、前記第１の部分は前記複数のセルの第１のセルによって部分的に生成され、前記第２の部分は前記複数のセルの第２のセルによって部分的に生成され、かつ前記構造化光パターンの前記第１の部分は関心領域に投影される光学素子と、
前記局所領域内の関心領域を決定するために、同局所領域の１つまたは複数の画像を分析するように構成されているコントローラと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記変調が、回折変調、屈折変調、回折変調と屈折変調との組み合わせと、からなる群より選択される１つの要素である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つのサブセットのうちの前記レーザアレイのサブセットおよびその対応するセルは、単一の成形素子から構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のセルのうちの１つのセルの幅は、１ｍｍ以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のセルの１つまたは複数は、少なくとも１つの捕捉フレームを受承し、かつ分析することに基づいて前記構造化光パターンに対する変更を動的に提供するように制御可能であり、前記フレームは、二次元レイアウト内に複数の画素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記動的制御は、前記構造化光パターンの第１の部分に増大した解像度を備えた構造化光パターンを適用するように構成可能であり、かつ前記局所領域の第２の部分に低減した解像度を備えた構造化光パターンを適用するように構成可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記構造化光パターンの変更が、光学素子に関連する複数のセルのうちの少なくとも１つのセルにおける変更を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記構造化光パターンの変更が、光学素子に関連する複数のセルのうちの少なくとも１つのセルにおける変更を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記構造化光パターンの変更が、複数のセルのうちの少なくとも１つのセルにおける変更を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数のセルは、前記生成された構造化光パターンの位置及び形状に関してさらに制御可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
構造化光パターンを生成するためのシステムであって、前記システムは、
光を生成するレーザアレイであって、同レーザアレイが少なくとも２つのレーザのサブセットにグループ化される複数のレーザを含み、前記少なくとも２つのレーザのサブセットの各々が独立して切り替え可能であるレーザアレイと、
複数のセルを含む光学素子であって、前記複数のセルの各々が、前記レーザアレイの対応するレーザからの光を受承するように、同レーザアレイの対応するサブセットに位置合わせされており、かつ各セルは、局所領域に投影される構造化光パターンの対応する部分を形成するために、同セルを通過する受承された光に変調を個々に、かつ動的に適用し、前記構造化光パターンは、第１の部分と前記第１の部分とは異なる変調を有する第２の部分とを少なくとも含み、前記第１の部分は前記複数のセルの第１のセルによって部分的に生成され、前記第２の部分は前記複数のセルの第２のセルによって部分的に生成され、かつ前記構造化光パターンの前記第１の部分は関心領域に投影される光学素子と、
前記局所領域の１つまたは複数の画像を捕捉するように構成されているイメージャであって、前記１つまたは複数の画像は前記構造化光パターンの少なくとも一部を含む、イメージャと、
前記局所領域内の関心領域を決定するために、同局所領域の１つまたは複数の画像を分析し、前記１つまたは複数の画像を使用して、三次元空間における１つまたは複数の対象についての深度情報を決定するように構成されているコントローラと、
を含む、システム。
【請求項１２】
前記変調が、回折変調、屈折変調、回折変調と屈折変調との組み合わせと、からなる群より選択される１つの要素である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのサブセットのうちの前記レーザアレイのサブセットおよびその対応するセルは、単一の成形素子から構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数のセルのうちの１つのセルの幅は、１ｍｍ以下である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のセルの１つまたは複数は、少なくとも１つの捕捉フレームを受承し、かつ分析することに基づいて前記構造化光パターンに対する変更を動的に提供するように制御可能であり、前記フレームは、二次元レイアウト内に複数の画素を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記動的制御は、前記構造化光パターンの第１の部分に増大した解像度を備えた構造化光パターンを適用するように構成可能であり、かつ前記局所領域の第２の部分に低減した解像度を備えた構造化光パターンを適用するように構成可能である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数のセルは、前記生成された構造化光パターンの位置及び形状に関してさらに制御可能である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
構造化光パターンを生成するためのシステムであって、前記システムは、
光を生成するレーザアレイであって、同レーザアレイが少なくとも２つのレーザのサブセットにグループ化される複数のレーザを含み、前記少なくとも２つのレーザのサブセットの各々が独立して切り替え可能であるレーザアレイと、
複数のセルを含む光学素子であって、前記複数のセルの各々が、前記レーザアレイの対応するレーザからの光を受承するように、同レーザアレイの対応するサブセットに位置合わせされており、かつ各セルは、局所領域に投影される構造化光パターンの対応する部分を形成するために、同セルを通過する受承された光に変調を個々に、かつ動的に適用し、前記構造化光パターンは、第１の部分と前記第１の部分とは異なる変調を有する第２の部分とを少なくとも含み、前記第１の部分は前記複数のセルの第１のセルによって部分的に生成され、前記第２の部分は前記複数のセルの第２のセルによって部分的に生成され、かつ前記構造化光パターンの前記第１の部分は関心領域に投影される光学素子と、
前記局所領域の１つまたは複数の画像を捕捉するように構成されているイメージャであって、前記１つまたは複数の画像は前記構造化光パターンの少なくとも一部を含む、イメージャと、
前記局所領域内の関心領域を決定するために、同局所領域の１つまたは複数の画像を分析し、前記１つまたは複数の捕捉されたフレームに基づいて１つのまたは複数のレーザの変調を変更するように構成されているコントローラと、を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、構造化光を用いた３次元深度マッピングに関し、より詳細には、限定するものではないが、追跡のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの前の３次元被写界でスタイラス及び指を追跡することは利用可能であり、様々な追跡技術を使用する。追跡技術には、とりわけ、視覚画像化および赤外線画像化および超音波が含まれ得る。「追跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）」という用語は、３次元空間における対象の位置および動きをたどることを指し、位置または動きを決定するために追跡コンピュータで受承される入力の処理を含む。例えば、コンピュータマウスの場合、追跡は、動きを決定するためにマウス出力を処理することを含み得る。視覚的にたどられる対象の場合、追跡という用語は、対象を捕捉する連続するフレームの画像処理を含むことができる。画像化の１つの方法は、単にカメラを使用してシーンを見て処理することである。カメラは、シーン内に配置された特定のマークをたどることができ、または画像化システムは、指などの特定の認識可能なフィーチャを探すことができる。そのような視覚的な画像化の欠点は、三次元領域が十分に照射されているという要件を含むことである。さらに、追跡できる唯一のフィーチャは、予め認識されているフィーチャであり、フィーチャの認識と組み合わせた動きの追跡は、正確な結果をもたらさない可能性がある。これらの問題を克服するために、構造化光を用いた追跡が導入されてきた。
【０００３】
