特許 7505087 アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサならびにそのようなセンサを有するコンピューティングデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-14

(45)【発行日】2024-06-24

(54)【発明の名称】アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサならびにそのようなセンサを有するコンピューティングデバイス

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240617BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20240617BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/89

【請求項の数】 16

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023094512

(22)【出願日】2023-06-08

【審査請求日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】18/080,879

(32)【優先日】2022-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519146787

【氏名又は名称】ツー－シックス デラウェア インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＩ－ＶＩ Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(72)【発明者】

【氏名】アンナ・タタルチャック

(72)【発明者】

【氏名】ドミトリー・イアズィコフ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー・ココット

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１６３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２４９６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２５４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７８５４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００９７１２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０２－０００９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３７４８３６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１４４８５４０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００ － ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信器と、
出力結合器と、
ビームを放出するように構成された伝送器と、
前記伝送器によって放出された前記ビームを受信し、前記ビームを前記出力結合器の方へ案内するように構成されたガイドと
を含むセンサであって、
各出力結合器は、制御信号に基づいて、それぞれの前記出力結合器から前記ビームを放出するアウトカップリング状態と、前記ビームを前記ガイドに制限する内部反射状態とに選択的にすることができ、
前記受信器は、前記出力結合器のうちの１つまたは複数から放出された前記ビームを受信するように構成された、
センサ。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサであって、前記出力結合器は、
前記受信器から第１の基線距離をあけた第１の出力結合器と、
前記受信器から第２の基線距離をあけた第２の出力結合器と
を含み、前記第２の基線距離は前記第１の基線距離より長い、センサ。

【請求項3】

請求項１に記載のセンサであって、前記出力結合器は、
第１の深さ範囲を提供する第１の出力結合器と、
前記第１の深さ範囲とは異なる第２の深さ範囲を提供する第２の出力結合器と
を含む、センサ。

【請求項4】

請求項３に記載のセンサであって、前記第１の深さ範囲は前記第２の深さ範囲の一部分と重複する、センサ。

【請求項5】

請求項１に記載のセンサであって、前記出力結合器は、
第１の視野を提供する第１の出力結合器と、
前記第１の視野とは異なる第２の視野を提供する第２の出力結合器と
を含む、センサ。

【請求項6】

請求項５に記載のセンサであって、
前記第１の出力結合器は、第１の周期を有する第１の繰返し格子構造を含む第１の回折格子を含み、
前記第２の出力結合器は、前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する格子構造を含む第２の回折格子を含む、
センサ。

【請求項7】

請求項１に記載のセンサであって、
前記伝送器と前記出力結合器のうちの第１の出力結合器との間の第１の光学構造と、
前記伝送器と前記出力結合器のうちの第２の出力結合器との間の第２の光学構造と
を含むセンサ。

【請求項8】

請求項７に記載のセンサであって、前記第１の光学構造および前記第２の光学構造は、各々、レンズ、回折光学素子、コリメータ、偏光フィルタ、波長フィルタ、または、拡散器を含む、センサ。

【請求項9】

請求項１に記載のセンサであって、
前記出力結合器の上の光学構造
を含み、
第１の出力結合器は、前記第１の出力結合器が前記アウトカップリング状態にあることに応答して、第１の光学構造を通って前記ビームを放出する、
センサ。

【請求項10】

請求項９に記載のセンサであって、各光学構造は、レンズ、回折光学素子、コリメータ、偏光フィルタ、波長フィルタ、または、拡散器を含む、センサ。

【請求項11】

受信器と、
出力結合器と、
ビームを放出するように構成された伝送器と、
前記伝送器によって放出された前記ビームを受信し、前記ビームを前記出力結合器の方へ案内するように構成されたガイドと、
命令を含む記憶デバイスと、
前記命令を実行し、前記命令の実行に基づいて制御信号を生成するように構成されたプロセッサと
を含むコンピューティングデバイスであって、
各出力結合器は、前記制御信号に基づいて、それぞれの前記出力結合器から前記ビームを放出するアウトカップリング状態と、前記ビームを前記ガイドに制限する内部反射状態とに選択的にすることができ、
前記受信器は、前記出力結合器のうちの１つまたは複数から放出された前記ビームを受信するように構成された、
コンピューティングデバイス。

