CN107429993B - 用于产生图案化照明的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于产生结构光的装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括微透镜阵列(L1)以及用于照射所述微透镜阵列的照明单元，所述微透镜阵列(L1)包括以透镜间距P规则地布置的多个反射或透射的微透镜(2)。所述照明单元包括光源(1)的阵列(S1)，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D。对于透镜间距P、距离D和波长L，下列等式适用：P²＝2LD/N，其中N为整数，且N≥1。可产生高对比度的高强度光图案。包括这种装置的设备可被用于深度映射。

Description

用于产生图案化照明的装置

相关申请

本公开涉及光学领域，尤其涉及结构光和图案化照明的产生。其涉及相应的装置。此外，本公开涉及产生并探测结构光的设备，例如，用于距离测量或者深度映射的目的。

术语定义

“有源光学部件”：光学感测部件或发光部件。例如，发光二极管、图像传感器、LED、OLED、激光芯片。有源光学部件的形式可以为裸芯片，或在封装中，即，封装的部件。

“无源光学部件”：通过折射和/衍射和/或(内和/或外)反射而改变光的方向的光学部件，诸如透镜、棱镜、反射镜(平面或曲面)或光学系统，其中光学系统为这种光学部件的集合，还可能包括机械元件，诸如孔径光阑、图像屏幕、固定器。

“复制”：一种技术，通过该技术可再现给定的结构或其阴版。例如，蚀刻、模压(压印)、铸造、模塑。

“光”：多为电磁辐射；特别是电磁光谱的红外、可见光或紫外部分的电磁辐射。

结构光可被用于，例如，至出现在某一场景中的物体的距离需要被确定的应用中。其中，该场景中由结构光形成的光图案能够根据物体距离发出结构光的装置的距离来区分物体。游戏控制器例如可包括图案投影仪以利用结构光来照射玩家出现的场景，被这样照射的场景被成像和分析，从而实现场景的3D映射，这也被称为深度映射。

结构光通常还被称为编码光或图案化光，因此这些术语在本专利申请中可互换地使用。当光被评估以通过三角测量技术确定距离时，主要使用术语“结构光”。另一方面，当光被评估以通过立体视觉确定距离时，主要使用“图案化光”，其中在这种情况下光通常用于对比度增强。

下文将简要论述相关领域的一些例子。

例如，US7,970,177B2描述了一种装置，其基于结构光的产生，使用衍射光学元件进行距离计算。

US 2012/038986 Al描述了一种使用衍射光学元件的图案投影仪。

US 2010/118123 Al描述了一种用于映射物体的包括照明组件的装置，该照明组件包括一个有图案的玻璃，其含有固定的点图案。其中，光源用光辐射透过一个有图案的玻璃，从而将图案投射到物体上。

US 2013/038941A1描述了一种光学装置，其包括布置在衬底上的光源矩阵，光源之间具有预定的、均匀的间隔。同样的均匀间隔的微透镜阵列被放置在微透镜阵列附近，从而使光源发出的光变成平行光并建立光束均匀器。

WO 2014/083485A1描述了一种激光设备，其用于将结构光图案投射到包括若干半导体激光器阵列的场景上。

US8320621公开了一种用在3D成像设备中的投影仪。该投影仪包括由垂直腔面发射激光器或VCSEL阵列形成的光源。从VCSEL阵列发出的光被由多个透镜构成的准直微透镜阵列聚焦，每个VCSEL对应一个透镜。微透镜阵列用于将光束从VCSEL聚焦并导向至DOE。DOE将光束形成为各种光图案中的任一种，该光图案转而实现3D成像。

发明内容

本公开的一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其在平行于光发射方向的方向上特别浅。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其仅需要特别少的数量的组件。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，在距该装置的大距离范围内，该装置具有良好的对比度。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其能够形成较高对比度的图案。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生较高强度结构光的装置，特别是相对于该装置内初始产生的光的强度而考虑时。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其能够产生相对简单的光图案。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其能够产生相对复杂的光图案。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其能够以相对宽松的对准公差被制造。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其具有较好的可制造性。

本公开的另一个目的是描述一种用于产生结构光的装置，其能够以相对高的产量被制造。

本公开的另一个目的是描述一种设备，其能够以标准化模块被设计。

本公开的另一个目的是描述一种设备，该设备具有用于评估所探测到的结构光的改进的能力。

下文的描述和实施例提供了进一步的目的和各种优点。

一个或多个目的至少部分地由根据本公开所描述的主题的装置而实现。

本发明人已经发现，对于特殊选择的微透镜阵列(MLA)透镜间距P以及特殊选择的MLA至照射MLA的光源(我们希望称之为“照明单元”)的距离D，由此产生的结构光中的对比度特别强，其中该选择还取决于照明单元发出的光的波长。因此，在这些特殊情况中，对比度特别高的图案可被投射到场景上。

本发明人的发现类似于Ernst Lau在1948年发现的光学效应("Lau效应")。Lau效应在例如J.Jahns和A.W.Lohmann的于1979年3月公开在"OPTICS COMMUNICATIONS",第28卷,第3号的题为"THE LAU EFFECT(A DIFFRACTION EXPERIMENT WITHIN COHERENTILLUMINATION)的文章中有所描述。Lau的原始实验设置包括照射第一光栅的延伸的白色光源，在该第一光栅后面存在具有与第一光栅相同的狭缝间距的另一光栅，该实验装置还包括将从第二光栅出射的光成像在观察平面中的凸透镜。在满足下列等式时Lau已经能够观察到条纹图案：

z0＝nd²/2λ,(n＝1,2,3,4,...)，其中

Z0为两个光栅之间的距离，d为光栅的光栅常数(狭缝间距)，λ为光源发出的光波长，即形成所观察到的条纹图案的光的波长。

尽管与本发明有明显不同，理解Lau效应可在一定程度上有助于理解本发明中的装置和技术的功能。

另一个更为公知的光学效应是相干光学中由Henry Fox Talbot在1836年发现的被称为Talbot效应(或“Talbot自成像”)的效应。Talbot效应在上文所述的J.Jahns和A.W.Lohmann的文章中也有所描述。尽管Lau效应和Talbot效应均可被认为是与光栅的自成像有关，但它们至少在以下方面不同：Talbot使用单色点光源描述(而不是Lau所采用的延伸的白色光源)；Lau将两个光栅前后放置，而Talbot仅使用一个光栅。

Talbot发现，在单色光源所照射的光栅的后面，在平行对准于光栅并且距离光栅特定距离的平面内可观察到干涉图案。光栅后面的特定距离为

2d²/λ

以及其整数倍，其中d为光栅的光栅常数，λ为单色光源的波长。

本发明人发现了如果照明单元的光源的孔位于被称为发射平面的公共平面内，则可获得特别高的对比度。

本发明人还意识到如果照明单元为周期性光源，则可获得特别高的对比度。

本发明人提出的相应装置可被描述为用于产生结构光的装置，其包括第一光学构件，该第一光学构件包括：

—微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个微透镜，其中微透镜可为透射微透镜或反射微透镜；

—照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

其中照明单元包括光源阵列(LSA)，每个光源用于发射波长为L的光且具有一个孔。该装置位于公共平面(发射平面)内，发射平面距微透镜阵列的距离为D。用于在所产生的结构光(和图案化照明)中产生高对比度的特殊条件以如下等式将透镜间距P、距离D和波长L相互联系：

P²＝2LD/N，

其中N为整数且N≥1。

对于较小的N，例如N≤8，特别是N≤5，距离D相对较小，因此第一光学构件能够较浅，且因此该装置也能够较浅。本发明人进一步发现，对于这么小的N，可实现的对比度明显地非常高。在一些实验中，1-4范围内的N可提供非常好的对比度，特别是N＝2。

该装置还可被认为是用于产生图案化照明的装置。

该孔并不需要可分离于光源。例如，对于半导体激光器，发射光的有源区域构成该孔。

该孔被提到的主要原因是，光发射的位置被该孔限定，且它们因此可以限定距离MLA的距离D。

发射平面可平行对准于微透镜阵列。

波长L为光源发出的光的波长。在光源为激光器时，其为所发射的激光辐射的(中间)波长。在光源发射混合波长的情况下，波长L原则上可为任意所发射波长。但是在任何情况下，特别好的对比度出现在满足上述等式的波长L时，而其他波长会叠加由波长L所形成的图案，这会导致图案在波长L处的模糊。因此，波长L可以为相应光源的波长谱的峰值波长。

特别地，波长L可以在非可见光范围内，特别是在红外光范围内。

在一些实施例中，多个微透镜中的所有的微透镜为同类微透镜。

透镜间距P例如在5μm-250μm之间，诸如，例如10μm-150μm。

在一些实施例中，光源阵列中的所有光源为同类光源。

如上文所述，微透镜可以为透射的或反射的。

透射微透镜对从照明单元发出的光的至少一部分是透明的；因此，从照明单元发出的光可至少部分地传播通过微透镜。透射微透镜可为衍射和/或折射微透镜。例如，透射透镜可为绝热微透镜或其它混合透镜。

反射微透镜反射从照明单元发出的光的至少一部分。它们还可被理解为结构化(并且由此非平面的)微反射镜，例如曲面微反射镜。对于反射微透镜，微透镜阵列(MLA)因此可被认为是微反射镜阵列。然而，微透镜/微反射镜通常不能单独地移动，而是相对于微透镜阵列/微反射镜阵列的其余部分位于固定的位置。反射微透镜中的每一个可具有平滑的且弯曲的(像折射透镜)的表面，和/或可被衍射结构结构化(像透明衍射透镜)。

在一些实施例中，微透镜为透射性折射微透镜。

在一个实施例中，微透镜为聚集透镜(汇聚透镜)，例如凸透镜。

在另一个实施例中，微透镜为发散透镜，例如凹透镜。

微透镜的透镜孔可以为圆形，但也可以为(非圆形)椭圆形。也可以是多边形透镜孔或其它几何形状的透镜孔，例如矩形，特别是正方形、六角形或其它形状。通过选择合适的透镜孔形状，可以优化(最大化)由MLA透射的和反射的光的最终对所产生的照明图案有贡献的比例。

结构光源自由从不同微透镜传播的光的干涉而形成的干涉图案，这使得结构光的对比度在距MLA的较宽范围的距离内保持基本恒定，通常在整个远场内，至少从例如5cm或10cm至无穷远。此处所描述的装置不需要图案化玻璃来实现图案化照明。也无需成像透镜(或甚至多透镜成像系统)。

微透镜，即它们的形状，限定了第一光学构件的视野，即第一光学构件(主要地)发出的结构光的角度范围(假设没有额外的光学元件影响第一光学构件发出的光的路径)。

因此，对于各种应用，提供作为非球面透镜的微透镜是有利的。例如，微透镜可被结构化以为结构光形成矩形包络。例如，微透镜可沿垂直于微透镜的光轴的第一轴具有焦距f1，其小于沿垂直于微透镜的光轴且垂直于第一轴的第二轴的焦距f2。

在一些实施例中，所述光源中的每一个被布置为照射所述多个微透镜的各自的子集，所述子集中的每一个包括多个相邻的微透镜，从而使所述光源中的每个特定光源发出的光穿过所述各自子集中的所述微透镜中的不同微透镜，从而产生干涉图案。