構造化光を用いた追跡では、既知の画素パターンが、追跡が行われる局所領域に投影される。パターンが衝突面上で変形する様式は、視覚システムがシーン内の対象の深さおよび表面情報を計算することを可能にする。使用される典型的なパターンは、グリッド、水平バーまたは垂直バーのような１つまたは複数の構造化光素子を含む。他の実施形態では、構造化光パターンは、円、三角形、角度付きバー、またはそれらの任意の組み合わせのような他の規則的な幾何学要素を含むことができる。様々なデバイスは、構造化光パターンを使用して、ジェスチャ認識および３Ｄ深度マッピングの使用を可能にする。構造化光パターン送信機は、レーザエミッタと回折光学素子（ＤＯＥ）とを含む。
【０００４】
狭い帯域の光を３次元的に成形された面上に投影すると、プロジェクタのものよりも他の視点（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ）からゆがんだように見える照明線が生成され、表面形状の正確な幾何学的再構成に使用することができる。
【０００５】
より高速で汎用的な方法は、多くのバーを含むパターン、または任意のフリンジを一度に投影することであり、これは多数のサンプルを同時に取得することを可能にするからである。異なる視点から見ると、パターンは対象の表面形状によって幾何学的に歪んで見える。
【０００６】
構造化光の投影の他の多くの変形が可能であるが、平行なバーのパターンが広く使用されている。バーの位置を変えることにより、対象の面上の任意の細部の３次元座標の正確な復元を可能にする。
【０００７】
ストライプパターン生成の１つの既知の方法は、２つの広い平面レーザビームフロントを使用するレーザ干渉法である。ビームフロント間の干渉は、規則的で等距離の線パターンをもたらす。これらのビーム間の角度を変えることによって、異なるパターンサイズを得ることができる。この方法は、無限の被写界深度を有する非常に微細なパターンの正確かつ容易な生成を可能にする。欠点としては、実施コストが高く、ビームの理想的な幾何学的形状を提供することが困難であり、スペックルノイズや対象から反射されるビーム部分の自己干渉の可能性などのレーザの典型的な影響が挙げられる。さらに、グレイコードによってなど、個々のバーを変調する手段は存在しない。
【０００８】
具体的には、端面発光型レーザダイオードのような単一の光源エミッタを使用することの欠点は、それが生成する光パターンが単一の構成単位としてのみしか制御できないという事実である。これは、光パターンを完全にオン、オフ、または薄暗くすることができる一方で、光パターンを動的に変更することができないことを意味する。
【０００９】
構造化光パターンは、赤外光のような不可視光を用いて構成することができる。あるいは、フレームレートが高いと、構造化光をユーザに感知されないようにすることができるか、またはコンピュータの他の視覚的タスクを妨害しないようにすることができる。
【００１０】
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、個々のチップをウェーハからへき開することにより形成された表面から放射する従来の端面発光型半導体レーザとは異なり、レーザビームの放射が上面から垂直であるタイプの半導体レーザダイオードである。
【００１１】
端面発光型レーザとは対照的に、ＶＣＳＥＬを製造することにはいくつかの利点がある。端面発光型のものは、製造工程が終了するまで検査することはできない。仮に端面発光型のものが接触不良または材料成長不良のために適切に機能しない場合、製造時間および処理材料が無駄になってしまう。ＶＣＳＥＬは、工程全体を通していくつかの段階で検査して、材料品質および処理上の問題をチェックすることができる。例えば、エッチング中にビアから誘電体材料が完全に除去されていない場合、最上部の金属層が初期金属層と接触していないことを確認するために一時的な検査工程を使用することができる。さらに、ＶＣＳＥＬがレーザの活性領域に対して垂直にビームを放出するので、数万個のＶＣＳＥＬを３インチ（７．６２ｃｍ）のガリウム砒素ウェーハ上で同時に処理することができる。さらに、ＶＣＳＥＬ製造工程がより多くの労力を必要とし材料を必要としても、歩留まりをより予測可能な結果に制御することができる。
【００１２】
ＶＣＳＥＬレーザアレイの使用が構造化光送信機のサイズの縮小を可能にする点で構造化光システム用のＶＣＳＥＬレーザアレイの使用には重要な利点がある。このサイズの縮小は、携帯電話やウェアラブルデバイスなどのサイズ制限のあるデバイスに送信機を組み込む場合に特に重要である。
【００１３】
しかしながら、上述の利点にもかかわらず、ＶＣＳＥＬアレイは、多くの理由から構造化光走査システムには現在使用されていない。多くの回折パターンは、高分解能の追跡に必要な高密度パターンを生成するために、コヒーレントなガウシアンビームを必要とする。ＶＣＳＥＬアレイは、互いに隣り合って配置された多数の個々のガウシアンビームを提供するだけであり、通常それらの間に重なりがある。複数の点およびそれらの間の重なりは、光パターンにおける高密度領域における検出性能を低下させ、予め定義されたガウシアンビームを必要とする様々な回折設計技術の使用を制限する。そのような設計には、トップハット設計、ホモジニアスラインジェネレーター（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｌｉｎｅ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）およびその他の複雑な高性能構造が含まれる。
【００１４】
実際に標準的な回折設計に伴う問題点は、ＶＣＳＥＬレーザアレイ全体が単一の光源として使用されることである。したがって、複数スポット設計を使用する場合、集束ガウシアンビームを有する代わりに各スポットについてアレイ画像が得られる。ガウシアンビームを入力として必要とする回折設計では、必要な出力を得ることができないであろう。これらの光パターンでは、フィーチャを分離するために光源ビームを小さなスポットに集束させる必要があり、光源がレーザのアレイである場合にはそれが不可能であるため、この問題は高密度の光パターンではより深刻になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本実施形態は、ＶＣＳＥＬレーザアレイのようなレーザアレイを提供する。レーザアレイの個々のレーザは、個別にまたはグループ単位で変調される。個々のレーザまたはレーザのグループは、必要に応じて構造化光パターンを生成および変更するために、静的または動的に変調されてもよい。
【００１６】
一緒に変調されるレーザのアレイまたはレーザのグループ内の各レーザには、それ自体の光学素子が備えられている。個々のレーザまたはレーザのグループに関連する光学素子は、典型的には、回折素子である。回折素子は、全体的な構造化光パターンが所与の状況に対して選択され、および／または関心領域を動的にたどることができるように個別に制御することができる。
【００１７】
本開示は、構造化光パターンを生成するための装置を提供する。構造化光パターンは、光をパターンで３次元（３Ｄ）空間に投影するように構成されたレーザのアレイと、複数の光学素子とを含む装置によって生成される。各光学素子は、ＶＣＳＥＬレーザアレイの個々のセルを画定する。各セルは、ＶＣＳＥＬレーザアレイのそれぞれのサブセットと位置合わせされる。各セルの光学素子は、構造化光パターンの識別可能な部分を生成するために、光学素子を通過する光に個別に変調を加える。一実施形態では、レーザエミッタまたはレーザエミッタのアレイは、適切なドライバによって独立してオンまたはオフに切り替えることができるレーザエミッタの行または列などのレーザエミッタのいくつかのサブセットにグループ化され、従って、修正可能なパターンを作製する。別の実施形態では、レーザエミッタの切り替え可能なサブセットは、偶数行と奇数行の２つの切り替え可能なグループに集めることができる。
【００１８】
光変調は、回折変調、屈折変調、または回折変調と屈折変調のいくつかの組み合わせのいずれかを含むことができる。一実施形態では、光学素子およびそれぞれのセルを含むレーザアレイのサブセットは、単一の成形素子から構成されている。別の実施形態では、セルの幅は１ｍｍ以下である。さらに別の実施形態では、光学素子の幅は１ｍｍ以下であり、セルは回折変調を変更するために個々に制御可能である。
【００１９】
