CN106482032B - 用于极宽视场的模块化照明装置 - Google Patents

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Abstract

模块化照明系统能够在保持高收集效率以及高度的光束均匀性的同时产生具有宽视场——例如，大于90度——的光束。照明系统包括具有线性光源阵列的基本单元。来自光源的光使用对应的折反射透镜阵列被准直，并且准直光使用彼此串联设置的两个柱透镜阵列在切向平面中被均匀化。然后，均匀光使用垂直于两个柱透镜阵列的透镜设置的柱透镜在径向平面中被准直，以产生宽的线性光束。为了产生面光束，可以使用二维阵列来替换线性光源阵列，并且可以使用球形透镜来替换柱透镜。

Description

用于极宽视场的模块化照明装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月25日提交的题为“MODULAR ILLUMINATOR FOR EXTREMELYWIDE FIELD OF VIEW”的美国临时申请62/209,708的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
本文中所公开的主题总体上涉及对光学成像系统的观察区域进行照明，并且更具体地，涉及能够产生超过90度的宽光束并且具有高度均匀性的照明系统。
发明内容
下文中给出了简要的概述，以便提供对本文中所描述的一些方面的基本理解。该概述既不是详细综述也不意在标识关键/重要元件或者描述本文中所描述的各个方面的范围。该概述的唯一目的是以简要的形式给出一些概念，以作为随后要给出的更详细的描述的序言。
在一个或更多个实施方式中，提供有一种照明系统，该照明系统包括：光源阵列；一个或更多个折反射透镜，所述一个或更多个折反射透镜被布置成收集来自光源阵列的光；第一透镜阵列，该第一透镜阵列被布置在第一行中，第一行基本上垂直于来自一个或更多个折反射透镜的光的光路；第二透镜阵列，该第二透镜阵列被布置在第二行中，第二行基本上平行于第一行并且基本上垂直于光路；以及输出透镜，该输出透镜被布置成收集来自第二透镜阵列的光。
另外，一个或更多个实施方式提供了一种用于产生光束的方法，该方法包括：通过线性的光源阵列来产生光；通过一个或更多个折反射透镜对光进行准直，以产生第一准直光；通过彼此串联设置的两个柱透镜阵列在切向平面中使第一准直光均匀化，以产生均匀光；以及通过垂直于两个柱透镜阵列设置的柱透镜在径向平面中对均匀光进行准直，以产生第二准直光。
另外，一个或更多个实施方式提供了一种用于产生光束的方法，该方法包括：通过二维光源阵列来产生光；通过一个或更多个折反射透镜对光进行准直，以产生第一准直光；通过彼此串联设置的两个球形透镜阵列在切向平面中使第一准直光均匀化，以产生均匀光；以及通过球形透镜在切向平面和径向平面中对均匀光进行准直。
为了实现前述及相关目的，本文中结合以下描述和附图描述了某些示例方面。这些方面指示可以实践的各种方式，所有这些方式意在被本文涵盖。根据以下当结合附图考虑时进行的详细描述，其他优点和新型特征可以变得明显。
附图说明
图1是示出通过示例非限制照明和成像系统捕获图像的图，该示例非限制照明和成像系统包括照明装置和成像系统。
图2是示例照明系统的图。
图3是用于将面发射LED用作光源的示例照明系统的基本单元的三维视图。
图4是由包括照射95度的视场的模块化基本单元的照明系统投射的光束的顶视图和侧视图。
图5是包括两个模块化基本单元的示例照明系统的三维视图。
图6是示出由包括照射190度的视场的两个模块化基本单元的照明系统投射组合光束的图。
图7是描绘包括两个模块化基本单元的照明系统在距该照明系统一米的距离处的所计算的辐照度的曲线图。
图8是包括三个基本单元的示例照明系统的三维视图。
图9是示出由包括照射280度的视场的三个基本单元的照明系统投射组合光束的图。
