LED面发光的结构化光的制作方法

背景

结构化光被用于在对象或表面上投影预定义的图案。结构化光在撞到表面或对象时变形，从而允许例如对象的深度或表面信息的计算。结构化光也可被用于测量三维对象的距离或形状。结构化光系统可包括光投影仪和相机模块。产生结构化光的已知设备的示例是具有图案掩模以及光学器件的激光系统或led投影仪。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

结构化的光通过利用发光二极管的表面结构来被产生。透镜被放置于距表面焦距或超焦距的距离处。发光二极管的表面具有发光区域和其它结构，诸如不发光的导体。该反差被投影为结构化光。

许多附带特征将随着参考下面的详细描述并结合附图进行理解而得到更好的认识。以下描述的各实施例不限于解决已知集成在手持设备中的成像装置的缺点中的任何缺点或全部缺点的实现。

附图简述

根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书，在附图中：

图1是合并发光二极管的电子设备的一个示例的示意图；

图2是发光二极管和投影透镜的一个示例的示意图；

图3是具有表面结构的发光二极管的一个示例的示意图；

图4是具有表面结构的发光二极管的另一个示例的示意图；

图5是示出用于制造装置的方法的一个实施例的示意流程图；

图6是示出用于制造装置的一个实施例的示意流程图；

图7a是校准系统或装置的方法的一个步骤的示意图；以及

图7b是校准系统或装置的方法的另一个步骤的示意图。

在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。

详细描述

下面结合附图提供的详细描述旨在作为本发明示例的描述，并不旨在表示可以构建或使用本发明示例的唯一形式。然而，可以通过不同的示例来实现相同或等效功能和序列。

虽然在本文中将本发明的各示例描述并例示为在智能电话中实现，但是所描述的设备只是作为示例而非限制来提供的。如本领域技术人员将领会的，本发明的示例适于应用在各种各样不同类型的移动装置和/或手持装置中，诸如用于平板、膝上计算机或游戏控制台。结构化光可被用于利用深度相机功能的各种应用或装置。

图1示出了合并成像装置和发光二极管的电子设备的一个示例，其中该电子设备的一个实施例是智能电话。电子设备包括包含显示器100、扬声器120、麦克风130和键140的主体100。显示器通常在电子设备的正面。电子设备包括成像装置150——相机。发光二极管led160在该示例中被置于正面，但是其可被置于该装置的任何侧面。led160可被用作相机150的闪光灯，或者它可发射结构化光。相机150可用作深度相机，因为led160在成像区域中投影预定义的结构化光图案。

图2示出了装置的发光二极管led210的一个示例。led210具有允许光的射线从led210离开的表面211。投影透镜220被置于距离led210的表面211焦距f处，如虚线240所示。在一个实施例中，投影透镜220是准直透镜，准直器可包括在其焦距处具有led210的表面211的曲面透镜，并将led表面211的图像折转到无穷远而没有视差。投影透镜220沿着虚线241投影led表面211的图像。在一个实施例中，投影透镜220被置于距离led210的表面211超焦距f2处。超焦距可被定义为最近距离，在该处透镜可被聚焦同时保持对象为无穷远能可接受地清晰。对于聚焦到无穷远的透镜，超焦距还可被定义为这样的距离：超过该距离，全部对象是能够可接受地清晰。

led210是双芯半导体光源。其为pn结二极管，在激活时发射光。根据一个示例，光子230从可反射内表面被反射，除非它们抵达表面211的透明部分213，并且光231被发射出led。led210的表面211具有不同的结构，例如由导体表面212和发光表面213形成。光线231从发光表面213被发射－因为导体表面212不发光，led210的表面211具有高反差区域，该高反差区域具有若干可区分的特征。来自发光表面213的光通过投影透镜220行进。由于表面211和投影透镜220之间的距离等于焦距f或超焦距f2，发光表面213和导体表面212之间的反差在投影中清晰可见。被投影的led表面211图像中的反差边形成结构化光。在其中电子设备是智能手机的一个示例中，投影透镜220和led210的表面211之间的f或f2距离在6mm和3mm之间，然而具有不同焦距或具有不同电子装置(诸如游戏控制台、手持设备、平板电脑或相机)的其它实施例可被实现。

结构化光可被用于在场景上投影已知图案。当它撞击表面时变形的方式允许成像装置(诸如相机)获取图像，并且装置可计算场景中的对象的深度或表面信息。一个示例是结构化光3d扫描仪或游戏控制台。深度相机可被用于捕捉用户的3d运动或移动或检测成像区域中的手势。结构化光可以以可见光或可见光波长的不易察觉的光(例如人眼处不易察觉的帧率的快速闪烁)来投影。结构化光可以以不可见光(诸如紫外光或红外光，因为led210可以是红外led或紫外led)来被投影。