セルは、外部制御装置またはプロセッサからの１つまたは複数の命令を受信することに基づいて、生成された構造化光パターンを動的に変更するように構成されてもよい。すなわち、セルに関連する１つまたは複数の回折特性は、受信されたデータに従って動的に変更されてもよい。局所領域からの複数の画素を含む捕捉されたフレームを分析し、追跡を最適化するために新しいレーザ構成に到達させることができる。一実施形態では、構造化光エミッタに関連するセルは、生成された構造化光素子の位置および形状に関してさらに制御可能である。一実施形態では、動的制御は、構造化光パターンの増大した解像度をシーンの一部に適用し、構造化光パターンの低減した解像度をシーンの他の部分に適用するように、構成可能である。他の実施形態では、構造化光パターンに対する動的変更は、構造化光パターンまたは構造化光パターンを含む構造化光素子の向きの変更を含む。構造化光パターンに対する動的変更は、光アレイに関連する１つまたは複数のセルのセルごとの変更をもたらし得る。すなわち、投影されたパターンおよび／または生成されたパターンにおける動的変更は、複数のセル内の特定のセルにおける対応する変更と関連付けられる。変更は、発光強度、偏光、フィルタリングパラメータ、および焦点を含む光学機能の変更の１つまたは複数であり得る。
【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ことと同じ意味を有する。本明細書に記載された方法および材料と同様のまたは均等な方法および材料を本発明の実施形態の実施または試験に使用することができるが、例示的な方法および／または材料を以下に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先される。さらに、材料、方法、および実施例は例示のみのものであり、必ずしも制限することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態に従う、パターン化された光を使用する３Ｄ追跡のための構造化光エミッタ（ＳＬＥ）の概略図である。
【図２Ａ】一実施形態に従う、１つまたは複数の光のパターンを用いて局所領域を照射するＳＬＥを示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示されたＳＬＥの簡略化された概略図を示し、ここでは、一実施形態に従って、１つのセルが２つ以上のレーザエミッタを備え、具体的には図示されている場合では３つのレーザエミッタを備えている。
【図２Ｃ】図２Ａに示されたＳＬＥの簡略化された概略図を示し、ここでは、一実施形態に従って、異なるセルが異なる設計および異なる向きを有している。
【図２Ｄ】図２Ａに示されたＳＬＥの簡略化された概略図を示し、ここでは、一実施形態に従って、各セルは、必ずしも別個のタイル構造で編成されていない、パターンの様々な光フィーチャを生成する役割を果たす。
【図３】一実施形態に従う、例示的な追跡システムを示す簡略化された概略図である。
【図４Ａ】一実施形態に従う、光学素子、ＬＰＡ、および特定の方向に光ビームを方向付けるためのフィーチャを含むＳＬＥを示す。
【図４Ｂ】一実施形態に従う、入射光ビームを集束するための光学素子を含むＳＬＥを示す。
【図４Ｃ】一実施形態に従う、入射光ビームを成形する（ｓｈａｐｉｎｇ）ためのＳＬＥを示す。
【図５Ａ】一実施形態に従う、手と平行に配向された複数の水平バーを含む光パターンによって追跡される手を示す。
【図５Ｂ】一実施形態に従う、複数の垂直バーを含む光パターンによって追跡される手を示す。
【図６Ａ】一実施形態に従う、水平から垂直へのバーの向きの変更を示す。
【図６Ｂ】一実施形態に従う、水平から垂直へのバーの向きの変更を示す。
【図６Ｃ】一実施形態に従う、水平バーの密度の増加を示す。
【図６Ｄ】一実施形態に従う、投影パターンの形状の変更を示す。
【図６Ｅ】一実施形態に従う、強度の変更を示す。
【図７】図２Ａに示されたＳＬＥの簡略化された概略図を示し、ここでは、一実施形態に従って、明るい対象および暗い対象を追跡している。
【図８】一実施形態に従う、１つまたは複数のセルのパターンを修正するための手順を示す簡略化されたフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面は、例示のみを目的として、本開示の実施形態を示す。当業者であれば、以下の説明から、本明細書で説明した構造および方法の代替実施形態を、本明細書に記載の原理または利点から逸脱することなく使用できることを容易に認識するであろう。
【００２３】
図１は、一実施形態に従う、パターン化された光を使用する３Ｄ追跡のための構造化光エミッタ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｅｒ）（ＳＬＥ）１００の概略図である。ＳＬＥ１００は、構造化光のようなパターン化された光を放射するように構成された光生成アレイ（ｌｉｇｈｔ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａｒｒａｙ）（ＬＰＡ）１１０を含む。１つまたは複数の実施形態では、ＬＰＡ１１０は、レーザエミッタ１２０のような複数の光源を含むレーザアレイである。ＳＬＥ１００は、光学素子１４０も含む。様々な実施形態では、光学素子１４０は複数のセル１６０を含む。各セル１６０は、回折素子として構成されるとともに特定のレーザエミッタ１２０と位置合わせされており、それにより、複数のセル１６０の個々のセルが、対応するレーザエミッタ１２０によって放射される光を変調する。セル１６０の拡大表示１８０は、それぞれが固有の回折パターンを有する４つのセル１６０を示す。ＳＬＥ１００は、ＬＰＡ１１０から構造化光パターンを生成することができる。１つまたは複数の実施形態では、生成された構造化光パターンは、対象およびその空間内の局所領域の部分を追跡するために３Ｄ空間に投影される。本明細書で使用されるように、生成されたパターンは、構造化光パターンと関連していると仮定される。
【００２４】
ＬＰＡ１１０は、重なりを有する複数のガウシアンビームを生成し、それは、生成された光パターンの高密度領域における検出性能を低下させ、所定のガウシアンビームを必要とする様々な回折設計技術の使用を制限する。例えば、回折設計技術は、トップハット設計、ホモジニアスラインジェネレーターおよびその他の複雑な高性能構造を含むことができる。ＬＰＡ１１０は、１つまたは複数のレーザエミッタ１２０を備えることができる。レーザエミッタ１２０は、電磁波スペクトルの赤外（ＩＲ）部分、可視（ＲＧＢ）部分または紫外（ＵＶ）部分にてガウシアンレーザビームを放射するように構成されたＶＳＣＥＬレーザであってもよい。
【００２５】
ＬＰＡ１１０は、ＬＰＡ１１０内の各レーザエミッタ１２０が個別にまたはグループで動作するように、外部コントローラ（図示しない）を備えて構成されてもよい。例えば、個々のレーザエミッタ１２０は、静的にまたは動的に変調され、必要に応じて特定のレーザエミッタ１２０に関連する放射された光を提供し、変更する。ＬＰＡの使用により、有意な利点が得られる。例えば、個々のレーザエミッタ１２０を含むＬＰＡ１１０の使用は、ＳＬＥ１００のサイズを縮小し、ＳＬＥ１００が、例えば、携帯電話やその他のウェアラブルデバイスのようなサイズ制限を有するデバイスに埋め込まれることを可能にする。
【００２６】
一緒に変調される各レーザエミッタ１２０またはレーザエミッタ１２０のグループは、光学素子１４０と関連する１つまたは複数のセル１６０と位置合わせされてもよい。例えば、レーザエミッタ１２０によって生成された光は、セル１６０を通過し、セル１６０は、セル１６０の各サブセットが構造化光パターン（パターン）の識別可能な部分を提供するように、通過する光に回折変調を適用するように構成される。様々な実施形態では、光学素子１４０は、同光学素子１４０の面がＬＰＡ１１０の面と平行になるように、ＳＬＥ１００に隣接する面上に配置される。他の実施形態では、光学素子１４０の幅は１ミリメートル以下である。
【００２７】
本明細書で使用されるサブセットは、セル１６０と関連するレーザエミッタ１２０とのグループ、対、三つ組（ｔｒｉｐｌｅｔ）、組み合わせ、および動的に変化する組み合わせの１つの構成要素を含むことに注目することが重要である。１つまたは複数の実施形態では、複数のレーザからなる各グループは独立して切り替え可能である。すなわち、セルおよび関連するレーザエミッタの各サブセットは、図３に関連して以下においてさらに説明されるコントローラによって独立して制御可能であり得る。
【００２８】
図１に示されるように、光学素子１４０の表面は、１つまたは複数のセル１６０に分割されていてもよい。光学素子１４０の各セル１６０は、単一のレーザエミッタ１２０または外部コントローラ（図示しない）を介して共に制御される複数のレーザエミッタ１２０のサブグループの上に配置され得る領域を示している。グループまたはサブグループ内のレーザエミッタ１２０は、他のグループまたはサブグループのレーザエミッタ１２０とは別個にて、一緒に制御されることに留意されたい。
【００２９】
光学素子１４０に関連するセル１６０は、制御可能な光学回折素子である。すなわち、固有の回折パターンを各セル１６０に対して設計することができる。いくつかの実施形態では、セル１６０は、屈折光学素子または屈折光学素子および回折光学素子のいくつかの組み合わせを含む。１つまたは複数の実施形態では、各セルは、それを通過する生成された光に個別に回折変調を適用する。
【００３０】