【請求項12】

請求項１１に記載のコンピューティングデバイスであって、前記出力結合器は、
前記受信器から第１の基線距離をあけた第１の出力結合器と、
前記受信器から第２の基線距離をあけた第２の出力結合器と
を含み、前記第２の基線距離は前記第１の基線距離より長い、コンピューティングデバイス。

【請求項13】

請求項１１に記載のコンピューティングデバイスであって、前記出力結合器は、
第１の深さ範囲を提供する第１の出力結合器と、
前記第１の深さ範囲とは異なる第２の深さ範囲を提供する第２の出力結合器と
を含み、
前記第１の深さ範囲は前記第２の深さ範囲の一部分と重複する、
コンピューティングデバイス。

【請求項14】

請求項１１に記載のコンピューティングデバイスであって、前記出力結合器は、
第１の視野を提供する第１の出力結合器と、
前記第１の視野とは異なる第２の視野を提供する第２の出力結合器と
を含む、コンピューティングデバイス。

【請求項15】

請求項１１に記載のコンピューティングデバイスであって、
前記伝送器と前記出力結合器のうちの第１の出力結合器との間の第１の光学構造と、
前記伝送器と前記出力結合器のうちの第２の出力結合器との間の第２の光学構造と
を含むコンピューティングデバイス。

【請求項16】

請求項１１に記載のコンピューティングデバイスであって、
前記出力結合器の上の光学構造
を含み、
第１の出力結合器は、前記第１の出力結合器が前記アウトカップリング状態にあることに応答して、第１の光学構造を通って前記ビームを放出する、
コンピューティングデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]スマートフォンなどの消費者電子デバイスは、そのような消費者電子デバイスが空間領域の３Ｄスキャンを生成または感知することを可能にするＬｉｄａｒモジュールおよび／または他のセンサモジュールを含むことができる。

【背景技術】

【0002】

消費者電子デバイスは、顔認識プロセス、生体認証プロセス、拡張現実プロセス、自動焦点プロセス、および／または別のプロセスの一部として、そのような３Ｄスキャンデータを使用することができる。そのようなプロセスの有効性は、Ｌｉｄａｒモジュールおよび／または他のセンサモジュールの設計された走査または感知範囲に依存することがある。さらに、１つの走査範囲では、消費者電子デバイスが捕捉された３Ｄスキャンデータを利用しようとするすべてのプロセスに対して十分でないこともある。したがって、消費者電子デバイスは、様々なプロセスによって必要とされる走査範囲を提供するために、複数のＬｉｄａｒモジュールおよび／または他のセンサモジュールを含むことがある。

【発明の概要】

【0003】

[0002]アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサ、ならびにそのようなセンサを有するコンピューティングデバイスについて、図の少なくとも１つに関連して図示および／もしくは説明し、特許請求の範囲において、より徹底的に記載する。

【0004】

[0003]上記の開示のこれらおよび他の利点、態様、および新規な特徴、ならびに本開示の例示的な実施形態の詳細は、以下の説明および図面からより徹底的に理解されよう。
[0004]本開示の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照するとより容易に理解されよう。添付の図面では、同じ参照番号が同様の構造要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】[0005]本開示の態様ごとにアドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサを備えるコンピューティングデバイスのブロック図である。

【図2A】[0006]図２Ａは、図１に示すセンサおよび／またはセンサのさらなる特徴の一実施形態を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、図１に示すセンサおよび／またはセンサのさらなる特徴の一実施形態を示す図である。

【図2C】図２Ｃは、図１に示すセンサおよび／またはセンサのさらなる特徴の一実施形態を示す図である。

【図3】[0007]図２Ａ～図２Ｃの出力結合器に関連付けられた深さ範囲を示す図である。

【図4】[0008]図２Ａ～図２Ｃのセンサを使用して３Ｄスキャンデータを生成するプロセスの流れ図である。

【図5】[0009]図１に示すセンサおよび／またはセンサのさらなる特徴の別の実施形態を示す図である。

【図6】[0010]図１に示すセンサおよび／またはセンサのさらなる特徴のさらなる実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[0011]以下の議論は、センサおよびコンピューティングデバイスの様々な例を提供する。そのような例は非限定的であり、添付の特許請求の範囲の範囲は、開示する特定の例に限定されるべきではない。以下の議論において、「例」および「たとえば」という用語は非限定的である。