在一些实施例中，MLA为二维MLA。但是，在其他实施例中，MLA为一维MLA。在后一情况中，微透镜被沿一条线布置；圆柱形透镜特别适合这种情况。

在二维MLA的情况下，可具有两种相互不同的透镜间距，即，两个不同方向中的每一个对应一个间距，例如两个对称轴。在矩形透镜布置的情况下，两个方向相互垂直，对于六角形布置，方向夹角为60°。然而，在一些具有二维MLA的实施例中，这两种透镜间距相等。

在一个实施例中，光源阵列(LSA)包括以间距Q(光源间距Q)规则地布置的光源。

透镜间距Q可以例如在5μm-250μm之间，诸如，例如10μm-150μm。

在一些实施例中，LSA为二维LSA。但是，在其他实施例中，LSA为一维LSA。在后一情况中，光源沿一条线布置。

在一些实施例中，LSA的光源被布置在公共的板形衬底上，其中光源的发射方向(以及由此光轴)垂直于衬底所限定的板。

原则上，可独立于透镜间距P地选择间距Q。然而，在间距P和间距Q二者分别为微透镜的距离和光源的距离，且沿相互平行的线定位时(“相互平行的MLA和LSA”)，如果P＝Q，则可在结构光中获得特别高的对比度。

在pP＝qQ时也可获得好的对比度，其中p和q为至少为1的无公因数的整数(p≥1,q≥1)。本发明人确定，在该情况中，可产生复杂度增加的照明图案，特别是放大的、更复杂的单元格子(相对于P＝Q的情况)。

然而，相对更高值的p和q会导致结构光的对比度的下降，因此优选p≤8和q≤8。

在一些实施例中，MLA的微透镜被布置在矩形网格上，或甚至正方形网格上，但其他几何形状也是可以的，例如六角形周期布置。

在一些实施例中，LSA的光源被布置在矩形网格上，或甚至正方形网格上，但其他几何形状也是可以的，例如六角形周期布置。它们可占据所有的网格点，但是，可替代地，在一些实施例中，有些网格点未被光源占据。

本发明人发现，MLA和LSA二者均具有相互平行对准的、相同几何形状的规则布置，可实现非常高的对比度，例如，MLA和LSA二者具有相同纵横比的矩形布置，MLA的矩形的对应边与LSA的矩形的对应边相互平行对准(“相互平行的MLA和LSA”)。

类似地，相互平行布置的六角形(或其它)几何形状的微透镜阵列和光源会提供增加的对比度。

特别地，对于上述pP＝qQ(p和q为无公因数的整数)的情况，可获得有用的、具有较大单元格子和较大周期的照明图案。类似地，对于沿不同轴具有两个可能不同的透镜间距(P1,P2)的情况以及沿不同轴具有两个可能不同的光源间距(Q1,Q2)的情况，也同样适用，至少在p1P1＝q1Q1且p2P2＝q2Q2、整数p1和q1无公因数并且整数p2和q2无公因数的情况下；以及更特别地，其中透镜具有间距P1所沿的轴平行对准于光源具有间距Q1所沿的轴，且其中透镜具有间距P2所沿的轴平行对准于光源具有间距Q2所沿的轴(“相互平行的MLA和LSA”)。

本发明人确定，所产生的照明图案中可能的(即，可能出现的)光强最大值的位置由MLA的一个周期(或者多个周期)确定，而LSA的一个周期(或者多个周期)可被用于调整照明图案中可能的光强最大值的所述位置处的相对强度。

在一个实施例中，照明单元被结构化并被配置为发射空间非相干光。可替代地，照明单元发射空间相干光也是可以的。

例如，光源可以为相互分离的光发生器(一起产生空间非相干光)-相反地，例如对于仅有一个光发生器(诸如一个激光器外加一光栅)的设置，激光器照射光栅，且穿过光栅的狭缝所发出的光构成光源(其导致从照明单元发出的空间相干光)。

在一些实施例中，照明单元包括VCSEL阵列，即，垂直腔面发射激光器阵列。VCSEL阵列可实现非常高强度的空间非干涉光的发射。

在一些实施例中，照明单元为VCSEL阵列。

VCSEL作为光发射器的设置可使装置被设计得在竖直方向上(即沿光轴，沿发射方向)尺寸很小。使用VCSEL比使用边发射激光器更容易实现小间距Q。

在一个实施例中，VCSEL阵列的VCSEL的发射方向平行于MLA的光轴。

在一个实施例中，照明单元和MLA之间的光路无需额外的光学元件，至少无需具有光学功率的光学元件。

在一个实施例中，MLA处的用于确定距离D的参考平面被称为透镜平面，其中该透镜平面包括微透镜的外围点。在微透镜的所有外围点不都在相同平面中时，透镜平面被定义为，包括微透镜的距离照明单元最远的外围点的平面。

实际中，距离D可远大于微透镜的竖直延伸(沿光轴的延伸)，因此将透镜平面限定为微透镜所在的平面是足够精确的。

当然，距离D总是被确定在垂直于MLA的方向中-特别地，也可为垂直于上述发射平面的方向。这可以是当上述等式中将用到的距离D等同于孔(发射平面)和MLA之间的几何距离时的情况。换句话说，当光的光程与孔和MLA之间的直接连线的长度一致时。然而，这并不是必须的。如下文进一步解释的，存在一些实施例，其中，光程(将作为距离D用于上述等式中的)与其不同。

在一个实施例中，光源中的每一个被结构化并被布置为照射一组所述多个微透镜，该组包括多个相邻的微透镜。这样，可确保来自单一光源的光形成从若干(不同)微透镜中传播出来的光，从而形成干涉图案。例如，每个微透镜可以被至少两个光源或更确切地至少10个光源照射。

此外，被相邻光源照射的微透镜组相互重叠，即，被第一光源照射的微透镜组与被相邻于第一光源的第二光源照射的微透镜组具有至少一个公共微透镜。这种相邻光源发出的光在MLA上的重叠可降低或甚至消除结构光产生的图案(即照明图案)中的斑点形成，特别是当激光器(诸如VCSEL)被用作光源时。

在一些实施例中，光源中的每一个具有平均开口角度为至少5°或更确切地至少10°的发射圆锥(“平均”是对于发射圆锥并不是旋转对称的情况而言的)。

为了产生成分更复杂的结构光以产生更复杂的照明图案，可以对所述装置做出各种变形。例如，可以结合在单个装置中描述的类型的两个或更多个光学构件。例如，可结合两个或三个构件，或可结合四个构件，例如每个构件位于矩形角落。在光学构件中，同一个MLA还可以被两个或更多个LSA照射，或者同一个LSA照射两个或多个MLA；其也可被认为是共享一个MLA或一个LSA的两个光学构件。

在一个实施例中，该装置包括第二光学构件，该第二构件包括：

—第二微透镜阵列(第二MLA)，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；

—第二照明单元(第二LSA)，用于照射所述第二微透镜阵列；

所述第二照明单元包括第二光源阵列，每个所述光源发射波长为L2光并具有孔，该孔被称为第二孔，其中所述第二孔位于被称为第二发射平面的公共平面中，所述第二发射平面的位置与所述第二微透镜阵列的距离为D2，其中对于透镜间距P2，距离D2和波长L2符合：

(P2)²＝2*L2*D2/N2，

其中N2为整数且N2≥1，以及其中

—第二微透镜阵列与第一光学构件的微透镜阵列并非同一个(换句话说，第二微透镜阵列与第一光学构件的微透镜阵列是不同的个体；或者，第二微透镜阵列不同于-尽管可选地与其为同类-第一光学构件的微透镜阵列)；或者

—第二照明单元与第一光学构件的照明单元并非同一个(换句话说，第二照明单元与第一光学构件的照明单元是不同的个体；或者，第二照明单元不同于-尽管可选地与其为同类-第一光学构件的照明单元)；或者

—所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列不是同一个，且所述第二照明单元与所述第一光学构件的所述照明单元也不是同一个。

在以下的一些情况中，

—第一光学构件的MLA将被称为第一MLA；以及

—第一光学构件的LSA将被称为第一LSA；以及

—第一光学构件的微透镜将被称为第一微透镜；以及

—第一光学构件的光源将被称为第一光源；以及

—第一光源的孔将被称为第一孔；以及

—透镜间距P被称为透镜间距P1；以及

—波长L被称为波长L1；以及

—距离D被称为距离D1；以及

—整数N被称为整数N1。

在一些实施例中，第二MLA和第一MLA并非同一个，并且第二MLA相对于第一MLA偏移。在该实施例中，第一和第二MLA可选地为同类MLA。此外，可选地，距离D1和D2相同。第一LSA和第二LSA可为同一个，或者第一LSA和第二LSA可以并非同一个；第一和第二LSA可共享它们的光源中的一个公共组。可选地，波长L1和L2在该实施例中相同。

在该实施例中，第一和第二MLA可具有相互平行的、且平行于第一和第二LSA的发射方向的光轴。

第一和第二MLA二者可被包括在单个光学部件中。

在另一实施例中，透镜间距P1和P2相互不同。在这种情况下，距离D1和D2仍可以是相同的(在满足上述等式时)。这可通过使例如波长L1和L2和/或整数N1和N2被相应地选择而实现。然而，距离D1和D2在这种情况下可以不同。第一和第二光源分别以光源间距Q1和Q2布置，在该实施例中，光源间距Q1和Q2相互不同。

在另一实施例中，波长L1和L2相互不同。在这种情况下，间距D1和D2也可相互不同，和/或透镜间距P1和P2也可相互不同。

在又一实施例中，第一和第二MLA相对于彼此旋转。更特别地，第一MLA和第二MLA中的每一个均为具有两个相互垂直的对称轴的矩形几何结构(这还包括正方形几何结构的情况)，且第二MLA的对称轴与第一MLA的对称轴成角度

且

例如，

类似地，两个六角形几何结构的MLA也可相对于彼此旋转。

在一些实施例中，所述光源阵列包括第一组光源和额外的第二组光源，所述第一组光源中的每一个位于第一格子的格点上，所述第二组光源中的每一个位于第二格子的格点上，其中所述第一组的所述光发射器和所述第二组的所述光发射器被散布。第一和第二格子并非同一个；但是它们可以为同类的-在这种情况下，它们可以相互偏移或旋转。

类似地，可以说，第一组的光发射器和第二组的光发射器为相互交错的，或以相互交错的方式定位。

第一和第二格子可被认为是相互重叠的格子。

这可节省空间和/或形成MLA的更均匀的照明。

第一和第二组光源中的光源可为同类光源。但是，可替换地，它们可以具有不同性质。

每个组可包括例如至少10个光发射器，或例如至少40个光发射器。

第一和第二格子可以具有相同尺寸，且可相互平行对准，在一些实例中，第二格子相对于第一格子偏移。

在一个例子中，所述第一和第二格子均为矩形格子，该矩形格子沿x轴具有格子常数Qx，沿y轴具有格子常数Qy。x轴可垂直于y轴被对准。

Qx和Qy可被认为是对应于光源间距，然而，其中，每组光源必须被认为相互分离的。

在一些实施例中，第二格子相对于第一格子偏移，该偏移量沿x轴为Qx的非整数倍和/或沿y轴为Qy的非整数倍，例如，该偏移量沿x轴为(nx+0.01)乘以Qx与(nx+0.99)乘以Qx之间，另外，可选地，偏移的距离沿y轴为(ny+0.01)乘以Qy与(ny+0.99)乘以Qy之间，其中nx≥0，ny≥0，且为整数。