一実施形態では、セル１６０の幅は１ミリメートル以下である。光学素子１４０のセル１６０は、外部コントローラ（図示しない）によって動的にも静的にも個別に制御することができる。このような構成のセル１６０は、アレイの異なる部分で異なる光パターンを提供して、全体的な構造化光パターンを所与の状況に対して選択することができ、および／または関心領域を動的にたどることができる。セル１６０によって生成される光パターンは、バー、グリッドおよびドットのような構造を含むことができ、図２Ａ〜図２Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｅに関連して以下に詳細に説明する。以下において、「セル」という用語は、単一のレーザで動作可能な面または投影されたパターンの特定の部分を提供するために一緒に動作される複数のレーザエミッタ１２０の任意のグループで動作可能な面に関する。セル１６０の構造および動的制御は、以下においてさらに説明される。便宜上、回折光学素子は、本明細書では、回折光学素子、屈折光学素子、または回折光学素子と屈折光学素子との任意の組み合わせを意味すると理解される。
【００３１】
固有の回折パターンを各セル１６０に対して設計することができ、構造化光パターンの任意の部分の作製を可能にする。例えば、セル１６０によって生成され得る回折パターンは、セル１６０の回折パターンを通過するレーザエミッタ１２０によって生成された光を含む。拡大表示１８０は、４つのセル１６０からなるグループを示し、明るい部分は屈折素子を表し、暗い部分は回折素子を表す。セル１６０の回折パターンを通過する光は、構造化光のサブパターンおよび全体パターンを生成することができ、各個別セル１６０を通過する光によって生成されるパターンから形成することができる。例えば、全体パターンは、セル１６０または光学素子１４０に関連する複数のセル１６０のサブセットによって生成された個々のフィーチャの位置合わせのために、タイリング（ｔｉｌｉｎｇ）、オーバーラップ、または他の方法によって生成される。
【００３２】
セル１６０の回折パターンは、少なくとも２つの光学機能の組み合わせによって決定される。１つまたは複数の実施形態では、第１の光学機能は、構造化光画像全体における光フィーチャの位置を決定する位置決め機能であり、光を方向付けるために１つまたは複数の光学素子を利用することができる。例えば、位置決め機能は、関連するレーザエミッタ１２０によって放出され、続いてセル１６０を通過する光の経路を変更するために、プリズムブレーズド格子を利用する。第２の光学機能は、生成された光フィーチャの形状に関することであってもよい。一例として、そのような光学機能には、ラインジェネレーター、マルチスポットパターン、または生成された光パターンのサブフィーチャを含む他のフィーチャが含まれる。
【００３３】
追加の光学機能をセル１６０に関連付けることもできる。これらの追加の光学機能には、強度、焦点距離、偏光、および位相が含まれる。上記した光学機能は網羅的なリストではなく、他の種類の光学機能についても当業者に明らかであろう。また、上記した光学機能または光学機能の組合せは、光学素子１４０に関連する１つのセル１６０またはセル１６０の組み合わせによって実現されてもよいことにも留意されたい。
【００３４】
ＬＰＡ１１０に対するセル１６０を含む光学素子１４０の設計された位置に応じて、任意のパターンを生成することができる。例えば、１つまたは複数のレーザエミッタ１２０によって生成された隣接するガウシアンビームは、単一の光源パースペクティブ（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）として回避するために組み合わされる。別の実施形態では、セル１６０は、１つまたは複数のセル１６０に関連する１つまたは複数の光学機能の組み合わせを変調することによって動的パターンを生成することができる。例えば、各セル１６０は、それに適用される電流または電圧の波形を変調することによって個々に制御されるように制御され得る。１つまたは複数の実施形態では、電流または電圧の波形が、モバイルデバイスに関連付けられたプロセッサなどの外部コントローラ（図示しない）から受信される。外部コントローラまたはプロセッサは、図３に関連して以下においてさらに説明される。
【００３５】
様々な実施形態において、セル１６０は、生成された構造化光パターンに変更を提供するべく動的に制御されるように構成される。例えば、セル１６０を動的に制御して、セル１６０の回折パターンを変更することができる。様々な実施形態では、生成されたパターンを変更して、シーンの様々な部分の解像度を増加または減少させることができる。例えば、パターンは、決定された関心レベルが高いことに基づいて解像度を増加させるように変更してもよい。あるいは、決定された関心レベルが低い場合、生成されたパターンを変更して解像度を低下させることができる。他の実施形態では、生成されたパターンは、強度、偏光、密度、焦点距離、フィルタリングパラメータ、または当業者に明らかな他の任意の光フィーチャのうちの少なくとも１つを増加または減少させるように変更されてもよい。１つまたは複数のセル１６０への動的変更は、セル毎の変更を含む。すなわち、投影されたパターンおよび／または生成されたパターンにおける動的変更は、特定のセルにおける対応する変更に関連する。ＳＬＥ１００によって生成され得るパターンについては、図６Ａ〜６Ｅに関連して以下においてさらに説明される。
【００３６】
決定された関心レベルに基づいて三角測量および深さ推定に関するさらなる詳細を提供するために、パターンの異なる部分を瞬間的に変更してもよいことに留意されたい。すなわち、セル１６０は、ＬＰＡ１１０の初期構成で捕捉されたフレームに関連する受信データに応じて動的に変更することができる。例えば、２次元（２Ｄ）画素アレイを含むフレームは、ＬＰＡ１１０の初期構成を用いて捕捉される。受信されたフレームが分析され、プロセッサ（図示しない）が新しい（ｎｅｗｓ）初期ＬＰＡ１１０の構成を決定し得る。この新しいＬＰＡ１１０構成は、サイクルが続くにつれて次の段階のための新しい初期ＬＰＡ１１０構成となる。一例が図８に関連して以下に図示され、説明される。
【００３７】
一実施形態では、生成された光パターンの強度は、典型的には変更される。生成されたパターンの強度は、生成された光パターンの一部または全てにわたって変更されてもよい。例えば、局所領域の一部は入射光によって明るく照射され、局所領域の他の部分は薄暗く照射される。上記の例では、高強度の光は、局所領域の明るく照射された部分に向けられ、低強度の光は、薄暗く照射された領域に向けられる。強度変調の他の形態は、ＬＰＡ１１０に関連する１つまたは複数のセル１６０またはセル１６０に関連するレーザエミッタ１２０の１つまたは複数のサブセットを同時にまたは連続的にオンまたはオフ状態に切り替えることを含むことができる。様々な実施形態では、生成された光パターンの変調が電力を節約するために使用される。
【００３８】
他の実施形態では、対象の正確な追跡および深さ認知を可能にするために、生成された密度または向きを変更して局所領域の異なるビューを提供することができる。特定の配向の例では、局所領域のフィーチャは、所与の方向においてより効果的に照明され得る。追加の光パターンについては、図５および図６に関連して以下においてさらに詳細に説明する。
【００３９】
図２Ａ〜図２Ｄはそれぞれ、一実施形態に従う局所領域上に光パターンを生成するＳＬＥ２００の様々な実施形態を示す簡略化された概略図を示す。ＳＬＥ２００は、図１に関連して上述したＳＬＥ１００の実施形態であり、ＬＰＡ１１０を含む複数のセル２１１〜２１９と、光学素子１４０とを備える。図２Ａ〜２Ｄにおいて、ＳＬＥ２００は、９つの異なるセル（例えば、セル２１１〜２１９）を含み、各セル２１１〜２１９は、図１に関連して上述したセル１６０の実施形態である。すなわち、各ＳＬＥ２００は、対応するセル２１１〜２１９と位置合わせされた１つまたは複数のレーザエミッタ１２０を含むＬＰＡ１１０を含む。他の実施形態では、ＳＬＥ２００は、本明細書に記載されたものより多くの、またはより少ないセルを含み得る。
【００４０】
図２Ａは、一実施形態に従う、１つまたは複数の光パターンを用いて局所領域を照らしているＳＬＥ２００を示す。一実施形態によれば、ＳＬＥ２００は、ＬＰＡ（例えば、ＬＰＡ１１０）及び光学素子（例えば、光学素子１４０）を備える。図１に関連して上記したように、ＬＰＡ１１０は、１つまたは複数のレーザエミッタ１２０を備え、各レーザエミッタ１２０は、対応するセル（例えば、セル２１１〜２１９の１つ）に結合される。各セル２１１〜２１９は、前方投影において局所領域２２０の異なる局所領域タイル（例えば、局所領域タイル２２１〜２１９）に光を当てる。例えば、セル２１１は局所領域タイル２２１に光を当てる。同様に、セル２１９は局所領域タイル２２９に光を当てる。局所領域２２０では、各局所領域タイル（例えば、２２１〜２２９）が異なるパターンを有することに留意すべきである。様々な実施形態では、すべての局所領域タイル２２１〜２１９は、完全な光パターンを形成するために統合される。