【0007】

[0012]これらの図は一般的な構造様式を示しており、本開示を不要に曖昧にすることを回避するために、よく知られている特徴および技法の説明および詳細は省略することができる。加えて、図面内の要素は、必ずしも原寸通りに描かれていない。たとえば、本開示で論じる例の理解の改善の助けとなるために、これらの図における要素のいくつかの寸法が他の要素に対して強調されることがある。異なる図における同じ参照番号は、同じ要素を示す。

【0008】

[0013]「または」という用語は、「または」によって接続されるリスト内の項目のいずれか１つまたは複数を意味する。一例として、「ｘまたはｙ」は、３つの要素からなる集合｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のいずれかの要素を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ、またはｚ」は、７つの要素からなる集合｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のいずれかの要素を意味する。

【0009】

[0014]「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、「オープンエンド」の用語であり、記載の特徴の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴の存在または追加を除外しない。

【0010】

[0015]「第１」、「第２」などの用語は、本明細書において様々な要素について説明するために使用することができ、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。したがって、
たとえば、本開示の教示から逸脱することなく、本開示で論じる第１の要素を第２の要素と呼ぶこともできる。

【0011】

[0016]別途指定されない限り、「結合される」という用語は、２つの要素が互いに直接接触する状態、または２つの要素が１つもしくは複数の他の要素によって間接的に接続される状態について説明するために使用することができる。たとえば、要素Ａが要素Ｂに結合されるという場合、要素Ａは要素Ｂに直接接触することができ、または介在する要素Ｃによって要素Ｂに間接的に接続することがある。同様に、「上（ｏｖｅｒ）」または「上（ｏｎ）」という用語は、２つの要素が互いに直接接触する状態、または２つの要素が１つもしくは複数の他の要素によって間接的に接続される状態について説明するために使用することができる。

【0012】

[0017]概して、本開示の態様は、アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサを対象とする。本開示のさらなる態様は、そのようなセンサを有するコンピューティングデバイスを対象とする。このため、センサは、受信器から異なる距離をあけて位置決めされた複数の出力結合器を含むことができる。出力結合器を選択的に有効にすることによって、伝送器によって生成された光または他の放射を出力結合器の方へ誘導し、伝送器から異なる距離にセンサから選択的に放出することができる。そのような選択的な放出により、センサの深さ範囲および／または視野を調整することができる。このようにして、コンピューティングデバイスは、深さ範囲および／または視野に関して異なる必要性を有する用途および／またはプロセスにわたって利用することができる単一のセンサを含むことができる。

【0013】

[0018]図１を参照すると、コンピューティングデバイス１００のブロック図が示されており、コンピューティングデバイス１００は、アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサ１４０を含む。特に、コンピューティングデバイス１００は、１つまたは複数のプロセッサ１１０、１つまたは複数の記憶デバイス１２０、表示デバイス１３０、センサ１４０、および様々な入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１５０を含むことができる。コンピューティングデバイス１００は、プロセッサ１１０、記憶デバイス１２０、表示デバイス１３０、センサ１４０、およびＩ／Ｏデバイス１５０を互いに動作可能に結合するバスおよび／または他の相互接続をさらに含むことができる。プロセッサ１１０は、命令を実行し、データを操作し、そのような命令を実行した結果としてコンピューティングデバイス１００の他の構成要素の動作を制御するように構成することができる。このため、プロセッサ１１０は、たとえば様々な販売業者から入手可能なｘ８６プロセッサ、アーム（ＡＲＭ）プロセッサなどの汎用プロセッサを含むことができる。しかし、プロセッサ１１０はまた、特定用途向けプロセッサならびに／または他のアナログおよび／もしくはデジタル論理回路を使用して実装することもできる。

【0014】

[0019]記憶デバイス１２０は、１つもしくは複数の揮発性記憶デバイスおよび／または１つもしくは複数の不揮発性記憶デバイスを含むことができる。概して、記憶デバイス１２０は、プロセッサ１１０によって実行することができるソフトウェアおよび／またはファームウェア命令を記憶することができる。記憶デバイス１２０は、プロセッサ１１０が命令を実行したことに応答してアクセス、修正、および／または他の形で操作することができる様々なタイプのデータをさらに記憶することができる。このため、記憶デバイス１２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）デバイス、ソリッドステートデバイス（ＳＳＤ）ドライブ、フラッシュメモリデバイスなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、記憶デバイス１２０の１つまたは複数のデバイスを１つまたは複数のプロセッサ１１０と一体化することができる。