图10A描绘了将VCSEL用作光源的示例照明系统的基本单元的两个三维视图。
图10B是将VCSEL用作光源的示例照明系统的基本单元的顶视图。
图10C是将VCSEL用作光源的示例照明系统的基本单元的侧视图。
图11A是示例菲涅尔透镜的剖面图。
图11B是示例柱菲涅尔透镜的视图。
图11C是示例弯曲柱菲涅尔透镜的视图。
图12A是使用VCSEL的示例照明系统在距照明系统五米的距离处的展开110度角的切向角空间中计算的辐射度的曲线图。
图12B是使用VCSEL的示例照明系统在距照明系统五米的距离处的展开2.5度角的切向角空间中计算的辐射度的曲线图。
图13是描绘被组合形成向大约2×180度的角空间辐射的照明系统的三个基本单元的三维视图。
图14是用于在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的线性光束的示例方法的流程图。
图15是用于通过将VCSEL用作照明光源以在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的线性光束的示例方法的流程图。
图16是用于在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的面光束的示例方法的流程图。
图17是用于制造模块化照明系统的示例方法的流程图，该模块化照明系统能够投射具有宽视场和跨光束的辐射剖面具有高度均匀性的线性光束。
图18是用于制造模块化照明系统的示例方法的流程图，该模块化照明系统能够投射具有宽视场和跨光束的辐射剖面具有高度均匀性的面光束。
具体实施方式
现在，参照附图来描述主题公开内容。其中，贯穿全文，相同的附图标记用于指代相同的元件。在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多具体细节，以提供对本主题公开内容的透彻理解。然而，可以明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下来实践本主题公开内容。在其他实例中，以框图的形式示出了公知的结构和装置，以有助于对本主题公开内容的描述。
如本申请中所使用的，术语“或”意在是指包括“或”而非排除“或”。也就是说，除非具体指出或者根据上下文明确规定，否则短语“X采用A或B”意在是指自然包括的排列中的任一个。也就是说，以下实例中的任一实例均满足短语“X采用A或B”：X采用A；X采用B；或X采用A和B二者。此外，除非具体指出或者根据上下文明确规定涉及单数形式，否则本申请和所附权利要求书中所使用的不定冠词“一个(a)”和“一个(an)”应当通常理解为是指“一个或更多个”。
另外，如本文中所采用的术语“集合(set)”不包括空集；例如，其中没有要素的集合。因此，主题公开内容中的“集合”包括一个或更多个要素或实体。作为例示，控制器集合包括一个或更多个控制器；数据资源集合包括一个或更多个数据资源等。类似地，如本文中所利用的术语“组(group)”是指一个或更多个实体的集合；例如，节点组是指一个或更多个节点。
另外，对于VCSEL阵列使用作为“垂直腔面发射激光器”的缩写的术语“VCSEL”。最先进的VCSEL阵列包括数十千计的单独的VCSEL。
将给出与可以包括许多装置、部件、模块等的系统有关的各个方面和特征。要明白和理解的是，各种系统可以包括另外的装置、部件、模块等，并且/或者可以不包括结合附图所讨论的所有的装置、部件、模块等。也可以使用这些方法的组合。
照明系统常常结合相机或其他类型的成像系统一起使用，以适当地照射其中环境光不足的区域，从而使得相机能够产生具有所期望的对比度和信噪比的图像。图1是示出通过示例非限制照明和成像系统100捕获图像的图，示例非限制照明和成像系统100包括照明装置102和成像系统118。照明装置102将光104发射至要成像的观察区域。发射光中入射在视场内的固体对象和表面——例如，固体108、110和112以及墙壁106——上的部分被受照射的对象和表面散射成散射光线114。散射光线的子集116被成像系统118以及成像系统118内的图像捕获部件(例如，光电二极管阵列、电荷耦合装置、互补金属氧化物半导体、胶片或感光乳剂等)接收和收集，成像系统118将从对象和表面反射的光线116记录为图像(或者在三维成像系统的情况下记录为点云数据的集合)。