在一些实施例中，所述第一格子的多个格点未被所述第一组的光源占据。这可提高LSA的可制造性。例如，制造约束可能需要(相邻)光源之间的距离最小化，如果光源会出现在所有格子的每个格点上，该最小化距离必须被降低。

短语“未被光源占据”也可称为“没有光源”。换句话说，没有光源出现在任意所述多个(未被占据的)格点上。

类似地，可选地或额外地，第二格子的多个格点未被(第二组)光源占据。

在一些实施例中，我们希望(为了清楚起见)称微透镜阵列为“第一微透镜阵列”，除所述第一微透镜阵列外，所述第一光学构件还包括第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列被包括在一个相同的单片衬底上。这样，可节省空间和/或改进可制造性。

第二微透镜阵列可位于距离公共发射平面上述距离D的位置处。

在一些实例中，所述第一和第二微透镜阵列为在平行于所述发射平面的方向上相互偏移的同类微透镜阵列。

沿一轴(第一和第二微透镜阵列的微透镜沿该轴均具有间距P)的偏移的分量可为间距P的非整数倍。即，所述分量可以为例如(n+0.01)乘以P至(n+0.99)乘以P之间，其中n≥0，且为整数。

第二微透镜阵列可包括以不同于透镜间距P的透镜间距PP而规则布置的多个透射或反射的微透镜。然而，在其它实施例中，第一和第二MLS的透镜间距相等。

与上文对于第一和第二MLA的描述相类似地，照明单元可以(可替换地或额外地)包括两个(或更多)LSA。

因此：

在一些实施例中，所述光源阵列(为了更清楚起见)可以被称为“第一光源阵列”，除了第一光源阵列，所述照明单元还包括第二光源阵列，所述第一光源阵列和所述第二光源阵列被包括在同一个单片衬底中。

在一些实例中，所述第二光源阵列的光源中的每一个具有位于公共发射平面中的孔。

在一些实例中，第二光源阵列中的光源中的每一个能够操作来发射波长为L的光。但是可选地，第二光源阵列的光源能够操作来发射波长不同于波长L的光。

在一些实施例中，所述第一和第二光源阵列为在平行于所述发射平面的方向上相互偏移的同类光源阵列。例如，沿一轴(第一和第二微透镜阵列的光源沿该轴均具有间距Q)偏移的分量为间距Q的非整数倍。即，所述分量可以为例如(n+0.01)乘以Q至(n+0.99)乘以Q之间，其中n≥0，且为整数。

在一些实例中，第二光源阵列包括以光源间距QQ规则布置的多个光源，该光源间距QQ不同于光源间距Q。然而，在其它实施例中，第一和第二LSA的光源间距相等。

此外，在一些实施例中，除了所述微透镜阵列，所述第一光学构件还包括(m-1)个微透镜阵列，其中m为整数，且m≥3。

在一些实例中，m个微透镜阵列中的每一个在各自的边界线上与m个微透镜中相邻的两个相邻接。这有助于节省MLA所占据的空间，和/或更容易实现MLA的均匀照明。

边界线可例如为直线。

在一些实施例中，所有m个微透镜阵列的边界线相交于公共点。

在实例中，所述m个微透镜阵列中的每一个的各自的边界线相互之间呈360°/m的角度。

在实例中，所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此旋转的同类微透镜阵列。

在实例中，所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列具有不同于间距P的间距PP。

在实例中，所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此偏移的同类微透镜阵列。例如，沿一轴(第一和第二微透镜阵列的微透镜沿该轴均具有间距P)偏移的分量可为间距P的非整数倍。即，所述分量可以为例如(n+0.01)乘以P至(n+0.99)乘以P之间，其中n≥0，且为整数。

与上文对于m≥3个MLA的描述相类似地，照明单元可以(可选地，或额外地)包括M≥3个LSA。(“m”和“M”可以为不同的整数，但是在一些实例中可相等。)因此：

在一些实施例中，除了所述光源阵列，所述照明单元还包括(M-1)个光源阵列，其中M为整数，且M≥3。

在实例中，M个光源阵列中的每一个在各自的边界线上与M个光源阵列中相邻的两个相邻接。边界线可例如为直线。

所有M个光源阵列的边界线可相交于公共点。

m个光源阵列中的每一个的各自的边界线可以相对于彼此呈360°/m的角度。

在实例中，所述光源阵列中的至少第一和第二光源阵列为相对于彼此旋转的同类光源阵列。

在实例中，所述光源阵列中的至少第一光源阵列具有不同于间距Q的间距QQ。

在实例中，所述光源阵列中的至少第一和第二光源阵列为相对于彼此偏移的同类光源阵列。例如，沿一轴(第一和第二光源阵列的光源沿该轴具有间距Q)偏移的分量可为间距Q的非整数倍。即，所述分量可以为例如(n+0.01)乘以Q至(n+0.99)乘以Q之间，其中n≥0，且为整数。

为了实现MLA的特别均匀的照明，和/或为了实现结构光的增加的复杂度，可使用的实施例中，最初描述的装置还包括第二光学构件，该第二光学构件包括：

—第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

—第二照明单元，用于照射所述第二微透镜阵列。

第二照明单元包括第二光源阵列，每个光源用于发射波长为L2的光且具有一个被称为第二孔的孔。第二孔位于一公共平面内，该公共平面被称为第二发射平面，该第二发射平面与第二微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)²＝2*L2*D2/N2，

其中为N2整数且N2≥1。所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件中的所述微透镜阵列为分离的微透镜阵列，所述第二光源阵列与所述第一光学构件中的所述光源阵列为分离的光源阵列。即，光源阵列并非同一个，并且微透镜阵列并非同一个。

微透镜阵列可被包括在同一个单片部件中，但这并不是必需的。

光源阵列可被包括在同一个单片部件中，但这并不是必需的。

在实例中，所述第一光学构件的所述光源被结构化且被配置为不照射所述第二微透镜阵列，所述第二光源阵列的所述光源被结构化且被配置为不照射所述第一光学构件的所述微透镜阵列。这样，装置可具有分离的、独立的通道。

在一些实施例中，第二微透镜阵列和第一光学构件的微透镜阵列可为同类微透镜阵列。

在一些实施例中，第二光源阵列和第一光学构件的光源阵列可为同类光源阵列。

在一些实施例中，第一光学构件的微透镜阵列的微透镜具有间距P所沿的轴平行对准于第二微透镜阵列的微透镜具有间距P2所沿的轴。

在一些实施例中，P2等于P，所述第二微透镜阵列相对于所述第一光学构件的所述微透镜阵列在平行于所述发射平面的方向上偏移。MLA的这种相互偏移能够产生复杂度更高的结构光。特别地，如果沿一轴(第一和第二微透镜阵列的微透镜沿该轴具有间距P)偏移的分量为间距P的非整数倍。即，所述分量可以为例如(n+0.01)乘以P至(n+0.99)乘以P之间，其中n≥0，且为整数。

此外，在一些实施例中，所述第一光学构件的所述光源以光源间距Q规则地布置，且所述第二光源阵列的所述光源以光源间距Q2规则地布置，所述第一光学构件的所述光源以间距Q布置所沿的轴平行对准于所述第二光源阵列的所述光源以间距Q2布置所沿的轴。在实例中，Q可等于(但并不必须等于)Q2。

在一些实施例中，P等于Q。因此，可以设置P＝Q＝P2＝Q2。

在一些实施例中，第一光学构件的光源阵列的光源具有间距Q所沿的轴平行对准于第二光源阵列的光源具有间距Q所沿的轴。

在一些实施例中，所述第二光源阵列相对于所述第一光学构件的所述光源阵列在平行于所述发射平面的方向上偏移。

例如，第二光源阵列相对于第二微透镜阵列偏移的方式可与第一光学构件的光源阵列相对于第一光学构件的微透镜阵列的偏移的方式相同(即，在相同的方向上偏移相同的距离)。可替代地，第二光源阵列相对于第二微透镜阵列偏移的方式可与第二微透镜阵列相对于第一光学构件的微透镜阵列的偏移的方式相同(即，在相同的方向上偏移相同的距离)。

因此，例如，第一和第二光学构件可为同类光学构件，其中第一光学构件的发射平面与第二发射平面一致，第一和第二光学构件相对于彼此偏移。

该偏移可在第一和第二微透镜阵列的、具有不同于间距P的整数倍的间距P的微透镜所沿的轴上具有分量。

为了实现结构光的增加的复杂度，不仅可提供MLA的相对偏移，还可提供MLA的相互旋转。例如：

在一些实施例中，P2等于P，且第二微透镜阵列相对于第一光学构件的微透镜阵列旋转一角度

旋转轴可垂直对准于发射平面；其中装置的所有光源阵列的发射平面可相互平行，甚至可相互一致。

在一些实施例中，第一光学构件的光源以光源间距Q规则地布置，且第二光源阵列的光源以光源间距Q2规则地布置，其中第一光学构件的光源以间距Q布置所沿的轴与第二光源阵列的光源以间距Q2布置所沿的轴成一角度

在实例中，Q＝Q2适用。

此外，P＝Q可以适用。

因此，例如第一和第二光学构件可为同类光学构件，其中第一光学构件的发射平面与第二发射平面一致，并且第一和第二光学构件相对于彼此旋转。

旋转角度

可在5°至40°之间。

例如通过使用两个或更多个MLA可产生复杂度增加的结构光，特别是在这些MLA相互旋转时，其中一些实例中特别小角度的旋转是有用的。

在一些实施例中，例如，(为清楚起见)微透镜阵列被称为第一微透镜阵列，除第一微透镜阵列以外，第一光学构件还包括

—第二微透镜阵列，包括以透镜间距P’规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

所述第二微透镜阵列相对于所述第一微透镜阵列旋转，且所述光源阵列的光源被结构化并被配置为照射所述第二微透镜阵列。

第一和第二微透镜二者均可被光源阵列照射。

在一些实例中，第一和第二微透镜阵列可实现为分离的个体，或位于同一单个光学部件中。例如，它们可同时由相同工艺步骤制造，和/或被制造在同一个衬底上。

在一些实施例中，第一和第二微透镜阵列为同类微透镜阵列。

在一些实施例中，P等于P’。

在一些实施例中，光源阵列的光源以光源间距Q规则地布置。其中，可以但不必须为P＝Q。

在一些实施例中，光源以间距Q布置所沿的轴在5°以内平行对准于第一微透镜阵列的微透镜以间距P布置所沿的轴以及第二微透镜阵列的微透镜以间距P’布置所沿的轴。其中，例如光源以间距Q布置所沿的轴可平行对准于第一微透镜阵列的微透镜以间距P布置所沿的轴。