【0015】

[0020]表示デバイス１３０は、プロセッサ１１０の命令の実行から得られた視覚出力を提示することができる。このため、表示デバイス１３０は、１つまたは複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）デバイス、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス、量子ドットデバイス、干渉変調器デバイス、または何らかの他の表示デバイスを含むことができる。

【0016】

[0021]以下でより詳細に説明するように、センサ１４０は、そのアドレス指定可能な深さ範囲および／または視野内の空間領域の３Ｄスキャンを生成するように協働する伝送器および受信器を含むことができる。コンピューティングデバイス１００は、顔認識プロセス、生体認証プロセス、拡張現実プロセス、自動焦点プロセス、および／または別のプロセスの一部として、生成された３Ｄスキャンデータを使用することができる。特に、プロセッサ１１０は、オペレーティングシステム、デバイスドライバ、アプリケーション、ならびに／または何らかの他のソフトウェアおよび／もしくはファームウェアモジュールの命令を実行して、センサ１４０の深さ範囲および／または視野を調整する制御信号を生成することができる。

【0017】

[0022]他のＩ／Ｏデバイス１５０は、ユーザまたは別のデバイス（たとえば、別のコンピューティングデバイス、ネットワーキングデバイスなど）がコンピューティングデバイス１００と相互作用することを有効にするデバイスを提供することができる。たとえば、Ｉ／Ｏデバイス１５０は、ボタン、タッチスクリーン、キーボード、マイクロフォン、音声スピーカなどを含むことができ、これらを介して、個人がコンピューティングデバイス１００と対話することができる。Ｉ／Ｏデバイス１５０はまた、コンピューティングデバイス１００が他のコンピューティングデバイスおよび／またはネットワーキングデバイスと通信することを可能にするネットワークインターフェースを含むこともできる。このため、ネットワーキングインターフェースは、イーサネット（ＩＥＥＥ８０２．３）インターフェースなどの有線ネットワーキングインターフェース、ＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１）インターフェース、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（ＩＥＥＥ８０２．１５．１）インターフェースなどの無線ネットワーキングインターフェース、セルラーインターフェース（ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＬＴＥなど）などの無線もしくは移動体インターフェース、ならびに／またはコンピューティングデバイス１００と別のコンピューティングデバイスおよび／もしくはネットワーキングデバイスとの間に通信リンクを提供することが可能な何らかの他のタイプのネットワーキングインターフェースを含むことができる。

【0018】

[0023]上記は、コンピューティングデバイス１００の態様について説明している。しかし、コンピューティングデバイス１００の実際の実装には相当な変動が存在する可能性もある。たとえば、コンピューティングデバイス１００のスマートフォンの実装では、コンピューティングデバイス１００のラップトップの実装とは大幅に異なる構成要素を使用することがあり、大幅に異なるアーキテクチャを有することがある。そのような違いにかかわらず、コンピューティングデバイスはなお、概して、様々な機能を実装するためにソフトウェアおよび／またはファームウェア命令を実行するプロセッサを含む。したがって、コンピューティングデバイス１００の前述の態様は、限定的な観点からではなく、概して例示的な観点から提示したものである。

【0019】

[0024]本開示の特定の態様は、移動消費者電子デバイス（たとえば、スマートフォン、タブレット、ラップトップなど）として実装されるコンピューティングデバイスに特に有用となりうる。しかし、本開示では、無数の異なるコンピューティングデバイスおよび／またはコンピューティングプラットホームにわたって態様に有用性があると想定しており、その意図は、添付の特許請求の範囲に見ることができるそのような限定を超えて、本開示の範囲を特有のコンピューティングデバイスおよび／またはコンピューティングプラットホームに限定することではない。

【0020】

[0025]図２Ａ～図２Ｃを次に参照すると、図１のセンサ１４０を実装することができるセンサ２００のブロック図が示されている。特に、図２Ａは、第１の深さ範囲を提供するように構成されたセンサ２００を示し、図２Ｂは、第１の深さ範囲より大きい第２の深さ範囲を提供するように構成されたセンサ２００を示し、図２Ｃは、第２の深さ範囲より大きい第３の深さ範囲を提供するように構成されたセンサ２００を示す。