照明装置102和成像系统118可以是例如商业相机或更专用化的相机例如多光谱成像相机或高光谱成像相机的部件。成像系统100还可以是能够生成关于视场内的点的距离信息的飞行时间(TOF)相机(也已知为三维图像传感器)的部件。
照明系统(例如，照明装置102)通常被设计成适于特定类型的相机或成像系统的需求。例如，商业相机装备有相对简单的闪光照明装置，以补偿在暗条件下环境光的不足。多光谱成像系统和高光谱成像系统采用被设计成捕获特定电磁频率下的图像信息的更专用化的相机，并且因此，使用用于产生针对所需要的特定光谱范围而定制的光的照明系统。随着能够发射窄光谱带宽的光的固态照明光源例如激光器、VCSEL和发光二极管(LED)的出现，照明系统能够使用涉及具体限定的波长的光来照射观察空间。照明系统的设计者常常寻求在使用兼容的带通滤波器使得背景辐射的影响最小化的同时提供跨成像应用所需要的范围的照明。
图2是示例照明系统202的图。给定的照明系统202可以包括：产生和发射光208的光源204例如LED、激光器(例如，垂直腔面发射激光器或VCSEL)或其他类型的光源；以及收集、准直来自光源204的光并且将其作为经处理的光束210引导至视场的光学部件206。给定照明系统的传递效率——即，由光源204产生的最终被传递至视场的光的百分比——可以被描述为系统的收集效率与传输效率的积。通常，收集效率描述由光源204发射的被光学部件206(例如，被收集透镜)收集以用于进一步的光学处理和传输的光208的百分比。传输效率描述在使所收集的光传输通过光学部件206的光路期间被保留的所收集的光的百分比；也就是说，在传输通过照明系统期间通过渐晕、反射、散射或吸收而未损失的所收集的光的百分比。传递效率还至少部分地为光源204的集光率(或其拉格朗日不变量)的函数，其为光源204的面积与光源投射其光束的立体角的乘积。
本公开内容的一个或更多个实施方式提供了一种模块化照明系统，该模块化照明系统可以在保持高收集效率和传输以及跨光束的辐射剖面的高度均匀性(例如，超过80％)的同时照射(例如，超过90度的)宽视场。高收集效率还产生对应的高传递效率。照明系统的基本单元可以包括固态辐射源例如LED阵列、VCSEL或激光器以及以高收集效率将光从光源投射至视场的许多功率元件。任何受照射的区域特征受光源集光率或其拉格朗日不变量限制。
图3是将面发射LED用作光源的示例照明系统的基本单元300的例示。在本示例中，光源包括安装在印刷电路板310上的四个LED管芯306或四个LED管芯阵列。在一个或更多个实施方式中，每个面发射LED具有至少2mm2·sr的集光率。由这些LED管芯发射的辐射被包括反射属性和折射属性二者的四个折反射透镜308准直(使得更平行)。然后，来自折反射透镜308的准直光通过彼此串联设置的两个柱透镜阵列304a和304b在切向平面中被均匀化。柱透镜阵列304a和304b中的每个柱透镜阵列包括被布置在基本上垂直于来自折反射透镜308的准直光的光路的行中的一系列平行柱透镜。柱透镜阵列304a和304b使得光的功率剖面基本上均匀化或归一化，以呈现跨光束的剖面更均匀的光束辐照度。在一些实施方式中，图3中所描绘的配置可以使得视场的照射均匀化成至少85％。最后，使用垂直于透镜阵列304a和304b设置的柱输出透镜302来在径向平面中对照明光束进一步进行准直。也就是说，柱输出透镜302被设置成使得其轴线垂直于或基本上垂直于包括两个柱透镜阵列304a和304b的柱透镜的轴线。在一些实施方式中，图3中所描绘的基本单元300的收集效率为至少80％。