在一些实施例中，第二微透镜阵列相对于第一微透镜阵列旋转0°以上，最多旋转5°。例如，第二微透镜阵列可以相对于第一微透镜阵列旋转至少0.1°，最多旋转4°。

在一些实施例中，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列均为具有两个相互垂直的对称轴的矩形几何形状，并且所述第一微透镜阵列的所述对称轴与所述第一微透镜阵列的所述对称轴之间的夹角为至少0°、最大5°。

旋转角度

至少为0.1°。

旋转角度

最多为4°。

类似于具有较小的相对旋转的MLA，LSA也可在装置中具有较小的相对旋转。例如，在阵列的光源以光源间距Q规则地布置的实施例中，其中(为了清楚起见)光源阵列被称为第一光源阵列，并且其中除第一光源阵列外，照明单元还包括：

—第二光源阵列，其与第一光源阵列为同类；以及

其中，第二光源阵列相对于第一微透镜阵列旋转，且其中第二光源阵列的光源被结构化并被配置为照射微透镜阵列。

第一和第二光源阵列二者的光源可照射微透镜阵列。

第二光源阵列可相对于第一光源阵列旋转例如大于0°，最多旋转5°，诸如至少旋转0.1°，最多旋转4°。

无需提供额外的MLA和/或LSA即可获得能够产生复图案的结构光。例如，第一光学构件可包括额外的光学部件，特别是包括至少一个棱镜的额外的光学部件。额外的光学部件可以为无源光学部件阵列，例如棱镜阵列。

MLA可被布置在LSA与额外光学部件之间(的光路上)。

在实例中，额外的光学部件可为棱镜阵列。棱镜阵列包括多个棱镜，且可被包括在单个光学部件中，单个光学部件中可例如通过复制工艺被制造，诸如通过注射成型或模压。

例如，棱镜阵列可以为板状且平行于MLA布置。

额外光学部件可包括衍射光学部件。

在实例中，衍射光学部件可被结构化并被布置为形成对于从微透镜阵列出射的每条入射光线，形成至少两条出射光线。

当然，上述对于产生复杂度增加的图案化照明的改进可两两结合，或者三个或更多个结合成一组。例如，额外光学部件的提供可与提供第二MLA和/或第二LSA的一个或多个实施例相结合。

复杂度增加的结构光，以及特别地，装置产生的更复杂的图案，可简化结构光所照射的场景的三维分析。更特别地，可简化装置距场景的不同部分的距离的确定。

所述装置还可被认为是图案投影仪或光学投影系统或用于向视场投射光图案的光学装置。

已经描述了包括至少一个光源阵列的装置，但是也可以操作仅包括一个光源的装置。例如，该装置可以为用于产生结构光的装置，其中所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

—微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

—照明单元，用于照射所述微透镜阵列。

所述照明单元包括不超过一个的、用于发射波长为L的光的光源，所述光源具有孔，该孔与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P²＝2LD/N，

其中N为整数且N≥1。

MLA可以为所公开的任意MLA，如此处所述，还可包括另外的MLA。

MLA可仅被单个光源照射。

光源的特征可为具有不超过一个孔(光通过该孔被发出)。

该孔可位于发射平面中(距离D从该发射平面确定)。

光源可被结构化并被布置为照射一定范围的微透镜。该范围可以为一子集，或可以包括MLA的所有微透镜。

在一些实施例中，光源被布置为照射一定范围的多个微透镜，所述一定范围包括多个相邻微透镜，从而使光源发出的光穿过所微透镜中的不同微透镜，从而产生干涉图案。

结构化光可源自干涉图案。

在一些实施例中，光源为激光器。

在一些实施例中，光源为垂直腔面发射激光器。

在一些实施例中，光源为LED。

在一些实施例中，光源为超辐射发光二极管。

上述例子所对应的方案中，光从孔传播至MLA所沿的光路的光程与孔至MLA的几何距离相同。然而，如上文所述，这并不是必须的。在一些实施例中，所述几何距离不同于光程；大致上，上述等式中所用的距离D为所述光程。

例如，在一些实施例中，一些具有不同于1的折射率的材料可沿光路出现。和/或光从孔传播至MLA所沿的光路可为折叠的光路。

因此，我们公开了一种用于产生结构光的装置，其中所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

—微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

—照明单元，用于照射所述微透镜阵列。

所述照明单元包括一个或多个光源，每个光源用于发射波长为L的光且具有孔，其中对于所述一个或多个光源中的每一个，对于从相应光源发出的光，从相应孔至所述微透镜阵列的光程为同一个距离D，其中

P²＝2LD/N，

其中N为整数且N≥1。

在一些实施例中，从所述一个或多个光源中的每个发出的所述光从相应孔沿一光路传播至所述微透镜阵列，其中所述光路的至少一部分穿过具有不同于1的折射率的材料。

在一些实施例中，所述装置包括至少一个反射元件，且从所述一个或多个光源的每一个发射的所述光从相应孔沿光路传播至所述微透镜阵列，其被所述至少一个反射元件沿所述光路反射至少一次。例如，反射沿光路传播的光的装置中可包括一个或多个反射镜。

当然，一个或多个光源可包括光源阵列。

以上针对光程与几何距离相同的情况描述的各种实施例和特征当然也可被应用于这两个数值相互不同的情况。

本公开还描述了包括两个或多个此处所述的装置的设备。例如，该设备可包括装置阵列。

该装置可彼此相邻地布置在例如矩形网格上。

在一些实施例中，所述设备包括控制器，该控制器用于选择性地开启或关闭各自包括一个或多个装置的一个或多个装置子群的各自的照明单元。

装置可以为同类装置。可替代地，装置中的至少两个不是同类的。

在一些实施例中，所述装置的至少第一和第二装置在以下中的至少一个不同：

—相应装置的相应间距P；

—相应装置的相应波长L；

—相应装置的相应距离D；

—相应装置的相应整数N。

在一些实施例中，装置的各自的发射平面相互平行对准。例如，它们的发射平面可以一致，且例如该装置还可为同类装置。

在一些实施例中，装置中的第一装置的微透镜具有间距P所沿的轴平行对准于装置中的第二装置的微透镜具有间距P所沿的轴。例如，第一装置的MLA可相对于第二装置的MLA偏移。这种MLA偏移在上文中已有所描述。它们可以例如有助于形成更复杂的结构光。

在其它实施例中，装置中的第一装置的微透镜具有间距P所沿的轴与装置中的第二装置的微透镜具有间距P所沿的轴成一角度对准。该角度可在例如0.1°至42°之间。这种相互的MLA旋转在上文中已有所描述。它们可以例如有助于形成更复杂的结构光。

装置中的每一个可以为与其它装置分离的个体。

例如，这些装置可被制造为多个单独的设备，例如多个模块。当设计设备时，两个或更多个装置可被计划实现在单个设备中。当设计新设备时，这可无需设计新的装置。设备和装置的成本可被保持得很低。

设备可以例如为游戏机、智能手机、平板电脑、便携式计算设备、距离测量设备。

本公开还描述了包括一个或多个此处所述的装置以及额外的探测器的设备。这种设备可被用于例如执行距离测量和/或深度映射。

更特别地，该设备可以包括此处所描述的装置，且还可包括探测器，所述探测器包括规则地布置在描绘两个轴的网格上的光敏元件阵列，其中所述两个轴中的一个(或两个)相对于所述微透镜具有间距P所沿的轴成角度地对准。

该角度可使探测器获得的数据的评估可被更好地评估。

探测器能够可操作地探测从被装置发出的结构化光照射的场景反射的光。

探测器可以为例如图像传感器。

光敏元件可以为例如感光像素。

网格可以为矩形网格。网格还可以具有其它几何形状，诸如六角形。

探测器的两个轴可以为相互成直角的轴。

该设备可以为光学设备。

该设备可以为距离测量设备。

角度可在5°至40°之间。进一步的实施例和优点体现在从属权利要求和附图中。

附图说明

下文中通过示例和所包括的附图来更详细地描述本发明。附图中示意性地示出了：

图1为用于产生结构光的装置的侧视图；

图2为图1的装置产生的结构光形成的图案的示意图；

图3是示出针对不同数字N1获得的图案中的对比度的曲线图；

图4为用于产生结构光的装置的按比例的侧视图；

图5为MLA和LSA的顶视图；

图6为MLA和LSA的顶视图；

图7为可替代图6中的LSA的一个LSA的顶视图；

图8为用于产生复杂度增加的结构光的装置的侧视图；

图9为根据图8的MLA的顶视图；

图9A为占据圆形区域的5个MLA的顶视图；

图9B为占据矩形区域的3个MLA的顶视图；

图9C为占据矩形区域的3个MLA的顶视图；

图10为图8的装置产生的结构光形成的图案的示意图；

图11为用于产生复杂度增加的结构光的MLA的顶视图；

图12为使用图11的MLA形成的图案的示意图；

图13为用于产生复杂度增加的结构光的MLA的顶视图；

图14为使用图13的MLA形成的图案的示意图；

图15为使用图13的MLA产生复杂度增加的结构光的装置的侧视图；

图16为使用图13的MLA产生复杂度增加的结构光的可替代装置的侧视图；

图17为使用棱镜阵列产生复杂度增加的结构光的装置的侧视图；

图18为使用图17的装置形成的图案的示意图；

图19A详细示出了两个并排布置的、相互偏移的LSA的顶视图；

图19B详细示出了具有相互分散的不同组光源的LSA的顶视图；

图19C详细示出了打开的光源从若干格点被移除的图19B的LSA的顶视图；

图20A详细示出了具有相互分散的三组不同光源的LSA的顶视图；

图20B详细示出了图20A的光源格子的顶视图；

图21A-图21D详细示出了通过省去格点中的某些格点处的光源从图20A的LSA得到的LSA的顶视图；

图22A和图22B分别示出了一种光学构件的顶视图和侧视图，其中两个相互偏移的MLA由同一个LSA照射；

图23A和图23B分别示出了图22A和图22B的光学构件的顶视图和侧视图，其中示出了LSA和MLA的错位；

图24A和图24B分别示出了一种光学构件的顶视图和侧视图，其中两个相互偏移的MLA由两个LSA照射；

图25示出了用于产生结构光的装置的侧视图，其中仅单个光源照射MLA；

图26示出了包括用于产生结构光的装置阵列的设备；

图27A示出了包括装置和探测器的设备；

图27B示出了图27A的设备的探测器获得的数据集；

图28为用于产生结构光的装置的侧视图，其中照射MLA的光穿过材料块；

图29为用于产生结构光的装置的侧视图，其中照射MLA的光沿折叠的路径传播。

所述实施例意味着示例或用于清楚地描述本发明，而并非限制本发明。

具体实施方式

图1示出用于产生结构光5的装置的侧视示意图。同时，图1示出了用于产生结构光5的光学构件的示意图。该装置(和光学构件)包括微透镜阵列L1(MLA L1)，该微透镜阵列包括以间距P1规则布置的多个微透镜2。通常，微透镜2为同类微透镜。该装置还包括光源阵列S1(LSA S1)，MLA L1被该光源阵列S1照射。LSA S1包括以间距Q1规则布置的多个光源1。通常，光源1为同类光源。通常，光源1发出的光沿光路行进至MLA L1，其没有任何具有光功率的中间表面。