图3示出发光二极管310的一个示例。pn结形成在触点330和340之间。在此示例中，表面320具有导电区域312以及并排提供导电元件323和发光元件322的薄层。在led310表面320的光中形成反差的该结构，作为结构化光的特征被投影。表面320可包括被掩模的区域，以实现结构化光期望的形状，其中掩模可以是导电区域的部分或施加到表面320的特定薄膜。

图4示出了发光二极管410的另一示例，在此示例中led410是lpe体积发射器二极管。pn结形成在触点440和430之间。发光表面420和导体421形成尖锐反差，其作为结构化光的一个特征被投影。该装置可包括在具有到投影透镜相似距离的相同水平上的多个led元件。

在一个实施例中，装置包括至少一个处理器；以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器。所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述装置至少执行以下：将结构化光图案投影到第一表面，接收结构化光图案并将结构化光图案存储在至少一个存储器中。led表面图案作为结构化光被投影到成像区域上，其中它从第一表面反射。第一表面可以是成像区域上的任何对象，被检测、识别或其距投影透镜的距离要被计算的对象。结构化光可包括被投影到多个对象上的多个表面图案或特征。处于与led不同位置处的成像设备或相机捕捉该图像。成像设备可以是分开的设备，其中当所捕捉的图像以其被投影到第一表面的形式被捕捉时，它被发送到分析结构化光的装置。成像设备可被实现在诸如移动电话、游戏控制台或游戏控制台控制器的电子设备上。装置将所接收到的结构化光图像存储在存储器中。

在一个实施例中，相机被实现在装置中，其中其捕捉投影到对象上的图像，并且图像包括所投影的结构化光。装置检测来自图像的结构化光图案的至少一部分，并计算结构化光图案的该部分和装置之间的距离。

图5是示出用于制造装置或系统的方法的一个实施例的示意流程图。揭示了用于制造包括具有表面和有焦距的投影透镜的发光二极管的装置的方法。该方法包括沿着光轴移动投影透镜，步骤510；并当检测到投影透镜的表面在光轴上焦点对准时，步骤520，将投影透镜固定在距发光二极管的表面一距离处，步骤530。图6是示出在组装期间各部件的主动对准的一个实施例的示例流程图。在一个实施例中，方法包括通过捕捉来自装置的投影的图像主动对准各组件，步骤610，并响应于投影的图像聚焦组装装置各组件，步骤620。透镜的生产批次可具有不同光学特性，例如，焦距在各个透镜之间可能变化。制造过程改善了透镜相对于led表面的适当的定位。当安装机器试图为透镜寻找正确位置时，成像设备被定位在光轴上。安装机器沿着光轴移动透镜直到成像设备检测led表面的图像焦点对准，并将透镜固定在那个位置。在一个实施例中，该方法包括将投影透镜固定在距离发光二极管的表面达焦距或超焦距的距离处。

图7a示出用于校准系统或装置的方法的一个步骤的示意图，其中结构化光被投影到对象，而图7b示出了另一步骤的示意图，其中对象处于不同位置。在该方法的一个实施例中，装置包括至少一个处理器701；以及包括用于一个或多个程序703的计算机程序代码的至少一个存储器702。该方法包括将发光二极管的表面图像741投影在距投影透镜710的第一距离处的第一表面731上，接收来自第一表面图像741的第一结构化光图案；并将第一结构化光图案存储在至少一个存储器702中。第一表面图像741可被投影到平坦的第一表面731上。第一表面图像741可被用作结构化光的参考数据。在一个实施例中，该方法包括将发光二极管的第二表面图像742投影到距投影透镜710第二距离处的第二表面732上，接收来自第二表面图像742的第二结构化光图案，将第二结构化光图案存储在至少一个存储器702中，并通过比较第一结构化光图案和第二结构化光图案来校准距离检测模块。投影在第二表面732(例如，平坦表面)上的第二结构化光图案，作为第二表面图像742被捕捉并被用作结构化光的第二参考数据。投影透镜710可能不理想，其中至少一部分变形通过分析第一表面图像741和第二表面图像742来被检测。所述变形和第一表面图像741和第二表面图像742之间的任何其它差异被存储在装置的存储器702中。信息可被使用来计算所捕捉的具有投影的结构化光的图像的深度信息。来自投影的led表面的结构化光针对每个被制造的装置、电子设备或深度相机系统可稍微不同；因此，结构化光图案可被存储在存储器中并被校准用于更准确的深度计算。