【0021】

[0026]示されているように、センサ２００は、ガイド２１０（たとえば、光ガイドまたは導波路）、集積回路デバイス２２０、伝送器２３０、受信器２４０、入力結合器２５０、第１の出力結合器２６０、第２の出力結合器２７０、および第３の出力結合器２８０を含むことができる。様々な実施形態では、センサ２００は、消費者電子機器向けの赤外（ＩＲ）に基づく３Ｄ走査ハードウェアソリューション、Ｌｉｄａｒモジュール、および／または他の３Ｄ走査環境を提供することができる。制御信号に応答して、センサ２００は、所望のアドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を提供するようにセンサ２００を動的に構成する結合器２６０、２７０、２８０の個々の結合器を選択的に有効または活動状態にすることができる。

【0022】

[0027]特定の実施形態では、ガイド２１０は、コンピューティングデバイス１００の表示デバイス１３０（たとえば、ＯＬＥＤスクリーン）の上に配置することができる。示されているように、ガイド２１０は、集積回路デバイス２２０の頂面の上に位置決めまたは形成することができ、したがってガイド２１０の底面が集積回路デバイス２２０の頂面になる。ガイド２１０は、ガイド２１０の底面に沿って伝送器２３０の上に入力結合器２５０を含むことができる。ガイド２１０は、ガイド２１０の頂面に沿って出力結合器２６０、２７０、２８０をさらに含むことができる。入力結合器２５０は、伝送器２３０の出力をガイド２１０に結合することができ、したがってガイド２１０は、伝送器２３０の出力を出力結合器２６０、２７０、２８０の方へ案内または誘導することができる。

【0023】

[0028]集積回路デバイス２２０は、伝送器２３０を含むことができる。様々な実施形態では、集積回路デバイス２２０は、センサ２００の動作および／または他の機能を対象とする追加の回路および／または構成要素を含むことができる。さらに、様々な実施形態では、伝送器２３０を集積回路デバイス２２０とは別個のデバイスとして実装することができる。

【0024】

[0029]伝送器２３０は、センサ２００によって受信された制御信号に基づいて、光および／または他の放射のビーム２３１を生成することができる。様々な実施形態では、伝送器２３０は、選択された出力結合器２６０、２７０、２８０を介してセンサ２００によって放出される赤外（ＩＲ）光のビーム２３１を生成して、選択されたアドレス指定可能な深さ範囲ごとに空間領域のＩＲスキャンを実行することができる。このため、伝送器２３０は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、および／または別の赤外源を含むことができる。様々な実施形態において、センサ２００は、赤外光のビームを使用して空間領域の３Ｄスキャンを生成することができるのに対して、伝送器２３０は、他の形態の放射のビームを生成することができ、ガイド２１０は、そのようなビームを出力結合器２６０、２７０、２８０へ案内し、そのような誘導されたビームを使用して３Ｄスキャンデータを生成するように製造することができる。

【0025】

[0030]受信器２４０は、伝送器２３０のビーム２３１がセンサ２００から放出され、センサ２００の走査または深さ範囲内で対象によって反射された後、そのようなビーム２３１を受信、捕捉、および／または検出するように位置決めすることができる。このため、受信器２４０は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）イメージセンサ、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ、または伝送器２３０によって放出されたビーム２３１を受信するのに好適な何らかの他のイメージセンサもしくはカメラなどのイメージセンサを含むことができる。したがって、受信器２４０は、集積回路デバイス２２０とは別個のものとすることができる。しかし、様々な実施形態では、受信器２４０を集積回路デバイス２２０および伝送器２３０と一体化することもできる。

【0026】

[0031]プロセッサ１１０は、出力結合器２６０、２７０、２８０の材料特性を動的に制御する制御信号を生成することができる。このようにして、プロセッサ１１０は、それぞれの結合器２６０、２７０、２８０がビーム２３１をガイド２１０に制限する全内部反射（ＴＩＲ）状態と、それぞれの結合器２６０、２７０、２８０によりビーム２３１がそれぞれの結合器２６０、２７０、２８０を介してガイド２１０から逃げることが可能になるアウトカップリング状態との間で、各出力結合器２６０、２７０、２８０を選択的に構成することができる。特に、プロセッサ１１０は、システムレベルソフトウェアを実行した結果、それぞれの出力結合器２６０、２７０、２８０をＴＩＲ状態またはアウトカップリング状態にするように出力結合器２６０、２７０、２８０の特性を選択的に変える電圧、電流、差分、および／または他の制御信号を生成することができる。そのような制御信号を生成することによって、センサ２００は、関心深さ範囲および／または視野を照射するように構成することができる。