在图1所示的情况中，以及大部分的其他附图中，微透镜2为透明折射半凹面微透镜。然而，可选地，微透镜2可以为凹面微透镜或凸面微透镜或半凸面微透镜。可选地，它们还可以为衍射微透镜或衍射-折射微透镜，后者也被称为混合微透镜。微透镜2还可为反射微透镜。在后一情况中，微透镜的结构化表面反射入射到其上的光。

在图1所示的情况中，以及在大部分的其他附图中，仅示出了一小部分微透镜2。然而，实际上，可提供更多的微透镜，这也同样适用于所绘制的相对少量的所示光源。例如，在一行相邻微透镜中，可存在20个以上的微透镜，而在一行相邻的光源中，可存在10个以上的光源。

特别地，LSA S1可以为VCSEL阵列，因此光源1中的每一个为VCSEL。

每个光源1将波长为L(图中未示出)的光发射到发射圆锥中，如图1所示，其中该圆锥可具有圆形横截面，但并不必须具有圆形横截面。圆锥的张角通常在2°至120°之间，或更确切地说，5°至25°之间，例如，约10°。如图1(虚线)所示，发射圆锥无法免于重叠。通常，至少紧邻的光源1的发射圆锥重叠，可选地，每个微透镜2被至少6个光源1照射。

光源1可以例如发射红外光。

每个光源1照射微透镜2中的若干个。被单个光源1照射的微透镜子集可包括例如6个以上或10个以上微透镜。

这样，从一个特定光源1发出、但穿过不同微透镜2的光可相互干涉从而产生干涉图案。从光源1中的另一个发出的光以相同的方式产生相同干涉图案，以使得在远场中，例如超出2cm或5cm，在与MLA L1相互作用之后，所有的干涉图案重叠。这样，结构光5产生了高强度干涉图案，其可被用于照射一个场景或呈现在屏幕上。

由于无需MLA L1和LSA S1的精确横向对准来产生高对比度照明图案，因此上述类型的装置的制造被简化了。x-y容差(平行于MLA平面/发射平面的平面中的位移)很高；z容差(MLA与照明单元之间的距离)相对宽松；并且对旋转对准的要求也不是很高。

LSA S1(特别地指光源1，确切地说指它们的孔)与MLA L1(特别是微透镜2)之间的距离被标记为D1。

图2为图1的装置产生的结构光5形成的图案8的示意图。图案8被记录在远场中。深色圆点表示高光强的位置，而白色区域表示低光强区域。

结果是，对于特殊选择的间距P1、波长L1和距离D1，在这样的图案中存在的对比度特别高，而对于其他的距离，在所形成的图案中仅存在低得多的对比度。

下面示出了一个公式，其中决定性的大小P1、L1和Dl相互关联从而获得一组能够在图案8中获得特别锐利的对比度的P1、L1和Dl。

(P1)²＝2*(L1)*(D1)/(N1)。

其中，N1为至少为1的整数。即，对于N1＝1或2或3或4，...，满足上述等式的P1、L1和Dl三个数可被选择，从而确定用于产生高对比度图案的装置的参数。

图3是示出针对不同的数字N1所获得的图案8中的对比度的曲线图，其中在图3的曲线图中，N1为分配至横轴的连续的正数。沿着纵轴，示出了图案8中所获得的对比度的大小指示。

从图3中明显看出(参照小箭头)，如果N1为整数，则出现特别高的对比度。对于图3的曲线的下方的设置，N1＝2时对比度最高，在N1为1或3或4时，也可获得比较高的对比度。对于更大的整数N1，仍可获得高的对比度，其明显高于中间的非整数时所对应的对比度。然而，替代整数N地，在非整数因数下，例如0.5或1.5，也可以产生照明图案。

如果给定(固定)P1和L1，则N1＝1会使D1值较小，从而该装置会非常浅，即，在光发射方向上小。

图4为用于产生结构光的装置的按比例侧侧视示意图。图4示出了例如P1＝Q1＝50μm，N1＝2，L1＝833nm的情况。由于可观察并记录图案8所在的远场非常远，图4中无法示出。

LSA S1不必须为规则阵列，但可以为规则阵列。结果是，当MLA L1和LSA S1为具有相同几何结构的相互平行的阵列时，可获得特别高对比度的图案，其中P1＝Q1。如果P1/Q1等于2或3或4或3/2或4/3或5/2或5/4，或如果Q1/P1等于2或3或4或3/2或4/3或5/2或5/4，也可获得高对比度图案。实际上，对于p1P1＝qlQ1(其中p1≥1，q1≥1,p1和q1为整数)，可产生复杂度增加的照明图案，特别是具有较大单元格子的照明图案，其中该较大的单元格子以较大的周期性重复-相比于P1＝Q1的情况。

MLA L1和/或LSA S1可以为一维(即，线性的)阵列，但对于多数应用来说，MLA L1和/或LSA S1为二维阵列。

图5示意性地示出了可被用于产生高对比度图案的MLA L1和LSA S1的顶视图，其中MLA L1以及LSA S1二者在两个横向方向上(x和y；与沿着微透镜的光轴、且通常沿着光源的光发射方向的z相反)分别具有相同的间距P1和Q1。另外，在图5中，P1＝Q1。

图6示意性地示出了MLA L1和LSA S1的顶视图，其可被用于产生高对比度图案，其中MLA L1和LSA S1在x方向和y方向上具有不同的间距，其中特别地，P1x＝2P1y，Q1x＝2Q1y。

此外，在图6中，P1x＝Q1x，并且P1y＝Q1y。然而，如上文所述，这并非是必须的。图7示出了图6中的LSA S1的可替代LSA S1的顶视图，其中P1x＝Q1x，2P1y＝Q1y。

图6还示出了，不仅旋转对称的微透镜2可被提供在MLA L1中，非球面微透镜2也可以被提供在MLA L1中。非球面微透镜可被(但不必须被)配置为在不同方向上具有不同间距P1x，P1y的图案，如图6所示，其能够使用LSA S1发出的光的大部分。

微透镜的形状决定了装置的视野，即结构光被发射的角度范围。对于各种应用来说，需要对非圆形区域进行照明，例如，矩形区域。在这种情况下，形成约矩形的视野是有利的，因为没有光强(或仅有一小部分)被发射到不期望的方向(期望视野之外)中，这样光源产生的光强能够被更高效率地利用。非球面透镜非常适合形成定制的视野。

至此所描述的高对比度图案通常是非常简单的、单元格子较小的图案。然而，对于一些应用而言，分别形成更复杂的图案以及具有更大单元格子的图案是有利的。

图8示意性地示出了用于产生复杂度增加的图案化照明的装置的侧视图。在这种情况下，该装置包括用于产生结构光的至少两个光学构件，第一个构件包括第一MLA L1，第二个构件包括第二MLA L2。所有构件可至少部分地共享一个LSA，如图8所示，其中光源1的至少一部分照射至少两个MLA。可替代地，图8的实施例可被认为是示出包括两个MLA L1，L2和一个LSA S1的一个光学构件。

MLA L1和MLA L2相对于彼此偏移距离dy。这种偏移可转化为由装置的结构光产生的相互偏移的照明图案的重叠，每个光学构件产生一个图案。图10为根据图8和图9的装置产生的结构光形成的图案8的示意图。

图9示意性地示出了根据图8的MLA的顶视图。尽管在图8中仅两个MLA(MLA LI,MLAL2)是可见的，而图9示出了装置中可包括例如4个MLA(L1,L2,L3,L4)，因此该装置可被认为包括4个光学构件。如图8所示，全部4个光学构件可至少部分地共享一个LSA S1。

在图9的角部，由箭头示出偏移，还示出了图10中使用的用于示出所示图案8的哪一部分来自哪一MLA的符号。符号的形状和视觉外观并不与图案8中的结构的形状或视觉外观相关。它们仅示出高强度光在照明图案中的位置。

在图8至图10中，假设P1＝P2＝Q1。但是这并非是必须的。

然而，当然地，假设上文引用的等式对于每个光学构件均适用。

如上文所示，除了将具有两个或更多MLA和一个或多个共享的LSA的实施例(或者，类似地，具有两个或更多个LSA和一个或更多个共享的MLA的实施例)解释为包括两个或更多个光学构件以外，如上文对于图8-10的实施例所提出的，还可以将这种实施例视为具有包括所述MLA和所述LSA的光学构件。

虽然图9示出了m＝4个MLA完全占据矩形区域的情况，但包括完全占据不同形状区域的m个MLA(m为至少为2的整数，例如至少为3)的装置也是可以的。

图9A示出了m＝5个MLA，其完全占据一圆形区域。

图9B示出了m＝3个MLA，其完全占据一矩形区域。

此外，在图9、图9A和图9B的实施例中，m个MLA中的每一个在各自的直边界线处与m个MLA中相邻的两个邻接，其中所有m个MLA的边界线在公共点邻接，其中m个MLA中的每个的各自的边界线相对于彼此呈360°/m的角度。这使得它们具有类似于扇形图(并不必须为圆形的饼状)的形状。

图9C示出了m＝3个MLA，其完全占据一矩形区域。但是，与图9B的实施例对比，MLA的边界线之间的角度并非360/m(即，360°/3＝120°)，而是分别为180°和90°。

微透镜(以及光源，分别地)在图9A、图9B和图9C中未绘制。

当然，m个MLA的各种其他布置也是可以的。

然而，在一些实施例中，例如，上述类似扇形的布置中，不同MLA在结构光的产生中所参与的比例特别均匀。

MLA中不同的MLA可相对于彼此偏移，例如，如图8和图9中所示的那样。然而，它们也可以相对于彼此旋转，如下文中例如在图11和图12中所解释的那样。

可替代地或额外地，MLA中的一些MLA的透镜间距可以不同。

在一些实施例中，所有m个MLA被包括在同一个单片光学部件中。例如，所有m个MLA可通过相同的工艺步骤被同时制造。

图11示意性地示出了用于产生复杂度增加的结构光的MLA L1,L2的顶视图。在这种情况下，MLA L1和L2的主轴相对于彼此旋转角度

(在侧向平面内，x-y平面内)。角度

通常小于12°，例如小于6°。角度

可例如在0.1°至4°之间。然而，实际上，可使用任何角度

两个MLA可例如与两个相互旋转的LSA一起使用。每个LSA可例如被平行对准于与其相关的MLA。但是可替代地，单个LSA可被用于照射MLA L1，L2二者。

图12为使用图11的MLA L1，L2形成的图案8的示意图。

当然，其他的MLA和LSA以及因此其他的光学构件可被包括进该装置中。

在图11的另一侧，示出了图12中使用的用于(以与图10相同的方式)示出所示图案8的哪一部分来源于哪个MLA的符号。

在图11和图12中，假设P1＝P2＝Q1。但是这并非是必须的。

然而，当然地，假设上文引用的等式对于每个光学构件均适用。

图13-16示出了形成更复杂光图案的另一种方法。在该情况下，通过选择至少两个(例如四个)透镜间距不同的MLA而形成复杂的单元格子。

图13示意性地示出了用于通过提供四个不同透镜间距P1，P2，P3，P4而产生复杂度增加的结构光的MLA L1,L2,L3,L4的顶视图。对于不同MLA，微透镜被标记为2,2’,2”,2”’。