图4示出了由包括基本单元300的照明系统402投射的光束404的顶视图和侧视图。如在本图中所示，基本单元300可以照射大约4×100度的视场(要理解，图4中的“顶视图”和“侧视图”指定是任意的，并且视图的方向取决于照明系统在给定情境中的取向)。如图4中的侧视图所示，线性LED阵列、柱透镜阵列304a和304b以及柱输出透镜302产生宽且基本上线性的照明场。这样的线性光束适于例如扫描型成像系统，扫描型成像系统通过以振荡的方式跨观察区域扫描光束来收集图像数据以收集线性图像数据，或者将其光束投射至视场中并且收集关于经过线性光束的对象或印刷符号的图像信息。在光源比LED具有更小的集光率例如激光器、激光器阵列或VCSEL的一些实施方式中，竖直(或径向)扩展的角基本上小于4度。
虽然图3描绘了基本单元300包括面发射LED管芯作为光源，但是一些实施方式可以使用激光器阵列(例如，VCSEL阵列或其他激光器光源)作为LED管芯的替选。在下文中结合图10至图13更详细地描述并入VCSEL作为光源的示例基本单元。在一个或更多个示例实施方式中，激光器光源可以具有大约10-6mm2·sr的集光率，其中，光收集效率几乎为100％。在使用激光器或其他点光源类型作为光源的实施方式中，可以由简单的准直透镜来替代折反射透镜。在不背离本公开内容的一个或更多个实施方式的范围的情况下，也可以使用其他类型的有限光源。
另外，在一个或更多个实施方式中，可以由光束均匀化的其他装置来替代两个透镜阵列。例如，可以使用非球形透镜集合或非球形表面集合来替代两个透镜阵列，以使得光束均匀化。在又一实施方式中，可以由光成形漫射器来实现均匀化。
在各种实施方式中，根据使用基本单元300的成像系统的特定类型的需求，基本单元300的光源可以被配置成发射恒定光束，或者可以被配置成发射脉冲光束或调制光束。脉冲光束可以例如适于用在TOF相机中，TOF相机基于光脉冲的发射与相机处的反射脉冲的检测之间逝去的时间(或者基于发射的脉冲与接收的脉冲之间的相位差)来测量对象或表面距相机的距离。在一个或更多个实施方式中，可以由信号生成部件来调制光源，以将所限定的信号(例如，连续调制信号、脉冲调制或其他信号)调制到光束上。在一些这样的实施方式中，信号生成部件可以通过调制光源的驱动电流来调制光束。使用已知的信号来调制由光源发射的光可以允许通过由成像系统执行的图像处理应用来从环境光中识别和区分出反射光。
为了在保持高度收集效率和均匀性的同时使得照明场进一步加宽，可以以模块的方式对照明系统添加另外的基本单元。图5描绘了包括与基本单元300具有类似配置的两个基本单元即基本单元300a和基本单元300b的另一示例照明系统。在本示例中，第一基本单元包括：四个LED管芯506a和对应的折反射透镜508a；两个柱透镜阵列504a和504b，两个柱透镜阵列504a和504b彼此串联设置以用于在切向平面中对来自折反射透镜508a的准直光进行均匀化；以及柱透镜502a，柱透镜502a垂直于透镜阵列504a和504b设置以用于在径向平面中对来自透镜阵列504a和504b的光进行准直。另外，类似的第二基本单元与第一基本单元邻接，并且相对于第一基本单元为大约-90度取向。第二基本单元包括四个LED管芯506b、折反射透镜508b、两个柱透镜阵列504c和504d以及柱透镜502b。
图6示出了由包括如图5所示的那样取向的两个基本单元300a和300b的照明系统602对组合光束604的投射。组合光束包括由各个基本单元300a和300b通过照明系统602的窗口606投射的两个单独的光束(由图6中的不同的阴影标识)，从而相对于图3的单个基本单元配置产生更宽的照明场(从图6中省略由照明系统602投射的照明的侧视图，其与图4中所描绘的侧视图相似)。通过添加相对于第一基本单元300a为-90度取向的第二基本单元300b，图5中所描绘的配置可以产生大约4×190度的照明场，如图6中所示的那样。如在图3中所描绘的单个基本单元配置中那样，在不背离本公开内容的范围的情况下，可以由其他类型的光源例如激光器来替代LED管芯。