【００４１】
セル２１１〜２１９は、ＳＬＥ１００を含むレーザエミッタ１２０と位置合わせされる。各セル２１１〜２１９は、同各セル２１１〜２１９が構造化光媒体（ｍｅｄｉｕｍ）の識別可能な部分を投影するように、セルを通過する光に回折変調を個々に適用する。セルは、その回折変調を変更させるために個々に制御されてもよい。したがって、生成されたパターンの異なる部分は異なる場合があり、またはシーンの異なる部分が構造化光素子の異なる密度を含むことがある。各セル２１１〜２１９および対応するレーザエミッタ（図示しない）は一緒になって、１つの対応する局所領域タイルに光を投射する。例えば、セル２１１は、３つの水平バーを含む局所領域タイル２２１上に光パターンを投影し、セル２１９は、隣接する局所領域タイル２２２、２２４および２２５を照らすことはない。同様に、セル２１６は、３つの水平バーを含む局所領域タイル２２６上に光パターンを投影し、セル２１６は、隣接する局所領域タイル２２２、２２３、２２５、２２８および２２９を照らすことはない。全ての投影されたタイル（例えば、局所領域タイル２２１〜２２０）は一緒になって、局所領域２２０上に完全な光パターンを形成する。図２Ａにおいて、局所領域タイル２２１上にパターンが図示されており、残りの局所領域タイル上のパターンは簡略化のために省略されている。
【００４２】
図２Ｂは、図２Ａに示されたＳＬＥ２００の簡略化された概略図を示し、ここでは、セル２１１〜２１９は２つ以上のレーザエミッタを含む。図２Ｂにおいて、ＳＬＥ２００は、局所領域２２０上にパターンを投影するように構成されている。ＳＬＥ２００によって投影されたパターンは、図２Ａの投影パターンの変更例を示し、局所領域タイル２２１〜２２９上にセル２１１〜２１９によって生成された個々のパターンをタイリングすることによって形成されている。セル２１１は局所領域タイル２２１を照射し、セル２１３は局所領域タイル２２３を照射する。同様に、セル２１４および２１６は局所領域タイル２２４および２２６をそれぞれ照射する。図２Ｂにおいて、各セル２１１〜２１９は、局所領域タイル２２１〜２１９の異なる三つ組（ｔｒｉｐｌｅｔ）を照射する。三つ組は、パターンを共有する局所領域タイル２２１〜２２９の列（ｒｏｗ）である。図２Ｂに示されるように、局所領域２２０は、３つの三つ組のセットを含む。例えば、局所領域タイル２２１〜２２３は１つの三つ組を含み、局所領域タイル２２４〜２２６は別の三つ組を含み、局所領域タイル２２７〜２２９は第３の三つ組を含む。三つ組内の局所領域タイル２２１〜２２９は、隣接する三つ組内の局所領域タイルとは異なるパターンを共有する。例えば、第１の三つ組２２１〜２２３の局所領域タイルは、点線の水平バーによってそれぞれ分離された２つの実線の水平バーのパターンを含む一方で、第２の三つ組、局所領域タイル２２４〜２２７、を含む局所領域タイルはバーを含んでいない。様々な実施形態において、局所領域タイル２２１〜２１９の１つまたは複数の三つ組の組み合わせは、１つの完全なパターンを含む。
【００４３】
図２Ｃは、図２Ａに示されたＳＬＥ２００の簡略化された概略図を示し、ここで、異なるセルが異なる設計および異なる向きを有している。図２ＣのＳＬＥ２００は、局所領域２２０上に光パターンを投影するように構成されている。投影された光パターンは、セル２１１〜２１９によって投影される１つまたは複数の光パターンを含んでいてもよい。異なるセル２１１〜２１９は、水平バー２３０および垂直バー２４０のような異なる設計および異なる向きを有することに留意すべきである。図２Ｃにおいて、各セル２１１〜２１９は、局所領域２２０内の１つまたは複数の局所領域タイル２２１〜２２９を照らす。
【００４４】
セル２１１〜２１９は、アスペクト比を含む可変サイズの局所領域２２０上に光パターンを投影することができる。図２Ｃにおいて、局所領域２２０は、様々なサイズの正方形および長方形を含む光パターンを含む。様々な実施形態では、個々の局所タイル２２１〜２２９の寸法にかかわらず、局所領域２２０の面積は一定に保たれる。一例として、特定の局所領域タイル２２９の面積が拡張される場合、局所領域２２０の総面積が維持されるように、１つまたは複数の他の局所領域タイル２２１〜２２８の面積が比例して低減される。あるいは、特定の局所領域タイル２２１〜２２９の面積が低減する場合、局所領域２２０内の１つまたは複数の残りの局所領域タイル２２１〜２１９の面積は比例して増大する。例えば、大きな長方形の局所タイル２２４は、正方形タイル２２１の面積の低減を引き起こす。同様に、例えば、大きな長方形の局所タイル２２５は、局所領域タイル２２６が小さな長方形を形成するように、同局所領域タイル２２６のサイズおよびアスペクト比の変更をもたらす。さらに、セル２１１〜２１９は、設定された角度だけタイルを回転させることによって、照射された局所領域タイル２２１〜２２９の向きを変更することができる。いくつかの実施形態では、必要なタイルサイズ、アスペクト比、および向きは、プロセッサ（図示しない）およびイメージャ（図示しない）によってリアルタイムで計算される。プロセッサおよびイメージャについては、以下においてさらに説明する。
【００４５】
図２Ｄは、図２Ａに示されたＳＬＥ２００の簡略化された概略図を示し、ここで、各セルは、必ずしも別々のタイル構造で編成されていないパターンの様々な光フィーチャを生成する役割を果たす。図２ＤのＳＬＥ２００は、異なるセル２１１〜２１９によって投影されたパターンが異なる設計を有するように、局所領域２２０にパターンを投影するように構成されている。図２Ｄにおいて、各セル２１１〜２１９は１つまたは複数の局所領域タイル２２１〜２２９を、光フィーチャ２５０を備えて照射するように構成されている。図２Ｄは、１つの実線の水平バーと２つの破線の水平バーとを含む光フィーチャ２５０で照射された局所領域タイル２２１〜２２３を示し、局所領域タイル２２４〜２２９はブランクである。いくつかの実施形態では、光フィーチャは、任意の数の水平バー、垂直バー、または他の形状（例えば、不規則な多角形）であってもよい。更なる光フィーチャについては、図６に関連して以下に記載される。他の実施形態では、投影されるパターンは、異なる設計、異なる向き、またはそれらの任意の組み合わせを有することができることに留意されたい。
【００４６】
図３は、一実施形態に従う、例示的な追跡システム３００を示す簡略化された概略図である。追跡システム３００は、局所領域３３０内の１つまたは複数の対象を追跡する。追跡システム３００は、レーザ光を生成するＬＰＡ３１０と、生成されたレーザ光を変調する光学素子３２０とを含み、局所領域３３０を照射する。ＬＰＡ３１０、光学素子３２０および局所領域３３０は、光軸３４０に沿って配置される。いくつかの実施形態では、ＬＰＡ３１０および光学素子３２０は、ＳＬＥ１００の実施形態に関連付けられる。図３はまた、局所領域３３０についての情報を追跡するとともにコントローラ３６０にフィードバックを提供するためのイメージャ（ｉｍａｇｅｒ）３５０を含む。コントローラ３６０は、イメージャ３５０からデータを受信し、ＬＰＡ３１０および光学素子３２０に電圧および／または電流波形を生成して、局所領域３３０を照射する。
【００４７】
ＬＰＡ３１０および光学素子３２０は、ＬＰＡ１１０および光学素子１４０の実施形態である。様々な実施形態において、ＬＰＡ３１０は、光の波長範囲（すなわち、「光の帯域」）でコヒーレントな光学ビームを生成する。ＬＰＡ３１０によって生成される光の例示的な帯域は、可視帯域（約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、赤外（ＩＲ）帯域（約７５０ｎｍ〜１５００ｎｍ）、紫外帯域（１ｎｍ〜３８０ｎｍ）、それらのいくつかの組み合わせの電磁スペクトルの別の部分を含む。生成されたレーザ光は、その後、ＬＰＡ３１０によって生成されたレーザ光を変調する光学素子３２０を介して局所領域３３０に伝送され得る。様々な実施形態において、ＬＰＡ３１０および光学素子３２０は、生成されたレーザ光を投影するように構成され、生成されたレーザ光は、局所領域３３０に投影される。変調されたレーザ光は、２Ｄまたは３Ｄの局所領域３３０の全てまたは一部を照射する。例えば、ＬＰＡ３１０は、ガウシアンレーザビームを生成するＶＣＳＥＬレーザのアレイを含み、同ガウシアンレーザビームはその後光学素子３２０によって変調され、局所領域３３０を照らす。１つまたは複数の実施形態では、変調されたレーザは、１組の水平バー、複数の垂直バー、または規則的な幾何学的形状を表す。ＬＰＡ３１０および光学素子３２０の実施形態は、図１および図２に関連して、上でさらに説明されている。
【００４８】
光学素子３２０に関連する任意の特定のセルは、生成されるビームの位置、位相、焦点、形状、強度、または偏光を修正することを可能にする。上記は網羅的なリストではなく、他の変更は当業者には明らかであろう。さらに、光学機能は、単一の光学素子によって、または図４に関連して以下においてさらに説明するように、複数の光学素子によって利用されてもよい。
【００４９】