以与相关于图8的图10相同的方式，图14象征性地示出了使用图13所示的MLA可获得的图案8。

虽然结合图9、图9A、图9B和图9C描述了MLA的布置，但以相同布置方式布置M(整数M≥2或M≥3)个LSA也是可以的。在这些附图中，仅L1,L2…会被S1,S2…替换，P1,P2…会被Q1,Q2…替换。

与上文对MLA的描述类似，LSA也可以具有相同的(光源)间距，其是Q1,Q2,Q3,Q4。LSA中不同的LSA可相对于彼此偏移，例如，如图9中对于MLA所示的那样。它们也可相对于彼此旋转例如诸如0.1°至4°之间的小角度，如上文对于MLA所解释的那样(参照图11和图12)，LSA中的两个或更多个(例如，所有的)可为(但并不必须为)同类LSA。

可替代地或额外地，一些LSA中，各个光源发出的光波长不同。

在一些实施例中，所有M个LSA被包括在同一个单片部件中。例如，所有M个LSA可同时由相同工艺步骤制造，和/或所有LSA被提供在同一个单片衬底上。

图15和图16示出了使用MLA(诸如图13中所示的MLA)产生复杂度增加的结构光的装置的侧视示意图。

为了满足所有四个光学构件的上述等式(假设相同的整数Nl＝N2＝N3＝N4，以及相同的波长L1＝L2＝L3＝L4),距离D1，D2(以及D3和D4)必须不同。这通过不同的距离dz而示例性地示出。

在图15中，MLA共享同一个公共透镜平面。因此，LSA可具有不同的发射平面以满足上述等式。距离D1,D2,D3,D4为公共透镜平面与相应LSA的发射平面之间的距离。

在图16中，LSA共享同一个公共发射平面。因此，MLA可具有不同的透镜平面以满足上述等式。距离D1,D2,D3,D4为公共发射平面与相应MLA的透镜平面之间的距离。

可以以如下方式实现图13和图14中描述的装置：所有发射平面与公共发射平面一致，所有透镜平面与公共透镜平面一致。这可通过适当地选择整数N1,N2,N3,N4和/或相应LSA S1，S2的光发射器1,1’...发出的波长L1,L2,L3,L4而实现。

图17-图18示出了形成更复杂照明图案的另一种方法。在这种情况下，光路中(MLA与场景之间)被插入另一个光学部件，例如有源光学部件阵列。

通过在MLA(或多个MLA)后面的光路中提供衍射光学元件(DOE)，可产生复杂度增加的结构光。例如，对于每条从微透镜阵列出射的入射光线，DOE可形成至少两条出射光线。

图17为使用棱镜阵列3产生复杂度增加的结构光的装置的侧视示意图。棱镜阵列包括多个棱镜4。通过棱镜4，从MLA L1发出的光被改变方向，从而形成图案的重叠。

图18为使用图17的装置形成的图案的示意图。

额外的光学部件，例如DOE和棱镜阵列3，可分别与MLA(或者多个MLA，假设两个或更多的MLA被提供时)一起被实现在单片光学部件中。

在上文所示的实施例中，两个或更多个LSA(如果有的话)并排布置，因此他们占据分离的区域。如上文解释过的，一些LSA可相对于彼此偏移或相对于彼此旋转。和/或它们各自的光源间距可以不同。和/或它们各自所发射的光的波长不同。

图19A示出了两个LSA的细节的顶视图，这两个LSA并排布置并相互偏移。第一LSAS1的光源由空心椭圆标识，第二LSA S2的光源由实心椭圆标识。LSA S1和S2为(但并不必须是)同类的LSA，光源规则地位于沿第一主轴具有相同间距、且沿第二主轴具有相同间距的矩形格子上。LSA S1和S2在发射平面内相对于彼此相互偏移。在图19A中，该偏移由空心箭头示出，其沿两个主轴分别具有分量dx和dy。

LSA的并排布置在一些实例中可导致MLA的非均匀照明，这在一些实例中是不希望的。在所产生的结构光中，照明的非均匀可产生特征的光强的变化，诸如高强度光点。

然而，可以提供能够提供MLA照明的改进的均匀度的、和/或比并排布置的情况占据更小区域的LSA。不过，这种LSA可满足并排布置的LSA可满足的功能。

图19B示出了这种LSA的顶视图的细节。图19B的LSA S*可想象为是通过重叠图19A中的LSA S1和S2而获得的。由空心椭圆标识的LSA S*的光源形成第一组，LSA S*的由实心椭圆标识的光源形成第二组，且这些光源相互分散。因此，不同组光源的各自的阵列占据(基本)同一个区域。

在实例中，由于制造的限制，相邻光源之间需要更多空间，因此诸如图19B的实施例无法实现。

例如，在MLA由重叠的MLA构成的情况下，可以如图19C所示，在一些位置去掉光源。在19B中，第一格子的每个格点被第一组的光源占据，第二格子的每个格点被第二组的光源占据，在19C中，第一格子的一些格点和第二格子的一些格点没有被光源占据。这些空的位置由小菱形标记。

可使用选择要占据的格点和保持未占据的格点的各种方案。

图20A-B以及图21A-D示出了一些例子。

图20A示出了简单叠加三个相互偏移的LSA的结果。同一个LSA的光源由相同的符号标识，即由菱形标识第一LSA，由圆形标记第二LSA，或由方块标识第三LSA。

图20B示出了潜在的格子。第一格子(参考菱形)由实线示出，第二格子(参考圆形)由短划线示出，第三格子(参考方块)由虚线示出。

根据例如制造限制或其它因素，可以省去格点中的特定格点处的光源，从而形成例如图21A-D中的光源的布置或其它布置。

尽管具有未被占据的格点，所产生的结构光的特征(从特征的位置的角度来说，诸如强度最大点的位置)在图20A,21A,21B,21C,21D中的任一个的情况下都是相同的。然而，取决于未被占据的格点的选择，在结构光图案中所产生的特征的相对强度可发生一些变化。

光源可周期性布置，但并不是必须的，参见例如图21D，其旨在示出光源在它们各自格子的格点上的随机分布。为了所产生的结构光特征的清晰度，将光源仅放置在相关格子的格点上(而不放置在其它地方)是有利的。

当然，以与刚刚描述的偏移的LSA的情况相同的方式处理具有相互旋转的LSA的情况是可以的。

此外，格子可具有其它的几何结构，例如六角形格子，而不是矩形格子。

参照图22A,22B,23A,23B,24A,24B，我们描述了使用两个或更多个MLA增加所产生的结构光的复杂度的另一种方法，同时试图避免或至少最小化从不同MLA L1,L2出射的光之间以及由此导致的所产生的不同组特征之间的强度差。

在一些实施方式中，当使用两个MLA(其例如相互偏移或旋转，其还可被认为是由两个或更多个子区域构成的一个MLA，微透镜的位置在一个子区域中相对于其他子区域偏移或旋转)时，可产生更复杂的图案，诸如更复杂的特征布置。每个MLA可相对于相邻的MLA偏移或旋转，可选地，相对于LSA(其可例如为VCSEL阵列)中的光源位置偏移或旋转。在一些实施方式中，光源间距和MLA透镜间距相同。两个MLA的透镜间距也可以相同。

图22A和图22B分别示出了光学构件的顶视图和侧视图，其中两个相互偏移的MLA由同一个LSA S1照射。

例如，如图22A和图22B所示，MLA L1和MLA L2可具有相同的透镜间距，其也可与LSA S1的光源间距相同，同时MLA L2相对于MLA L1偏移(偏移dx)且相对于LSA S1偏移。由此可形成更为复杂的特征布置(例如，示出二倍于仅使用一个MLA所产生的特征数量的特征)。虚线圆示出了LSA S1在MLA上的照明区域。

从图22A和图22B可以明显看出，偏移dx会导致非均匀照明区域。

例如，MLA L2的被LSA S1照射的一部分可大于MLA L2的被照射的部分。因此，MLAL2产生的特征可以比MLA L1产生的特征的强度更低。

换句话说，由于MLA之间的偏移，照明区域并非均匀地分布在两个MLA上，因此MLAL1产生的特征(例如，点)的强度大于MLA L2产生的特征的强度。

图23A和图23B以与图22A和图22B相同的方式示出了图22A和图22B中的MLA和LSA，其中LSA S1相对于MLA L1，L2的错位DX被示出。

VCSEL阵列的额外偏移(错位)DX在这种情况中加重了在图22A和图22B注意到的MLA的非均匀照射的问题。

甚至会导致更严重的非均匀照明。

在一些实施方式中，这种强度变化是期望的(例如，强度变化本身可以分别对图案和特征复杂度有贡献)。然而，在其它实施方式中，这种强度变化是不期望的。

在图24A和图24B中，示出了一种实施方式，其中：

1)产生了更大的复杂度(分别对应来源于图22A，22B和图23A，23B中示出的MLAL1，L2的复杂度)以及

2)克服或至少极大地降低了特征强度的变化。

图24A和图24B中所示的实施例使用了多个LSA(诸如多个VCSEL阵列)和多个MLA。例如，每个MLA被一个相关LSA照射。

此外，由于使用多个LSA，特征的功率或光强可增加(当与只使用单个LSA的照明相比)。

图24A和图24B分别示出了一种光学构件的顶视图和侧视图，其中两个相互偏移的MLA L1，L2由两个LSA S1，S2中的一个照射。

图24A和图24B中示出的实施例包括多个MLA L1，L2或由多个MLA L1，L2构成，每个MLA L1，L2分别具有对应的LSA S1和LSA S2。在该实施例中，MLA透镜间距P1和P2、LSA光源间距Q1和Q2均相同。即，它们在每个通道(一个LSA与其相关的MLA形成一个通道)内相同，相对于其它通道也相同。例如，(MLA L1的)透镜间距P1与(LSA L1的)光源间距Q1相同，与透镜间距P2相同，与光源间距Q2相同。然而，在其它实施例中，这并不是必需的。

在图24A和图24B中所示的实施例中，MLA L2相对于MLA L1偏移dx(注意：在该实施例中，透镜间距P1，P2以及光源间距Q1，Q2相同)。此外，在图24A和图24B中示出了选择，MLAL2也相对于LSA S2偏移，即，在该情况中，左通道和右通道并非同类通道，它们各自的LSA与相关MLA的相对对准分别不同。这可以被看做是提供两个相互偏移的LSA S1，S2。

在另一选择中(图24A和图24B中未示出)，通道为同类通道。即，MLA L1和LSA S1的相对位置与MLA L2和LSA S2的相对位置相同。对应的图示会显示例如两倍的图24A和图24B中的左通道，当然，如上文所述地，MLA L1与MLA L2相互偏移。

图24A和图24B中的虚线正方形仅用于示出MLA之间的偏移。

由于MLA L1和MLA L2中的每一个相对于对应的(相关的)LSA定位，因此每个通道中所产生的特征之间，即，来源于MLA L1的特征与来源于MLA L2的特征之间，不会存在所产生特征强度的差异(或仅轻微的差异)。当然，如果LSA S1和LSA S2发出强度不同的光，会导致不平衡。