图7是描绘图5和图6中所描绘的照明系统在距照明系统602一米的距离处的计算的辐照度的曲线图。使用基本单元300a和300b，照明系统呈现出大约85％的收集效率以及大约85％的均匀性。线702a表示针对基本单元1计算的辐照度(覆盖由基本单元1照射的第一范围的视场)，而线702b表示针对基本单元2计算的辐照度(覆盖由基本单元2照射的第二范围的视场)。线704表示针对照明系统602计算的跨整个照明场的辐照度。
可以通过对照明系统添加第三基本单元来使照明场进一步加宽。图8描绘了包括均具有与第一基本单元300类似的配置的三个基本单元300a、300b和300c的另一示例照明系统。第三基本单元300c与第二基本单元300b邻接，相对于第二基本单元为-90度取向。图9示出了由包括如图8中所示的那样取向的三个基本单元300a、300b和300c的照明系统902对组合光束904的投射，照明系统902将组合光束投射通过照明系统902的窗口906。该配置产生大约4×270度的照明场。
在一个或更多个实施方式中，可以以类似的方式对第一至第三基本单元300a、300b和300c添加第四基本单元，第四基本单元相对于第三基本单元300c为-90度取向(即，相对于第二基本单元300b为180度)。该配置产生4×360度的照明场。
图3、图5和图8所示的示例配置采用线性LED阵列和柱透镜来产生具有宽视场的基本上线性的光束。在一些实施方式中，基本单元可以被配置成投射面光束而非线性光束。这可以通过将LED管芯阵列306从线性阵列扩展至面阵列——例如，包括行和列的二维LED阵列——并且通过使用球形透镜来替换柱透镜阵列304a和304b以及柱透镜302从而延伸径向照明场来实现。在支持面光束投射的示例实施方式中，光源可以包括4×4的LED管芯阵列。由该面LED管芯阵列发射的辐射通过对应的4×4的面折反射透镜阵列来准直，并且通过彼此串联布置的两个球形透镜阵列(替换图3中的柱透镜阵列304a和304b)在径向平面和切向平面二者中被均匀化。使用替换图3中的柱输出透镜302的球形输出透镜来在径向平面和切向平面二者中对照明光束进一步进行准直。该配置(与由图3中的线性配置产生的4×95度的视场相比)产生大约95×95度的视场。
如上述线性基本单元那样，可以通过添加另外的基本单元来使由面基本单元产生的面光束的宽度加宽。例如，根据双单元实施方式，相对于彼此为90度取向的邻接的两个面基本单元一起(与图5中所描绘的线性基本单元的布置相似)可以产生大约95×190度的照明场。在另一示例中，三单元实施方式可以包括邻接在一起的三个面基本单元，每个单元相对于相邻的单元为90度取向(与图8中描绘的线性基本单元的布置相似)。该三单元配置可以产生大约95×270度的照明场。在又一示例中，可以使用包括彼此邻接的四个面基本单元的四单元实施方式来投射全部95×360度照明场，每个基本单元相对于相邻的基本单元为90度取向。
如上所述，本文中所描述的一些实施方式可以使用VCSEL而非图3、图5和图8中所描绘的LED阵列作为光源。图10A描绘了将VCSEL用作光源的示例照明系统的基本单元1000的两个三维视图。在本示例中，光源包括安装在印刷电路板1010上的三个VCSEL管芯1008。在一个或更多个实施方式中，每个面发射VCSEL具有通常为0.1mm2·sr的集光率。由VCSEL发射的辐射通过三个双锥形透镜1006在切向平面中被准直并且在径向平面中被扩展。然后，该辐射由光成形漫射器1004漫射，使辐射具有大约100度的方位角扩展，同时使得光束辐射度均匀化。在一些实施方式中，图10A中所描绘的配置可以使视场的照明均匀化至至少85％。最后，垂直于VCSEL阵列1008设置的柱输出透镜1002用于在径向平面中对照明光束进行准直。在一些实施方式中，图10A中所描绘的基本单元1000的传输效率为至少80％。