イメージャ３５０は、局所領域３３０の全てまたは一部を監視するように構成される。様々な実施形態において、イメージャ３５０は、局所領域３３０を監視し、局所領域３３０の１つまたは複数のフレームを捕捉する。イメージャ３５０は、１つまたは複数のデジタルフレームを捕捉するように構成されたデジタルカメラ、または相補型金属酸化膜シリコン（ＣＭＯＳ）アレイのような任意のイメージセンサであってもよい。例えば、イメージャ３５０は、静止フレームを捕捉するように構成されたデジタルカメラ、または局所領域３３０の１つまたは複数のフレームのシーケンスを捕捉するように構成されたデジタルビデオカメラである。様々な実施形態では、イメージャ３５０は、可視、ＩＲ、ＵＶ、またはそのいくらかの組合せにおいてフレームを捕捉し、捕捉された１つまたは複数のフレームをコントローラ３６０に送信する。様々な実施形態では、イメージャ３５０は、ＬＰＡ３１０が動作している電磁帯域と同じ電磁帯域にて１つまたは複数のフレームを捕捉するように構成されることに留意すべきである。すなわち、ＬＰＡ３１０がＩＲ帯域の１つのパターンを投影している場合、イメージャ３５０はそのＩＲ帯域にてフレームを捕捉するように構成されている。いくつかの実施形態では、捕捉されたフレームは、デジタル画像を編成し格納する標準化された手段を表すファイル形式でコントローラ３６０に送信することができる。例えば、捕捉されたフレームは、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）ファイル、ＢＭＰ（ｂｉｔｍａｐ）ファイル、またはＰＮＧ（ｐｏｔａｂｌｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｇｒａｐｈｉｃｓ）ファイルとして送信されてもよい。別の例では、イメージャ３５０は、適切なビデオファイルフォーマットにて一連の捕捉されたフレームを送信する。様々な実施形態では、イメージャ３５０によって生成される画像フレームは、非圧縮、圧縮、またはベクトルフォーマットのデータを含む。イメージャ３５０によって捕捉された１つまたは複数のフレームは、コントローラ３６０に送信される。
【００５０】
コントローラ３６０は、イメージャ３５０およびＬＰＡ３１０の両方に接続される。コントローラ３６０は、ＬＰＡ３１０によって生成された光を変調するために、電圧または電流波形を生成するように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラ３６０によって生成される電圧または電流波形は、ＬＰＡ３１０によって生成される光を変調するための１つまたは複数の命令であり、コントローラ３６０は、ＬＰＡ３１０に命令を送信するように構成される。例えば、コントローラ３６０は、ＬＰＡ３１０に関連する１つまたは複数のレーザを制御するように構成される電流源、電圧源、および電子フィルタを含んでいてもよい。他の実施形態では、コントローラ３６０は、光学素子３２０を含む１つまたは複数のセル１６０を含んで、光学素子３２０を動的に制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラ３６０は、光学素子３２０を含むＬＰＡ３１０に命令を与えて、１つまたは複数の垂直バー、１つまたは複数の水平バー、またはＬＰＡ３１０に関連するレーザによって生成される光を回折することによって光学素子３２０によって生成することができる任意のその他の形状を含むパターンにて局所領域３３０を照射する。１つまたは複数の実施形態では、光学素子３２０への命令は、同光学素子３２０に関連する複数のセル１６０の１つまたは複数のサブセットへの命令を含む。従って、光学素子３２０に関連するセルを動的に制御して、構造化光パターンに変更を提供することができる。
【００５１】
さらに他の実施形態では、コントローラ３６０は、ＬＰＡ３１０および光学素子３２０に命令を与えて、光学素子３２０によって生成されたパターンに関連する１つまたは複数の光学機能を変更することができる。例えば、コントローラ３６０は、ＬＰＡ３１０への命令を提供し、ＬＰＡ３１０に関連するレーザエミッタの１つまたは複数のサブセットを独立して制御してもよい。ＬＰＡ３１０のサブセットは、２つ以上のレーザエミッタ１２０を含むことに留意されるべきである。一実施形態において、対応するセル１６０および光学素子３２０をそれぞれ含む２つ以上のレーザエミッタを含むＬＰＡ３１０のサブセットは、単一の成形素子（ｍｏｌｄｅｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）から構成されている。
【００５２】
コントローラ３６０は、追跡を改善するために光変調を追跡および実行することに関連する１つまたは複数のプロセスを実行するように構成された外部コントローラ、または携帯電話などのデジタルプロセッサであってもよい。例えば、コントローラ３６０は、光学素子３２０を含むＬＰＡ３１０によって生成される光パターンに関連する１つまたは複数の光学機能を修正するための命令を提供する。一実施形態では、コントローラ３６０は、イメージャ３５０からフレームを受承し、受承したフレームを分析し、ＬＰＡ３１０および光学素子３２０に１つまたは複数の命令を送信するように構成されており、照射される局所領域をそれに応じて変調する。生成されたパターンを修正するための命令は、追跡を改善するために生成されたパターンの方向付け、集束または成形（ｓｈａｐｉｎｇ）を含むことができる。他の実施形態では、プロセッサは、同時に、連続的に、またはイメージャ３５０と協調して、オンまたはオフ状態に切り替えるために、ＬＰＡ３１０の１つまたは複数のサブセットに命令を提供することができる。受承するステップ、分析するステップ、送信するステップは、図８に関連して以下においてさらに記載されている。
【００５３】
図４Ａは、一実施形態に従う、光ビームを特定の方向に向けるための光学素子４１０、ＬＰＡ４２０、およびフィーチャ４３０を含むＳＬＥ４００を示す。ＳＬＥ４００はＳＬＥ１００の一実施形態であり、ＬＰＡ４２０および光学素子４１０はそれぞれＬＰＡ１１０および光学素子１４０の実施形態を表す。図４Ａに示すように、光学素子４１０は、ＬＰＡ４２０によって生成された入射光ビームを、光学素子４１０から突出する１つまたは複数のフィーチャ４３０を介して導く。入射光ビームは、光学素子４１０の前体（ｆｒｏｎｔ  ｂｏｄｙ）４１５から出現する複数のフィーチャ４３０から反射する。一実施形態では、１つまたは複数のフィーチャ４３０からの光の反射は、光ビームの方向の変化を引き起こす。他の実施形態では、フィーチャ４３０の配置に依存して、光は、屈折、回折または屈折および回折の組み合わせによって導かれ得る。いくつかの実施形態では、光学素子４１０は、光学素子１４０の実施形態であり、ＬＰＡ４２０によって生成された入射光ビームを反射、回折、屈折させるように構成された１つまたは複数のセル１６０を含むことに留意されたい。他の実施形態において、光学素子４１０に関連するセル１６０は、入射光ビームの反射、回折、屈折の組み合わせを実行する。図４Ａに示すように、歯状の形状が下向きに傾斜する上面と水平な下面とを有するフィーチャ４３０の鋸歯形状は、光の下方への湾曲を引き起こす。当業者であれば容易に理解できるように、他の実施形態では、光が他の方向に向けられるようにフィーチャ４３０を構成することができる。
【００５４】
図４Ｂは、一実施形態に従う、入射光ビームを集束するための光学素子４１０を含むＳＬＥ４０５を示す。ＳＬＥ４０５は、図１に関連して上述したＳＬＥ１００の実施形態である。ＳＬＥ４０５は、ＬＰＡ４２０によって生成された入射光ビームを集束するように構成された構造４４０を含む。構造４４０は、光学素子４１０と、前体４１５から出現する複数のフィーチャ４３０とを含む。構造４４０は、光ビームを点４６０に集束させるように構成されている。図４Ｂにおいて、構造４５０に関連するフィーチャ４３０は、鋸歯形状に構成されているが、歯状のフィーチャ４３０の向きは、構造４４０の下半分において切り換えられている。２組のフィーチャ４３０の間のフィーチャ４３０は、その焦点が焦点４６０と一致するように平凸レンズとして構成されている。このような構造４４０は、ビームの上半分と下半分に当たる入射光ビームからの光線を焦点４６０で合流させる。中心を通過する光線は、フィーチャ４３０によって形成されたレンズの焦点にて収束する。すなわち、構造４５０は凸レンズの機能を模倣する（ｅｍｕｌａｔｅ）。他の実施形態では、構造４５０は、構造４５０の後ろに位置する焦点４５０を有する凹レンズの機能を模倣するように構成されていてもよい。
【００５５】