一个方面公开了包括具有表面的发光二极管和具有焦距的投影透镜的深度相机系统，其中投影透镜被置于距所述发光二极管的所述表面达焦距或超焦距的距离处，并且所述投影透镜被配置来投影发光二极管的表面的图像。在一个实施例中，所述发光二极管的表面包括阻挡光射线防止其从发光二极管行进到投影透镜，使得投影透镜投影结构化光图案的元件。所述深度相机系统包括至少一个处理器以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器。所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述系统至少执行以下：将结构化光图案投影到表面，接收结构化光图案并将结构化光图案存储在至少一个存储器中。在一个实施例中，所述深度相机系统包括成像装置，例如相机。计算机程序代码被配置，与至少一个处理器一起，使得相机捕捉图像、检测来自图像的结构化光图案的至少一部分并计算结构化光图案的该部分和装置之间的距离。相机可以是系统的一部分。在一个实施例中，系统包括图像检测器模块，所述图像检测器模块被配置用于随着结构化光从捕捉区域内的一个或多个对象反射而捕捉其图像。投影透镜和相机或图像检测器模块被置于不同位置，允许相机或图像检测器模块检测与来自其被投影处的角度不同的角度所反射的光。

一个方面揭示了一种装置，包括：具有表面的发光二极管；具有焦距的投影透镜，其中投影透镜被置于距所述发光二极管的所述表面达焦距或超焦距的距离处，并且所述投影透镜被配置来投影发光二极管的表面的图像。在一个实施例中，所述发光二极管的表面包括被配置来阻挡光射线的一部分防止其从发光二极管行进到投影透镜并被配置来使得投影透镜投影结构化光图案的元件。在一个实施例中，投影透镜是准直透镜。在一个实施例中，发光二极管选自包括以下的一个组：红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管。在一个实施例中，该组由红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管组成。在一个实施例中，所述装置包括至少一个处理器；以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述装置至少执行以下：将结构化光图案投影到第一表面；接收结构化光图案并将结构化光图案存储在至少一个存储器中。在一个实施例中，所述装置包括相机；至少一个处理器；以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述装置至少执行以下：所述相机捕捉图像；检测来自图像的结构化光图案的至少一部分；并计算结构化光图案的该部分和装置之间的距离。

一个方面揭示了用于制造装置的方法；所述方法包括：沿着光轴移动具有焦距的投影透镜；并当检测到所述投影透镜的表面在所述光轴上焦点对准时，将所述投影透镜固定在距发光二极管的表面一距离处。在一个实施例中，投影透镜是准直透镜。在一个实施例中，发光二极管选自包括以下的一个组：红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管。在一个实施例中，该组由红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管组成。

一个方面揭示了深度相机系统，包括：具有表面的发光二极管；具有焦距的投影透镜；其中投影透镜被置于距所述发光二极管的所述表面达焦距或超焦距的距离处，并且所述投影透镜被配置来投影发光二极管的表面的图像。在一个实施例中，所述发光二极管的表面包括阻挡光射线防止其从发光二极管行进到投影透镜导致投影透镜投影结构化光图案的元件。在一个实施例中，投影透镜是准直透镜。在一个实施例中，发光二极管选自包括以下的一个组：红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管。在一个实施例中，该组由红外光发光二极管、紫外光发光二极管和可见光发光二极管组成。在一个实施例中，所述深度相机系统包括至少一个处理器；以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述系统至少执行以下：将结构化光图案投影到第一表面；接收结构化光图案；并将结构化光图案存储在至少一个存储器中。在一个实施例中，所述深度相机系统装置包括相机；至少一个处理器；以及包括用于一个或多个程序的计算机程序代码的至少一个存储器，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置，与所述至少一个处理器一起，使得所述系统至少执行以下：所述相机捕捉图像；检测来自图像的结构化光图案的至少一部分；并计算结构化光图案的该部分和装置之间的距离。在一个实施例中，所述深度相机系统包括图像检测器模块，所述图像检测器模块被配置用于随着结构化光从捕捉区域内的一个或多个对象反射而捕捉其图像。

作为替换或补充，本文所述的功能可至少部分地由一个或多个硬件组件或硬件逻辑组件来执行。例如，但非限制，可被使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(fpga)、程序专用的集成电路(asic)、程序专用的标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)，图形处理单元(gpu)。例如，深度相机功能的一些或全部，3d成像功能或手势检测功能可由一个或多个硬件逻辑组件执行。

上文所描述的装置或系统的示例是包括一个或多个处理器的基于计算的设备，该一个或多个处理器可以是微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器，以用于处理计算机可执行指令来控制设备的操作以便控制一个或多个传感器、接收传感器数据并使用传感器数据。可以在基于计算的设备处提供包括操作系统或任何其他合适的平台软件的平台软件以允许应用软件能够在该设备上被执行。