图10B中示出了基本单元1000的顶视图。如该视图所示，VCSEL1008安装在印刷电路板(PCB)1010上。在本示例中，通过三个双锥形透镜1006对由VCSEL 1008发射并且由光线1012表示的辐射在切向平面中进行准直并且在径向平面中进行扩展。然后，该辐射由光成形漫射器1004漫射，使辐射具有大约100度的方位角扩展，同时使得光束辐射度均匀化。柱菲涅尔输出透镜1002弯曲并且垂直于VCSEL阵列1008设置。透镜1002在切向平面中不具有功率并且用于在径向平面中对照明光束进行准直。图10C中示出了基本单元1000的侧视图。
菲涅尔透镜1002的优点是薄且可以低成本批量生产。菲涅尔透镜1002可以由光学聚合物制成，使得透镜1002可以如图10A至图10C所示的那样弯曲。图11A示出了示例菲涅尔透镜的剖面图。图11B示出了柱菲涅尔透镜。图11C示出了弯曲的柱菲涅尔透镜。
图12A和图12B是使用图10A至图10C所描绘的VCSEL的照明系统在距照明系统五米的距离处的角空间中的计算的辐照度的曲线图。照明系统呈现了大约超过80％的传输效率以及大约85％的均匀性。图12A表示在展开100度角的切向角空间中计算的辐照度(在85％的幅度内)，而图12B表示在展开2.5度角的切向角空间中计算的辐照度(在半高宽或FWHM内)。
为了在保持高度收集效率和传输效率以及均匀性的同时使得照明场进一步加宽，可以以模块的方式对使用VCSEL的另外的基本单元进行组合，另外的基本单元与上述基于LED的基本单元类似。例如，第二类似的单元可以以大约90度的方位角与包括三个VCSEL1008(如图10B所示)、对应的双锥形透镜1006、光成形漫射器1004和柱透镜1002的第一基本单元邻接。所得到的组合照明系统向大约2×190度的角空间辐射。另外，两个基本单元在一些实施方式中可以以相同的波长辐射，或者在其他实施方式中以不同的波长辐射。另外，两个基本单元在一些实施方式中可以辐射偏振光，或者在其他实施方式中可以辐射具有相似的偏振态的偏振光，或者在又一些实施方式中辐射具有不同偏振态的偏振光。
为了在保持高度收集效率和传输效率以及均匀性的同时使照明场再进一步加宽，可以以模块的方式对使用VCSEL的三个基本单元进行组合。图13是描绘被组合形成向大约2×280度的角空间辐射的照明系统的三个基本单元1302、1303和1306的三维视图。三个基本单元在一些实施方式中可以以相同的波长辐射，或者在其他实施方式中以不同的波长辐射。另外，基本单元在一些实施方式中可以辐射偏振光，或者在其他实施方式中可以辐射具有相同偏振态的偏振光，或者在又一些实施方式中可以辐射具有不同偏振态的偏振光。注意，图13结合成像透镜858描绘了基本单元1302、1304和1306。
图10A至图10C以及图13所示的示例配置采用VCSEL和柱透镜来产生具有宽视场的基本上线性的光束。在一些实施方式中，基本单元可以被配置成投射面光束而非线性光束。这可以通过如下方式实现：将VCSEL阵列1008从线性阵列扩展至面阵列——例如，包括行和列的二维VCSEL阵列，注意每个VCSEL为其自身的阵列——并且通过使用球形透镜来替换双锥形透镜1006和柱透镜1002，从而扩展径向照明场。在支持面光束投射的示例实施方式中，光源可以包括4×4的VCSEL阵列。由VCSEL发射的辐射通过对应的4×4的透镜阵列被准直，并且通过光成形漫射器被均匀化。使用替换图10A中的柱输出透镜1002的球形输出透镜来在径向平面和切向平面二者中对照明光束进一步进行准直。该配置(与由图10A中的线性配置产生的2×100视场相比)产生大约100×100度的视场。