尽管上文所示的实施例包括一个或多个光源阵列以及因此包括用于照射MLA的多个光源，使用单个光源照射MLA(或多个MLA)也是可以的。

图25示出了用于产生结构光的装置，其中仅单个光源1照射一个MLA L1。在这种情况下，这会使所产生的结构光的对比度低于光源的周期阵列照射MLA的(例如，透镜间距P1等于光源间距)情况中的对比度。

图28和图29示出的例子中，在所讨论等式中将使用的距离D并非像目前所示的例子中那样，对应于孔与MLA之间的几何距离，目前所示的例子中，假设每个光源发出的光从孔开始沿直线路径直接传播通过折射率为1.0的介质到达MLA。但是在图28和图29中，距离D为与其不同的光程。

此外，图28和图29示出了用于使装置的垂直延伸最小化的方式。换句话说，通过图28和图29中所示的技术，装置可比不使用该技术时更浅，但可产生(至少基本上)相同的结构光。

为了简化附图，图28和图29中，绘制了单个光源的情形，但是容易理解的是，也可使用包括光源阵列的照明单元。在图29中，为简化起见，未绘制发射光圆锥。然而，圆锥是存在的，MLA的多个微透镜被光源照射。

此外，使用图28和图29解释的技术当然可与其他实施例相结合，例如，与提供一个以上MLA、相互偏移和/或旋转的MLA和/或LSA相结合。

图28示出了用于产生结构光的装置的侧视图，其中MLA L1通过材料块60被照射，该材料块60具有不同于1的折射率。图28中示出了光源1的孔与MLA L1之间的几何距离Δ。用于所描述的等式中的光程D为Δ的n倍(即，D＝nΔ)，其中n为材料块60的折射率。因此，利用合适地选择的材料(和折射率)，可设计出较浅的装置。

当然，材料块60并不必须延伸至MLA L1和光源1之间的整个几何距离，而是可仅沿其一部分出现。

图29为用于产生结构光的装置的侧视图，其中照射MLA的光沿折叠的路径传播。在从光源1至MLA L1之间的光路中，该装置包括两个反射元件71，72，诸如微反射镜。在该情况下，光从光源1沿三条部分路径Δ1,Δ2,Δ3传播至MLA L1，以使得上述等式中将使用的光程D为D＝Δ1+Δ2+Δ3。为了产生折叠的光路，可使用更少的反射元件(即，不多于一个反射元件)或两个以上反射元件。另外还可实现更长的光路(即，更大的光程)同时保持装置厚度(垂直延伸)不变。

当然，具有材料块60的实施例(具有不同于1的折射率，参见例如图28)以及具有折叠光路(诸如，例如图29中的折叠光路)的实施例可相互结合。

图26示出了包括若干装置10a、10b、10c、l0d的设备20。装置中的每一个可以为上文之前所述的装置。装置可以为同类装置。在其它实施例中，至少一些装置具有不同性质，例如它们发射不同波长的光，或被构造并配置为产生不同的结构光。

设备20可包括控制器15，其能够选择性地开启和关闭装置中的单个装置和/或装置组。这样，例如从设备20发出的结构光的强度可被改变，和/或发出的光的图案可被改变。

在该设备中，装置可相互邻近地放置，并使它们各自的发射平面一致。

装置可被规则地布置在网格上，例如矩形网格上。

当包括若干个装置时，设备可产生相对高的光强，尽管装置的布置可非常浅。

每个装置可被认为代表模块或通道，以使得设备为多通道设备，每个通道具有一个模块。每个通道可相对于其他通道独立地操作。

提供多通道设备可极大地降低装置的定制工作。例如，分别根据应用和设备，可确定若干个同类模块(以及因此确定通道)以在该设备中实现。它们的相对位置可被确定-依据例如可能的偏移和/或旋转-从而具有产生复杂图案的能力。

代替为新型设备设计新的装置，仅提供小范围的不同装置就足够了，其中装置中的几种可以被合适地组装用于每个新型设备。

还可以通过开启或关闭一个或多个所实现的模块来改变设备的照射场。

如果在设备中实现被定位为实际上无相互旋转并且无相互偏移的同类模块，则开启和关闭一个或多个模块可用于控制所发出的结构光的强度。

在一些应用中，此处描述的装置可被用于包括探测器的设备中，该探测器用于探测从被一个或多个装置发出的结构光照射的场景中反射的光。这可以例如在距离范围内实现。

探测器，例如图像传感器，可包括光敏元件阵列，诸如规则布置在描绘两个轴的网格上的图像像素。轴可以例如相互垂直，诸如在矩形网格的情况下。

光敏元件探测到的信号可以扫描的方式从探测器读出，诸如逐条线地，其中这些线平行于其中一条轴。

图27A示出了包括装置10和探测器33的设备30。该装置可以为任何此处描述的任何装置，并包括MLA L1。探测器可以为图像传感器。设备30可包括用于读出和评估来自探测器33的数据的控制器35。

图27B示出了图27A的设备30的探测器33获取的数据集。实心圆表示强度最大值。虚线箭头示出了第一组四条线，在读出周期中，沿着该第一组四条线读出探测器33。

探测器33和MLA L1相互定位以使得MLA L1的对称轴与探测器33的两个轴呈一个角度。图27A的虚线显示了这种情况。

如果读出探测器33所沿着的线平行于MLA L1的对称轴，强度最大值会与这些线平行对准。这会提高数据评估的难度，因为一些线具有许多高强度现象，而其它线仅探测较低强度。

然而，探测器33与MLA L1如上文所述呈角度对准时，对于许多不同的线，沿读出线的强度分布非常类似，参见图27B。这能够简化对所探测数据的评估。

返回到所述装置，值得注意的是，在包括两个或多个MLA的这些装置(参见，例如图9和图11)中，所有的MLA可被实现在单片光学部件中。

单片光学部件可例如通过复制技术被生产，诸如通过注射成型或模压，或通过在衬底板(诸如玻璃板)的一侧或两侧上复制MLA和/或其他的光学部件。

此外，在包括两个或多个LSA的那些装置中(参见例如图13和图16)，所有的LSA可被实现在单片部件中。

上文中，MLA相对于彼此的旋转、或者LSA相对于彼此的旋转、或者MLA相对于相关LSA的旋转在任何情况下可以为围绕垂直于发射平面的轴的旋转。

MLA相对于彼此的偏移或LSA相对于彼此的偏移可以为上文所述的任一情况的偏移，偏移的范围例如为(n1+0.2±0.1)乘以沿第一对称轴(诸如沿x轴)的相应间距，偏移的距离的范围为(n2+0.35±0.1)乘以沿第二对称轴(诸如沿y轴)的相应间距，其中，n1≥0且n2≥0，且为整数。

尽管各个附图建议所示透镜的透镜孔为圆形，但是也可以使用具有其它透镜孔的微透镜的MLA，例如多边形的孔。

当然，使结构光和可产生的图案更复杂的各种方法可以相互结合。

其它实施方式落入权利要求的范围内。

Claims (71)

1.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中：

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此偏移的同类微透镜阵列；或者

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此旋转的同类微透镜阵列；或者

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列具有不同于所述间距P的间距PP。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述微透镜为非球面微透镜。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述微透镜阵列为二维微透镜阵列。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源阵列为二维光源阵列。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源中的每一个能够操作来将所述波长为L的光发射到具有圆形或非圆形横截面的发射圆锥中，其中紧邻的光源的所述发射圆锥部分地重叠。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源中的每一个被结构化并被布置为照射多个所述微透镜。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源中的每一个被结构化并被布置为照射一定范围的所述微透镜，其中所述范围之间具有重叠。

8.根据权利要求1所述的装置，其中由所述光源的相邻光源照射的相应子集部分地重叠。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明单元被结构化并被配置为发射空间非相干光。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源阵列包括垂直腔面发射激光器的阵列。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述阵列的所述光源以光源间距Q规则地布置，其中P=Q。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述微透镜以所述间距P布置所沿的轴平行对准于所述光源以间距Q布置所沿的轴。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述阵列的所述光源以光源间距Q规则地布置，其中P和Q适用于pP = qQ，其中p和q为无公因数的整数，p≥1且q≥1。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述微透镜以所述间距P布置所沿的轴平行对准于所述光源以间距Q布置所沿的轴。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源阵列包括第一组光源和额外的第二组光源，所述第一组光源中的每一个位于第一格子的格点上，所述第二组光源中的每一个位于第二格子的格点上，其中所述第一组的光源和所述第二组的光源相互分散。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二格子具有相同尺寸，且相互平行地对准，其中所述第二格子相对于所述第一格子偏移。

17.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一和第二格子均为矩形格子，该矩形格子沿x轴具有格子常数Qx，并且沿y轴具有格子常数Qy。

18.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一格子的多个格点未被所述第一组的光源占据。

19.根据权利要求15所述的装置，其中所述第二格子的多个格点未被所述第二组的光源占据。

20.根据权利要求1所述的装置，其中所述微透镜阵列被称为第一微透镜阵列，除所述第一微透镜阵列外，所述第一光学构件还包括第二微透镜阵列，所述第一和第二微透镜阵列被包括在同一个单片衬底上。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述第一和第二微透镜阵列为在平行于所述发射平面的方向上相互偏移的同类微透镜阵列。

22.根据权利要求18所述的装置，其中所述第二微透镜阵列包括多个透射或反射的微透镜，所述透射或反射的微透镜以不同于所述透镜间距P的透镜间距PP规则布置。

23.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源阵列被称为第一光源阵列，除了所述第一光源阵列，所述照明单元还包括第二光源阵列，所述第一光源阵列和所述第二光源阵列被包括在同一个单片衬底中。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述第一和第二光源阵列为在平行于所述发射平面的方向上相互偏移的同类光源阵列。

25.根据权利要求23所述的装置，其中所述第二光源阵列包括以不同于所述光源间距Q的光源间距QQ规则布置的多个光源。

26.根据权利要求1所述的装置，其中，除了所述微透镜阵列，所述第一光学构件还包括(m-1)个微透镜阵列，其中m为整数，且m ≥ 3。

27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述m个微透镜阵列中的每一个在各自的边界线上邻接所述m个微透镜阵列中相邻的两个，以及其中所有m个微透镜阵列的所述边界线相交于公共点。

28.根据权利要求27所述的装置，其中所述m个微透镜阵列中的每一个的所述各自的边界线相对于彼此呈360°/m的角度。

29.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学构件包括额外的光学部件，其中所述微透镜阵列被布置在所述照明单元与所述额外的光学部件之间。

30.根据权利要求29所述的装置，其中所述额外的光学部件包括衍射光学部件。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述衍射光学部件被结构化并被布置为对于从所述微透镜阵列出射的每条入射光线，形成至少两条出射光线。

32.根据权利要求29所述的装置，其中所述额外的光学部件包括至少一个棱镜。

33.根据权利要求29所述的装置，其中所述额外的光学部件包括棱镜阵列。

34.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中，除了所述光源阵列，所述照明单元还包括(M-1)个光源阵列，其中M为整数，且M≥ 3；