図４Ｃは、一実施形態に従う入射光ビームを成形するためのＳＬＥ４０７を示す。ＳＬＥ４０７は、ＳＬＥ１００の一実施形態であり、ＬＰＡ４２０によって生成される光ビームと、光ビームを成形するために前体４１５から出現する表面４７０を含む光学素子４１０とを含む。光学素子の表面４７０を画定するために、予め設定されたランダム関数が使用される。様々な実施形態において、表面４７０は、光学素子４１０に関連する１つまたは複数のセル（例えば、セル１６０）を介して実現されてもよいことに留意されたい。セル１６０に関連する反射特性、回折特性、または反射特性と回折特性の任意の組合せは、表面４７０を生成することができる。例えば、光学素子４１０に関連するセルは、入射光ビームの角度に基づいて建設的干渉および相殺的干渉の組み合わせを提供するように構成される。他の実施形態（図示しない）では、構造４４０に関連する１つまたは複数のフィーチャ（例えば、フィーチャ４３０）を利用して、表面４７０を実現し、入射光ビームを成形することができる。成形された入射光ビームは、入射光ビームの空間フィルタリングを提供することができる。例えば、入射光ビームの方向性を高めるために、空間フィルタリングを使用することができる。別の実施形態では、表面４７０を使用して、局所領域３３０を照射するために入射光ビームを散乱させることができる。当業者によって容易に理解されるように、様々な他の実施形態では、表面４７０は、入射光ビームに対する他の空間フィルタリング特性を提供するために使用されてもよい。
【００５６】
１つまたは複数の実施形態では、光学素子１４０およびフィーチャ４３０を備える構造４４０は、図４Ａ〜図４Ｃに関連して上述したＳＬＥ４００、４０１および４０２によって実施される１つまたは複数の光学機能を組み合わせるように構成される。例えば、１つまたは複数の実施形態では、３つの光学素子１４０を含む構造４４０が、ＬＰＡ１１０によって生成されたビームを集束し、下方に曲げて、成形されてもよい。様々な実施形態において、焦点、形状等の光学的機能は、局所領域内に固有のパターンを生成するべく、１つまたは複数の光学素子１４０を使用して構造４４０によって実施される。さらに、いくつかの実施形態では、図４Ａ〜４Ｃの一部または全てからの構成要素の一部または全ては、組み合わされてもよい。例えば、ＳＬＥ４００は、表面４７０を有する光学素子４１０に結合された光を発する構造４４０に結合された光を発することができる。
【００５７】
図５Ａは、一実施形態に従う、手５１０に平行に配向された複数の水平バー５２０を含む光パターンによって追跡される手５１０を示す。図５Ａにおいて、水平バー５２０を含む生成された光パターンに関連する１つまたは複数の水平バーが指の軸と一致することが明らかである。したがって、データを含む決定された情報は制限されており、局所領域（例えば、手５１０が追跡されている）における対象の形状を識別し追跡することは困難である。しかしながら、指はシステムがコマンドとして使用するジェスチャを提供することができるので、指は、多くの場合、重要な関心点である。例えば、追跡された１つまたは複数のジェスチャに基づいて、システムは自動的にバーの向きを変更する（例えば、水平から垂直へ、または垂直から水平へ）。他の実施形態では、生成された光パターンは、ＳＬＥ（例えば、ＳＬＥ１００）に関連付けられた光学素子１４０によって生成された一組の構造化光である。構造化光の例には、水平または垂直バー、グリッド、または局所領域に当たるときに変形するように構成された他の幾何学的対象を含む光パターンが含まれる。さらなる生成された光パターンを以下に説明する。
【００５８】
図５Ｂは、一実施形態に従う、複数の垂直バー５３０を含む光パターンによって追跡される手５１０を示す。垂直バー５３０は、手５１０に関連する指の軸に垂直に向けられている。すなわち、垂直バー５３０を含む光パターンに関連するバーは、手５１０に関連する指を横切って横たわる。バーのこのような構成は、追跡されている対象に関するより多くの情報（例えば、手５１０に関連する指）を提供し得る。１つまたは複数の実施形態では、構造化光（例えば、垂直バー５２０または水平バー５３０）の選択は、図３に関連して上述したＳＬＥ１００に関連するプロセッサへの入力に基づいて実行される。構造化された要素を選択するプロセスについては、図８に関連して以下においてさらに説明する。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｅは、一実施形態に従う、追跡を改善するためにＳＬＥ１００によって生成される光パターンに対してなされ得る様々な変更を示す。また、図６Ａ〜図６Ｅは、全て、第１の組が第１の光パターンを表し、第２の組のバーが、その組のバーに関連する１つまたは複数のパラメータの変更後の第１の光パターンである、２組のバーを含む。以下で説明する図６Ａ〜図６Ｅにおいて、変更されるパラメータは、間隔６２０、長さ６３０、密度６４０、形状６５０、および強度６６０であり得る。
【００６０】
図６Ａは、一実施形態に従う、水平から垂直へのバーの向きの変更を示す。図６Ａは、第１の光パターンおよび変更された光パターンを示す。第１の光パターンは、ｙ０の間隔６２０およびｘ０の長さ６３０を有する５つのバーからなる組を含む一方で、変更された光パターンは、ｙの間隔６２０およびｘの長さ６３０を有する５つの垂直バーからなる組を含む。間隔６２０，ｙ０および長さ６３０，ｘ０は、バーの元の構成に関連する名目上の間隔および長さである。水平または垂直からのバーの向きの変更は、組内のバーの長さ６３０および間隔６２０を維持する。すなわち、図６Ａに示すように、変更されたバーは、ｙ＝ｙ０の間隔６２０およびｘ＝ｘ０の長さを有する。他の実施形態では、バーは、空間（ｓｐａｃｅ）６２０と長さ６３０との間の関係を維持しながら、垂直から水平への向きの変更を受けることができる。
【００６１】
図６Ｂは、一実施形態に従う、一組のバーの変更に起因する視野の狭小化を示す。図６Ｂは、第１の光パターンおよび変更された光パターンを示す。第１の光パターンは、ｙ０の間隔６２０とｘ０の長さとを含む水平バーからなる組を含む。図６Ｂに示されるように、変更された光パターンは、バーの間の間隔６２０は維持されているが、長さ６３０は維持されていないバーからなる組を含む。すなわち、変更された光パターンにおいて、間隔６２０はｙ０であり、長さ６３０はｘ０よりも小さい値ｘに等しい。様々な実施形態において、長さ６３０におけるこのような減少は、視野の対応する狭小化をもたらし得る。典型的には、視野の狭小化は、対象を追跡するのに有用であり得ることに留意されたい。例えば、指が関心のある特徴であり追跡されなければならない場合には、視野の狭小化が必要とされる。あるいは、視野は、公称長さｘ０よりも大きくなるように長さ６３０を増加させることによって広げることができる。一例として、ｘ０より大きい長さ６３０を有するバーからなる組は、局所領域内で指をスキャンして位置付けするために使用され、指が見つかると、視野が狭められる。
【００６２】
以下に詳細に説明する図６Ｃ〜図６Ｅはそれぞれ、一実施形態に従う、深さ寸法において関心対象を追跡するためにＳＬＥ１００によって生成され得る様々な光パターンを示す。
【００６３】
図６Ｃは、一実施形態に従う、水平バーの密度の増加を示す。第１の光パターンは、長さ６３０，ｘ０、および密度６４０，ｕ０を有する５つの水平バーからなる組を含む。パラメータ密度６４０は、所与のエリア内のバーの数を表すことに留意されたい。図６Ｃに示されるように、変更された光パターンは、１０本の水平バーを有する図６Ｃの第１の光パターンである。言い換えれば、変更された光パターンの密度６４０は、図６Ｄの第１の光パターンのそれよりも大きい。あるいは、図６Ｄの変更された光パターンにおける水平バーの数が５未満である場合、変更された光パターンの密度６４０は、第１の光パターンの密度よりも小さくなる。さらに別の例では、高密度バーが関心対象に投影されるように、高密度バーと低密度バーの組み合わせを含む光パターンが局所領域２２０に投影される。他の実施形態では、バーは垂直であってもよい。高密度６４０バー（水平または垂直バー）を使用して、深さ寸法にて追跡されている対象の解像度を高めることができる。様々な実施形態において、生成された光パターンの特定の配向および密度は、コントローラ３６０によって動的に制御される。
【００６４】
図６Ｄは、一実施形態に従う投影パターンの形状の変更を示す。図６Ｄは、５つの実線の水平バー６５０を含む第１の光パターンと、５つの破線の水平バー６５２を含む変更された光パターンとを含む。第１の光パターンと変更された光パターンとの間の間隔６２０、長さ６３０および密度６４０のような他の全てのパラメータは維持されている。様々な実施形態において、パターンは、光学素子１４０によって生成されてもよい。例えば、光学素子は、１つまたは複数の三角形、正方形、円、楕円、他の不規則な多角形、あるいはそれらのいくつかの組み合わせを生成し得る。１つまたは複数の実施形態では、生成されたパターンはコントローラ３６０によって決定され、図８に関連して以下においてさらに説明される。
【００６５】
図６Ｅは、一実施形態に従う投影パターンの強度における変更を示す。第１の光パターンは、２つの低強度バー６６０および３つの高強度バーを含む。図６Ｅは、変更された光パターンにおいて、第１の光パターンの低強度バー６６０が高強度バー６６２に変更され、その逆もまた同様である変更された光パターンを描写する。特定の光パターンを選択するプロセスについては、図８と関連して以下においてさらに説明する。