【0027】

[0032]ガイド２１０内の制限は、ガイド２１０の頂面および底面に沿って反射コーティングによって実現することができる。反射コーティングは、見通し角で高い反射率を有し、法線角近くで低い反射率を有することができる。反射コーティングは、出力結合器２６０、２７０、２８０を介してビームがアウトカップリングされるべき区域から選択的に除去することができる。

【0028】

[0033]出力結合器２６０、２７０、２８０は、プリズム、回折、またはメタサーフェス特性に基づいて実装することができる。特に、出力結合器２６０、２７０、２８０は、ガイド２１０内に埋め込みもしくはエッチングすることによって、またはガイド２１０の頂面上に取り付けることによって、ガイド２１０内に配置することができる。特定の実施形態では、出力結合器２６０、２７０、２８０は、出力結合器２６０、２７０、２８０の溝における特有の材料屈折率のために設計された活動物質およびメタサーフェス光学素子（ＭＯＥ）を備えることができる。他の実施形態では、出力結合器２６０、２７０、２８０は、ガイド２１０の頂面上に活動層を備えることができる。そのような実施形態では、ガイド２１０がシリコン層を構成することができ、出力結合器２６０、２７０、２８０の活動層が液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）層を構成することができる。さらに他の実施形態では、ガイド２１０自体が活動層を構成することができ、出力結合器２６０、２７０、２８０を活動層のバルク内に形成することができる。そのような実施形態では、出力結合器２６０、２７０、２８０は、ガイド２１０の活動層のうち、厳密な屈折率を維持する必要のない領域を使用することができる。

【0029】

[0034]記載されているように、センサ２００は、所望の走査または深さ範囲を提供するように構成することができる。図２Ａ～図２Ｃに示すように、各出力結合器２６０、２７０、２８０は、受信器２４０から異なる距離をあけて位置決めすることができる。プロセッサ１１０は、出力結合器２６０が受信器２４０から第１の基線距離ｂ_１にビーム２３１を放出することを有効にすることができる。たとえば、図２Ａを参照されたい。同様に、プロセッサ１１０は、出力結合器２７０が受信器２４０から第２の基線距離ｂ_２にビーム２３１を放出することを有効にすることができ、第２の基線距離ｂ_２は第１の基線距離ｂ_１より長い。たとえば、図２Ｂを参照されたい。さらに、プロセッサ１１０は、出力結合器２８０が受信器２４０から第３の基線距離ｂ_３にビーム２３１を放出することを有効にすることができ、第３の基線距離ｂ_３は第２の基線距離ｂ_２より長い。たとえば、図２Ｃを参照されたい。

【0030】

[0035]センサ２００の深さ範囲または走査範囲ｚは、放出されたビーム２３１と受信器２４０との間の基線距離ｂに比例しており、次式によって表すことができる。

【0031】

【数1】

【0032】

ここで、ｚは深さまたは走査範囲に対応し、ｆは放出されたビーム２３１の焦点距離に対応し、ｂは基線距離に対応し、ｄは焦点距離ｆと走査対象の場所との間の差に対応する。基線距離（すなわち、受信器２４０と放出されたビーム２３１との間の距離）を変動させることによって、プロセッサ１１０は、異なる深さ範囲に対してセンサを構成することができ、したがってセンサ２００から異なる距離ｚで対象の３Ｄスキャンを生成することができる。

【0033】

[0036]図３および図４を次に参照すると、３Ｄスキャンデータを生成する例示的なプロセス４００が示されている。様々な実施形態では、センサ２００は、出力結合器２６０、２７０、２８０に関連付けられた深さ範囲が重複するように設計することができる。たとえば、図３を参照されたい。そのような実施形態の場合、プロセス４００は、経時的に対象の複数のスキャンを実行することができ、各スキャンは異なる出力結合器２６０、２７０、２８０を使用し、したがって異なる深さ範囲ｚを使用する。プロセス４００は、複数のスキャンから同じ領域に対して受信したデータを利用することができ、場合により、そのような冗長データを使用して、結果として得られる３Ｄスキャンデータの精度を改善することができる。

【0034】

[0037]このため、プロセッサ１１０は４１０で、第１の深さ範囲に対してセンサ２００を構成する制御信号を生成することができる。たとえば、プロセッサ１１０は、ビーム２３１が出力結合器２６０から第１の基線距離ｂ_１で放出されるように、出力結合器２６０を有効にし、出力結合器２７０、２８０を無効にすることができる。時間Ｔ_１で、受信器２４０は、ビーム２３１が走査対象によって反射されると、第１の基線距離ｂ_１で放出されたビーム２３１を受信することができる。プロセッサ１１０は４２０で、受信器２４０から、第１の基線距離ｂ_１で放出されたビーム２３１から生成されたスキャンデータを受信することができる。