其中

— 所述光源阵列中的至少第一光源阵列和第二光源阵列为相对于彼此偏移的同类光源阵列；或者

— 所述光源阵列中的至少第一光源阵列和第二光源阵列为相对于彼此旋转的同类光源阵列；或者

所述光源阵列中的至少第一光源阵列具有不同于间距Q的间距QQ。

35.根据权利要求34所述的装置，其中，所述M个光源阵列中的每一个在各自的边界线上邻接所述M个光源阵列中相邻的两个，以及其中所有M个光源阵列的所述边界线相交于公共点。

36.根据权利要求35所述的装置，其中所述M个光源阵列中的每一个的所述各自的边界线相对于彼此呈360°/M的角度。

37.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述装置包括第二光学构件，所述第二光学构件包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

— 第二照明单元，用于照射所述第二微透镜阵列；

所述第二照明单元包括第二光源阵列，每个所述光源发射波长为L2的光并具有孔，该孔被称为第二孔，其中所述第二孔位于被称为第二发射平面的公共平面中，所述第二发射平面的位置与所述第二微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)² = 2*L2* D2/ N2，

以及其中N2为整数且N2≥1，以及其中所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列为分离的微透镜阵列，所述第二光源阵列与所述第一光学构件的所述光源阵列为分离的光源阵列。

38.根据权利要求37所述的装置，其中所述第一光学构件的所述光源被结构化且被配置为不照射所述第二微透镜阵列，所述第二光源阵列的所述光源被结构化且被配置为不照射所述第一光学构件的所述微透镜阵列。

39.根据权利要求37所述的装置，其中P2=P，以及其中所述第二微透镜阵列相对于所述第一光学构件的所述微透镜阵列在平行于所述发射平面的方向上偏移，其中所述第一和第二微透镜阵列的所述微透镜具有间距P所沿的轴上的所述偏移的分量不同于间距P的整数倍。

40.根据权利要求39所述的装置，其中所述第一光学构件的所述光源以光源间距Q规则地布置，且所述第二光源阵列的所述光源以光源间距Q2规则地布置，其中所述第一光学构件的所述光源以间距Q布置所沿的轴平行对准于所述第二光源阵列的所述光源以间距Q2布置所沿的轴，且其中Q=Q2。

41.根据权利要求40所述的装置，其中P=Q，且其中所述第二光源阵列相对于所述第一光学构件的所述光源阵列在平行于所述发射平面的方向上偏移。

42.根据权利要求38所述的装置，其中P2=P，且其中所述第二微透镜阵列相对于所述第一光学构件的所述微透镜旋转一角度φ’。

43.根据权利要求42所述的装置，其中所述第一光学构件的所述光源以光源间距Q规则地布置，且所述第二光源阵列的所述光源以光源间距Q2规则地布置，其中所述第一光学构件的所述光源以间距Q布置所沿的轴与所述第二光源阵列的所述光源以间距Q2布置所沿的轴成一角度φ’。

44.根据权利要求43所述的装置，其中Q=Q2且P=Q。

45.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述装置包括第二光学构件，所述第二光学构件包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

— 第二照明单元，用于照射所述第二微透镜阵列；

所述第二照明单元包括第二光源阵列，每个所述光源发射波长为L2的光并具有孔，该孔被称为第二孔，其中所述第二孔位于被称为第二发射平面的公共平面中，所述第二发射平面的位置与所述第二微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)² = 2*L2*D2/N2，

其中N2为整数且N2≥1，以及其中

— 所述第二微透镜阵列与所述第一光学构件的所述微透镜阵列不是同一个；或者

— 所述第二照明单元与所述第一光学构件的所述照明单元不是同一个；或者

— 所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列不是同一个，且所述第二照明单元与所述第一光学构件的所述照明单元也不是同一个。

46.根据权利要求45所述的装置，其中所述波长L1和L2彼此不同。

47.根据权利要求45所述的装置，其中所述透镜间距P1和P2彼此不同。

48.根据权利要求45所述的装置，其中所述第二微透镜阵列相对于所述第一光学构件的所述微透镜阵列在平行于所述发射平面的方向上偏移。

49.根据权利要求45所述的装置，其中所述第二微透镜阵列相对于所述第一光学构件的所述微透镜阵列旋转。

50.根据权利要求49所述的装置，其中所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列中的每一个均为具有两个相互垂直的对称轴的矩形几何形状，其中所述第二微透镜阵列的对称轴与所述第一光学构件的所述微透镜阵列的对称轴之间的角度φ为至少1°，并且最大为20°。

51.根据权利要求45所述的装置，其中所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列被实现在单片光学部件中。

52.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述微透镜阵列被称为第一微透镜阵列，除了所述第一微透镜阵列，所述第一光学构件还包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P’规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

其中，所述第二微透镜阵列相对于所述第一微透镜阵列旋转，且其中所述光源阵列的光源被结构化并被配置为照射所述第二微透镜阵列。

53.根据权利要求52所述的装置，其中所述第一和第二微透镜阵列为同类微透镜阵列，且其中所述阵列的光源以光源间距Q规则地布置，且其中所述光源以所述间距Q布置所沿的轴在5°以内平行对准于所述第一微透镜阵列的微透镜以所述间距P布置所沿的轴以及所述第二微透镜阵列的微透镜以所述间距P’布置所沿的轴。

54.根据权利要求52所述的装置，其中所述第二微透镜阵列相对于所述第一微透镜阵列旋转0°以上，最多旋转5°。

55.根据权利要求52所述的装置，其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列中的每一个均为具有两个相互垂直的对称轴的矩形几何形状，以及其中所述第一微透镜阵列的对称轴与所述第一微透镜阵列的对称轴之间的角度φ为大于0°，最大为5°。

56.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L的光并具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面的位置与所述微透镜阵列的距离为D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述阵列的所述光源以光源间距Q规则地布置，且其中所述光源阵列被称为第一光源阵列，其中除所述第一光源阵列外，所述照明单元还包括：

—第二光源阵列，其与所述第一光源阵列为同类；以及

其中，所述第二光源阵列相对于所述第一光源阵列旋转，且其中所述第二光源阵列的光源被结构化并被配置为照射所述微透镜阵列。

57.根据权利要求56所述的装置，其中所述第一光源阵列和所述第二光源阵列中的每一个均为具有两个相互垂直的对称轴的矩形几何形状，以及其中所述第一光源阵列的对称轴与所述第二光源阵列的对称轴之间的角度φ为大于0°、最大为5°。

58.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括光学构件，所述光学构件包括：

— 第一微透镜阵列，包括以透镜间距P1规则布置的多个透射或反射的微透镜；

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列；

所述照明单元包括：

— 第一光源阵列，其每个光源发射波长为L1的光并具有孔，其中所述孔位于公共的第一发射平面中，所述公共的第一发射平面的位置与所述第一微透镜阵列的距离为D1，其中

(P1)² = 2*(L1)*(D1)/(N1)，

其中N1为整数且N≥1；以及

— 第二光源阵列，其每个光源发射波长为L2的光并具有孔，其中所述孔位于公共的第二发射平面中，所述公共的第二发射平面的位置与所述第一微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)² = 2*(L2)*(D2)/(N2)，

其中N2为整数且N≥1。

59.根据权利要求58所述的装置，其中所述第一光源阵列与所述第二光源阵列为同一个。

60.根据权利要求58所述的装置，其中所述第一光源阵列不同于所述第二光源阵列。

61.根据权利要求60所述的装置，其中距离D1与距离D2不同。

62.根据权利要求61所述的装置，其中波长L1与波长L2不同。

63.根据权利要求58所述的装置，其中透镜间距P1不同于透镜间距P2。

64.根据权利要求58所述的装置，其中所述第一发射平面与所述第二发射平面相同。

65.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括一个或多个光源，每个光源用于发射波长为L的光且具有孔，其中对于所述一个或多个光源中的每一个，对于从相应光源发出的光，从相应孔至所述微透镜阵列的光程为同一个距离D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中：

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此偏移的同类微透镜阵列；或者

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为相对于彼此旋转的同类微透镜阵列；或者

— 所述微透镜阵列中的至少第一微透镜阵列具有不同于所述间距P的间距PP。

66.根据权利要求65所述的装置，其中从所述一个或多个光源中的每一个发出的光从相应孔沿一光路传播至所述微透镜阵列，其中所述光路的至少一部分延伸穿过具有不同于1的折射率的材料。

67.根据权利要求65所述的装置，其中所述装置包括至少一个反射元件，且其中从所述一个或多个光源的每一个发射的光从相应孔沿一光路传播至所述微透镜阵列，所述光被所述至少一个反射元件沿所述光路反射至少一次。

68.根据权利要求65所述的装置，其中所述一个或多个光源包括光源阵列。

69.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括一个或多个光源，每个光源用于发射波长为L的光且具有孔，其中对于所述一个或多个光源中的每一个，对于从相应光源发出的光，从相应孔至所述微透镜阵列的光程为同一个距离D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述装置包括第二光学构件，所述第二光学构件包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

— 第二照明单元，用于照射所述第二微透镜阵列；

所述第二照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L2的光并具有孔，该孔被称为第二孔，其中所述第二孔位于被称为第二发射平面的公共平面中，所述第二发射平面的位置与所述第二微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)² = 2*L2*D2/ N2，

以及其中N2为整数且N2≥1，以及其中所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列为分离的微透镜阵列，所述光源阵列与所述第一光学构件的一个或多个光源为分离的光源。

70.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括一个或多个光源，每个光源用于发射波长为L的光且具有孔，其中对于所述一个或多个光源中的每一个，对于从相应光源发出的光，从相应孔至所述微透镜阵列的光程为同一个距离D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述装置包括第二光学构件，所述第二光学构件包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P2规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

— 第二照明单元，用于照射所述第二微透镜阵列；

所述第二照明单元包括光源阵列，每个所述光源发射波长为L2的光并具有孔，该孔被称为第二孔，其中所述第二孔位于被称为第二发射平面的公共平面中，所述第二发射平面的位置与所述第二微透镜阵列的距离为D2，其中

(P2)² = 2*L2*D2/N2，

其中N2为整数且N2≥1，以及其中

— 所述第二微透镜阵列与所述第一光学构件的所述微透镜阵列不是同一个；或者

— 所述第二照明单元与所述第一光学构件的所述照明单元不是同一个；或者

— 所述第二微透镜阵列和所述第一光学构件的所述微透镜阵列不是同一个，且所述第二照明单元与所述第一光学构件的所述照明单元也不是同一个。

71.一种用于产生结构光的装置，所述装置包括第一光学构件，所述第一光学构件包括：

— 微透镜阵列，包括以透镜间距P规则布置的多个透射或反射的微透镜；以及

— 照明单元，用于照射所述微透镜阵列；

所述照明单元包括一个或多个光源，每个光源用于发射波长为L的光且具有孔，其中对于所述一个或多个光源中的每一个，对于从相应光源发出的光，从相应孔至所述微透镜阵列的光程为同一个距离D，其中

P² = 2LD/N，

以及其中N为整数且N≥1，

其中所述微透镜阵列被称为第一微透镜阵列，除了所述第一微透镜阵列，所述第一光学构件还包括：

— 第二微透镜阵列，包括以透镜间距P’规则布置的多个透射或反射的第二微透镜；以及

其中，所述第二微透镜阵列相对于所述第一微透镜阵列旋转，且其中所述一个或多个光源被结构化并被配置为照射所述第二微透镜阵列。

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