可以使用可由基于计算的设备访问的任何计算机可读介质来提供计算机可执行指令。计算机可读介质可以包括例如诸如存储器之类的计算机存储介质和通信介质。诸如存储器之类的计算机存储介质包括以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，ram、rom、eprom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可被用来储存信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相比而言，通信介质可以以诸如载波或其他传输机制之类的已调数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据。如本文所定义的，计算机存储介质不包括通信介质。因此，计算机存储介质不应被解释为本质上是传播信号。传播的信号可存在于计算机存储介质中，但是传播的信号本身不是计算机存储介质的示例。虽然在基于计算的设备中示出了计算机存储介质，然而应当理解，该存储可以是分布式的或位于远程并经由网络或其他通信链路(例如，使用通信接口)来访问。

基于计算的设备可包括被布置成向显示设备输出显示信息的输入/输出控制器，该显示设备可与基于计算的设备分离或集成。显示信息可提供图形用户界面例如以显示由该设备使用传感器输入来跟踪的手姿势或用于其他显示目的。输入/输出控制器还被布置成接收并处理来自一个或多个设备的输入，诸如用户输入设备(例如，鼠标、键盘、相机、话筒或其他传感器)。在一些示例中，用户输入设备可以检测语音输入、用户姿势或其他用户动作，并且可以提供自然用户界面(nui)。该用户输入可用于诸如通过接收关于特定用户的骨骼长度的信息来配置该用户的设备。在一实施例中，如果显示设备是触敏显示设备，则它也可充当用户输入设备。输入/输出控制器还可向除显示设备之外的设备输出数据，例如，本地连接的打印设备。

本文所使用的术语计算机摂或基于计算的设备摂是指带有处理能力以便其可执行指令的任何设备。本领域技术人员可以理解，这样的处理能力被结合到许多不同设备中，并且因此术语计算机摂和基于计算的设备摂各自包括个人计算机、服务器、移动电话(包括智能电话)、平板计算机、机顶盒、媒体播放器、游戏控制台、个人数字助理和许多其他设备。

本文所描述的方法可由有形存储介质上的机器可读形式的软件来执行，例如计算机程序的形式，该计算机程序包括在该程序在计算机上运行时适用于执行本文描述的任何方法的所有步骤的计算机程序代码装置并且其中该计算机程序可被包括在计算机可读介质上。有形存储介质的示例包括计算机存储设备，计算机存储设备包括计算机可读介质，诸如盘、拇指型驱动器、存储器等而不仅包括所传播的信号。传播的信号可存在于有形存储介质中，但是传播的信号本身不是有形存储介质的示例。软件可适于在并行处理器或串行处理器上执行以使得各方法步骤可以按任何合适的次序或同时执行。

这承认，软件可以是有价值的，单独地可交换的商品。它旨在包含运行于或者控制哑(“dumb”)或标准硬件以实现所需功能的软件。它还旨在包含例如用于设计硅芯片，或者用于配置通用可编程芯片的hdl(硬件描述语言)软件等“描述”或者定义硬件配置以实现期望功能的软件。

本领域技术人员会认识到，被用来储存程序指令的存储设备可分布在网络上。例如，远程计算机可储存被描述为软件的进程的示例。本地或终端计算机可以访问远程计算机并下载软件的一部分或全部以运行程序。可另选地，本地计算机可以根据需要下载软件的片段，或在本地终端上执行一些软件指令，并在远程计算机(或计算机网络)上执行另一些软件指令。替换地或附加地，此处描述的功能可以至少部分由一个或多个硬件逻辑组件来执行。作为示例而非限制，可使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等。

本文给出的任何范围或设备值可被扩展或更改而不损失所寻求的效果。

尽管用结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现权利要求书的示例而公开的，并且其他等价特征和动作旨在处于权利要求书的范围内。

可以理解，上文所描述的优点可以涉及一个实施例或可以涉及多个实施例。各实施例不仅限于解决任何或全部所陈述的问题的那些实施例或具有任何或全部所陈述的优点那些实施例。进一步可以理解，对一个摂项目的提及是指那些项目中的一个或多个。

此处所描述的方法的步骤可以在适当的情况下以任何合适的顺序，或同时实现。另外，在不偏离此处所描述的主题的精神和范围的情况下，可以从任何一个方法中删除各单独的框。上文所描述的任何示例的各方面可以与所描述的其他示例中的任何示例的各方面相结合，以构成进一步的示例，而不会丢失寻求的效果。

本文使用了术语“包括”以旨在包括已标识的方法的框或元件，但是这样的框或元件不包括排它性的列表，并且方法或装置可以包含附加的框或元件。

可以理解，上面的描述只是作为示例给出并且本领域的技术人员可以做出各种修改。以上说明、示例和数据提供了对各示例性实施例的结构和使用的全面描述。虽然上文以一定的详细度或参考一个或多个单独实施例描述了各实施例，但是，在不偏离本说明书的精神或范围的情况下，本领域的技术人员可以对所公开的实施例作出很多更改。