【0035】

[0038]第１の基線距離ｂ_１に対するデータを受信した後、プロセッサ１１０は４３０で、第２の深さ範囲に対してセンサ２００を構成する制御信号を生成することができる。たとえば、プロセッサ１１０は、ビーム２３１が出力結合器２７０から第２の基線距離ｂ_２で放出されるように、出力結合器２７０を有効にし、出力結合器２６０、２８０を無効にすることができる。時間Ｔ_２で、受信器２４０は、ビーム２３１が走査対象によって反射されると、第２の基線距離ｂ_２で放出されたビーム２３１を受信することができる。プロセッサ１１０は４４０で、受信器２４０から、第２の基線距離ｂ_２で放出されたビーム２３１から生成されたスキャンデータを受信することができる。

【0036】

[0039]第２の基線距離ｂ_２に対するデータを受信した後、プロセッサ１１０は４５０で、第３の深さ範囲に対してセンサ２００を構成する制御信号を生成することができる。たとえば、プロセッサ１１０は、ビーム２３１が出力結合器２８０から第３の基線距離ｂ_３で放出されるように、出力結合器２８０を有効にし、出力結合器２６０、２７０を無効にすることができる。時間Ｔ_３で、受信器２４０は、ビーム２３１が走査対象によって反射されると、第３の基線距離ｂ_３で放出されたビーム２３１を受信することができる。プロセッサ１１０は４６０で、受信器２４０から、第３の基線距離ｂ_３で放出されたビーム２３１から生成されたスキャンデータを受信することができる。

【0037】

[0040]プロセッサ１１０は４７０で、基線距離の各々に対して受信したデータに基づいて、３Ｄスキャンデータを生成することができる。特に、プロセッサ１１０は、特に深さ範囲が重複するスキャン区間に対して、３Ｄスキャンデータの精度を改善するために、様々な補間技法を利用することができる。概して、深さ誤差は、走査される深さ範囲の中心で最低になる。重複区間の結果、プロセッサ１１０は、深さ範囲の境界にある部分に対して複数のデータ点を受信する。補間技法（たとえば、点別平均、窓平均など）によって、プロセッサ１１０は、これらの複数または冗長データ点を利用して、深さ感知の精度を改善し、生成される３Ｄスキャンデータ内の深さ誤差を減少させることができる。

【0038】

[0041]４８０で、プロセッサ１１０は、生成された３Ｄスキャンデータを利用することができる。特に、プロセッサ１１０は、顔認識プロセス、生体認証プロセス、拡張現実プロセス、自動焦点、および／または別のプロセスの一部として、生成された３Ｄスキャンデータを使用することができる。

【0039】

[0042]図５を次に参照すると、アドレス指定可能な視野を有するセンサ２００’が示されている。特に、出力結合器２６０、２７０、２８０は各々、異なる周期（たとえば、繰返し格子構造間の距離が異なる）を有する回折格子によって実装することができる。そのように回折格子の周期が異なるため、各出力結合器２６０、２７０、２８０は、異なる視野を有することができる。図５では、放出されるビーム２３１の角度が出力結合器２６０、２７０、２８０の各々に対して異なり、出力結合器２６０、２７０、２８０の各々が異なる視野を提供することができることを示すために、出力結合器２６０、２７０、２８０はすべてアウトカップリングとして示されている。したがって、プロセッサ１１０は、所望の視野に対してセンサ２００’を構成するために、単一の出力結合器２６０、２７０、２８０を有効にすることができる。たとえば、関心視野の一部分を照射するために、単一の出力結合器２６０、２７０、２８０を選択することができる。視野は、示されていない別のセンサなどのカメラによって走査対象が識別された場所に基づいて選択することができる。さらに、より高い出力パワーで単一の視野に照射しながら、それでもなお、目の安全限度範囲内のレベルで出力パワーを維持することができる。