【００６６】
図７は、一実施形態に従う、明るい対象７１０および暗い対象７２０を追跡するＳＬＥ７００の簡略化された概略図を示す。図７に示すＳＬＥ７００は、図２Ａ〜Ｄに示されたＳＬＥ２００の実施形態である。明るい対象７１０は、１つまたは複数の光学帯域（例えば、ＩＲ、ＵＶ、可視）における反射率の閾値量よりも大きい対象である。同様に、暗い対象７２０は、１つまたは複数の光学帯域において反射率の閾値量未満の対象である。様々な実施形態では、反射率の閾値量が予め規定され、コントローラ３６０に格納される。他の実施形態では、反射率の閾値量は、イメージャ３５０から受け取った１つまたは複数の捕捉されたフレームに基づいてコントローラ３６０によって動的に決定される。
【００６７】
図７において、明るい対象７１０は、局所領域タイル２２１内に配置される。セル２１１は、バー２３０の強度を減少させることができ、それにより、図６に関連して上述したように、受信された追跡情報の解像度を増大することができる。他の実施形態では、一群のセルの１つまたは複数のセル２１１〜２１９が局所領域タイル７１１を照射することができる。また、局所領域２２０の図では、暗い対象７２０が局所領域タイル２２６内に見出されることにも留意されたい。様々な実施形態では、局所領域タイル２２９がセル２１９によって照射され、バー２３０の強度が増加して、受信された追跡情報の解像度が向上する。一実施形態では、セル２２１〜２２９は、図８と関連して以下に説明するように、バー２３０強度に関する情報をプロセッサから受信する。異なるセル２１１〜２１９は独立して動作することができ、各セル２１１〜２１９は、関連する局所領域タイル２２１〜２２９内の１つまたは複数の対象に適切に反応するように個別に制御されてもよい。
【００６８】
図８は、一実施形態に従う、１つまたは複数のセル１６０内のパターンを修正するための方法を示す簡略化されたフローチャートである。一実施形態では、図８のプロセスは、追跡システム３００によって実行される。いくつかの実施形態では、他のデバイスは、他の実施形態におけるプロセスのステップの一部または全てを実行することができる。同様に、実施形態は、異なるステップおよび／または追加のステップを含むことができ、または異なる順序でステップを実行することができる。
【００６９】
追跡システムは、初期レーザ構成で３Ｄ空間を照射する。局所領域を照射することは、以前に生成されたパターンに関連する初期レーザ構成を表すことを含むことができる。１つまたは複数の実施形態では、初期レーザ構成は、以前にフレームを捕捉するために使用された以前のレーザ構成である。他の実施形態では、追跡システムは、以前に使用されたレーザ構成で局所領域を照射するようにＳＬＥに指示を提供する。
【００７０】
追跡システム３００は、画像フレームを捕捉する（８２０）。例えば、フレームは、イメージャ３５０を使用して捕捉されてもよい。様々な実施形態において、フレームは、１つまたは複数の電磁気帯域（例えば、ＵＶ、ＩＲ、可視）で捕捉されてもよい。フレームを捕捉するプロセスはさらに、図３に関連してすでに説明されている。
【００７１】
追跡システム３００は、捕捉されたフレームを分析する（８３０）。様々な実施形態において、フレームは、１つまたは複数の標準的な２次元信号処理技術を介して分析され（８３０）、その出力は、フレームに関連する一組の特徴またはパラメータである。例えば、分析情報は、フレーム内の各対象に深度が関連付けられるように、捕捉されたフレームから深度情報（すなわち、イメージャからの距離）を抽出することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、追跡システムは、捕捉されたフレームに関連する格納された分析ガイドラインの検索を実行する。すなわち、任意の特定の構成に対して、分析を実行するための手順に関連する１つまたは複数の所定の分析ガイドラインが存在し得る。例示的な分析ガイドラインは、「光度の閾値レベルを決定する；特別な分散を決定する」ことであってもよい。他の実施形態では、ガイドラインは、１つまたは複数のデジタル画像処理技術のための命令に関するものであってもよい。
【００７３】
追跡システム３００は、適用する１つまたは複数の光学機能を含む新しいレーザ構成を決定する（８４０）。新しいレーザ構成は、変調（すなわち、回折、屈折または回折および屈折変調のいくつかの組み合わせ）、１つまたは複数の光学機能、パターンの変更、またはそれらのいくつかの組み合わせの変更に関連し得る。１つまたは複数の実施形態では、新しいレーザ構成が初期レーザ構成であることに留意されたい。すなわち、捕捉されたフレームに基づくいくつかの状況では、コントローラ３６０は、現在のレーザ構成に対する変更が必要でないと判断することができる。
【００７４】
追跡システム３００は、新しいレーザ構成でレーザ構成を更新し（８５０）、処理フローは、更新されたレーザ構成を使用して局所領域を照射する（８１０）に進む。
その他の設定情報
本開示の実施形態に関する前述の説明は、例示の目的にて提示されたものであり、包括的であること、または開示された正確な形態に本開示を限定することを意図するものではない。当業者であれば、上記の開示に照らして多くの修正および変更が可能であることを理解することができる。
【００７５】
この説明のいくつかの部分は、情報についての操作のアルゴリズムおよび記号表現に関して本開示の実施形態を説明する。これらのアルゴリズム記述および表現は、データ処理技術の当業者によって一般的に使用され、その作業の実体を他の当業者に効果的に伝えるためのものである。これらの動作は、機能的に、計算的に、または論理的に記載されているが、コンピュータプログラムまたは同等の電気回路、マイクロコードなどによって実現されるものと理解される。さらに、これらの操作の構成は、一般性を失うことなく、モジュールと称されることが時には簡便であることも判明している。記載された動作およびそれらに関連するモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせで具体化されてもよい。
【００７６】
本明細書に記載のステップ、動作、または処理のいずれかは、単独で、または他のデバイスと組み合わせて、１つまたは複数のハードウェアまたはソフトウェアモジュールで実行または実装することができる。一実施形態では、ソフトウェアモジュールは、記述されたステップ、動作または処理のいずれかまたはすべてを実行するためのコンピュータプロセッサによって実行され得るコンピュータプログラムコードを含むコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品で実装される。
【００７７】
本開示の実施形態はまた、本明細書の動作を実行するための装置に関連していてもよい。この装置は、必要な目的のために特別に構成されていてもよく、および／またはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される汎用演算装置を含んでいてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、非一時的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、またはコンピュータシステムバスに接続することができる任意のタイプの媒体であって電子命令を格納するのに適した媒体、に格納することができる。さらに、本明細書で参照される任意の演算システムは単一のプロセッサを含むことができ、または演算能力を高めるために複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであってもよい。
【００７８】
本開示の実施形態はまた、本明細書で説明される演算処理によって生成される製品に関連し得る。そのような製品は、情報が非一時的かつ有形のコンピュータ可読記憶媒体に格納される演算処理から生じる情報を含むことができ、本明細書に記載のコンピュータプログラム製品または他のデータ組み合わせの任意の実施形態を含むことができる。
【００７９】
最後に、本明細書で使用される言語は、主に、読みやすさおよび教授の目的のために選択されたものであり、本発明の主題を描写または制限するために選択されていない場合がある。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明ではなく、本明細書に基づく出願が公表する任意の請求項によって限定されることを意図する。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載されている、本開示の範囲を例示することを意図するものであって、これに限定されることを意図するものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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