【0040】

[0043]図６を次に参照すると、伝送器２３０と出力結合器２６０、２７０、２８０のうちの１つまたは複数との間に追加の光学構造２９０、２９５を有するセンサ２００”が示されている。様々な実施形態では、光学構造２９０、２９５は、ガイド２１０の反射面またはその付近のそれぞれの構造パターンを介して追加され、それぞれの出力結合器２７０、２８０の前に位置決めされる。示されていないが、センサ２００”は、いくつかの実施形態では、伝送器２３０と出力結合器２６０との間に光学構造をさらに含むことができる。各光学構造２９０、２９５は、それぞれの出力結合器２６０、２７０、２８０の前に、ビーム２３１を集束させるレンズまたは回折光学素子（ＤＯＥ）、ビーム２３１を視準するコリメータ、ビーム２３１を偏光させる偏光フィルタ、ビーム２３１の特定の波長を低減させる波長フィルタ、ビーム２３１を散乱させる拡散器などを備えることができる。光学構造２９０、２９５を追加することによって、特定の用途（たとえば、遠視野用途）向けにビーム２３１を集束／再成形することができる。

【0041】

[0044]ガイド２１０はまた、頂面上または各出力結合器２６０、２７０、２８０の上に光学構造を提供することができる。たとえば、ガイド２１０は、出力結合器２６０に回折光学素子（ＤＯＥ）を提供することができ、出力結合器２７０に拡散器を提供することができ、出力結合器２８０に集束レンズを提供することができる。他の実施形態は、そのような光学構造を出力結合器２６０、２７０、２８０と異なる形で対にすることができ、かつ／または出力結合器２６０、２７０、２８０の単一の出力結合器に対して光学構造を組み合わせることができる。各出力結合器２６０、２７０、２８０に対して光学構造をうまく組み合わせるそのような柔軟性、および出力結合器２６０、２７０、２８０のどれをアウトカップリング状態に配置するかに関するそのような選択性により、構造化された光、照射、近接感知などの複数のＩＲに基づく用途に対応するために、単一の伝送器２３０（たとえば、単一のＩＲ源、単一のＶＣＳＥＬアレイなど）を使用することを有効にすることができる。光学構造はまた、ガイド２１０内に形成することができる。

【0042】

[0045]様々な用途において、プロセッサ１１０が複数の結合器２６０、２７０、２８０を同時に有効にすることが所望されることがある。したがって、プロセッサ１１０および／またはセンサ２００、２００’、２００”は、単一の出力結合器２６０、２７０、２８０のみを介したアウトカップリングに限定されるものではない。逆に、プロセッサ１１０および／またはセンサ２００、２００’、２００”は、出力結合器２６０、２７０、２８０の様々な組合せを介したアウトカップリングを可能にすることができる。さらに、３つの出力結合器を有するセンサ２００、２００’、２００”が示されているが、センサ２００、２００’、２００”の他の実施形態は、より少数の出力結合器を含むことができ、センサ２００、２００’、２００”のいくつかの実施形態は、より多数の出力結合器を含むことができる。

【0043】

[0046]本開示は、特定の例への参照を含むが、本開示の範囲を逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、均等物に置き換えることができることが、当業者には理解されよう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、開示する例に修正を加えることができる。したがって、本開示は、開示する例に限定されるのではなく、本開示は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入るすべての例を含むことが意図される。

【符号の説明】

【0044】

１００ コンピューティングデバイス
１１０ プロセッサ
１２０ 記憶デバイス
１３０ 表示デバイス
１４０ センサ
１５０ 入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
２００ センサ
２００’ センサ
２００” センサ
２１０ ガイド
２２０ 集積回路デバイス
２３０ 伝送器
２３１ ビーム
２４０ 受信器
２５０ 入力結合器
２６０ 第１の出力結合器
２７０ 第２の出力結合器
２８０ 第３の出力結合器
２９０ 光学構造
２９５ 光学構造

【要約】

【課題】アドレス指定可能な深さ範囲および／または視野を有するセンサが開示される。そのようなセンサを有するコンピューティングデバイスも開示される。
【解決手段】センサは、受信器から異なる距離をあけて位置決めされた複数の出力結合器を含むことができる。出力結合器を選択的に有効にすることによって、伝送器によって生成された光または他の放射を出力結合器の方へ誘導し、伝送器から異なる距離にセンサから選択的に放出することができる。そのような選択的な放出により、センサの深さ範囲および／または視野を調整することができる。コンピューティングデバイスは、深さ範囲および／または視野に関して異なる必要性を有する用途および／またはプロセスにわたって使用される単一のセンサを含むことができる。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】