如上述线性基本单元那样，可以通过添加另外的基本单元来使由面基本单元产生的面光束的宽度加宽。例如，根据双单元实施方式，相对于彼此为大约90度取向的邻接的两个面基本单元一起可以产生大约100×190度的照明场。在另一示例中，三单元实施方式可以包括邻接在一起的三个面基本单元，每个单元相对于相邻的单元为大约90度取向(与图13中所描绘的线性基本单元的布置相似)。三单元配置可以产生大约100×280度的照明场。在又一示例中，可以使用包括彼此邻接的四个面基本单元的四单元实施方式来投射全部100×360度照明场，其中，每个基本单元相对于相邻的基本单元为大约90度取向。
图14至图18示出了根据主题申请的一个或更多个实施方式的各种方法。虽然出于简要和说明的目的，将本文中所示的一个或更多个方法示出和描述为一系列动作，但是应当明白和理解，主题创新不受动作顺序的限制，这是因为根据主题申请，一些动作可以以不同的顺序发生，或者与本文中所示出和描述的其他动作同时发生。例如，本领域技术人员要明白和理解的是，方法可以可替选地被表示为一系列相关状态或事件例如状态图。此外，不是需要所有所示出的动作来实现根据本创新的方法。此外，当不同的实体作用方法的不同的部分时，根据主题公开内容，交互图可以表示技术或方法。另外，所公开的示例方法中的两个或更多个可以彼此组合实现，以实现本文中所描述的一个或更多个特征和优点。
图14示出了用于在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的线性光束(例如，结合照射视场以有助于执行由成像系统对图像数据的准确收集)的示例方法1400。在最初时，在1402处，使用LED阵列或激光器光源来产生光。光源可以包括例如线性LED管芯阵列或激光器光源。在1404处，使用一个或更多个折反射透镜对在步骤1404处产生的光进行准直。对于其中光源包括LED管芯阵列的实施方式而言，折反射透镜可以与每个LED相关联，以收集和准直由LED产生的光。
在1406处，使用彼此串联设置的两个柱透镜阵列在切向平面中使来自折反射透镜的光基本上被均匀化。在1408处，使用垂直于柱透镜阵列设置的柱透镜在径向平面中对来自柱透镜阵列的光进行准直。
图15示出了用于通过使用VCSEL作为照明光源在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的线性光束(例如，结合照射视场以有助于执行由成像系统对图像数据的准确收集)的示例方法1500。在最初时，在1502处，使用VCSEL来产生光。在1504处，使用一个或更多个双锥形透镜使在1502处产生的光进行准直。在1506处，使用光成形漫射器在切向平面中使来自双锥形透镜的光基本上均匀化。在1508处，使用垂直于双锥形透镜阵列设置的柱透镜在径向平面中对来自双锥形透镜阵列的光进行准直。
图16示出了在保持高收集效率的同时产生具有宽照明场的高度均匀的面光束(例如，结合照射视场以有助于执行由成像系统对图像数据的准确收集)的示例方法1600。在最初时始，在1602处，使用LED阵列、VCSEL或激光器光源来产生光。光源可以包括例如二维LED管芯阵列。在1604处，使用一个或更多个折反射透镜(或者在使用VCSEL的实施方式中使用双锥形透镜)对在步骤1604处产生的光进行准直。针对其中光源包括LED管芯阵列的实施方式而言，折反射透镜可以与每个LED相关联以收集和准直由该LED产生的光。
在1606处，使用彼此串联设置的两个球形透镜阵列在切向平面中使来自折反射透镜的光基本上均匀化。在1608处，使用球形透镜在径向平面和切向平面中对来自球形透镜阵列的光进行准直。在步骤1606处使用VCSEL的实施方式中，使用光成形漫射器使来自双锥形透镜的光基本上均匀化。随后在1608处，使用球形透镜在径向平面和切向平面中对光进行准直。
图17示出了用于制造模块化照明系统的示例方法1700，该模块化照明系统能够投射具有宽视场和跨光束的辐射剖面具有高度均匀性的线性光束。在最初时，在1702处，将折反射透镜(或者，在一些实施方式中，双锥形透镜)的集合布置成对来自线性发光元件阵列的各个发光元件的光进行收集和准直。发光元件可以包括例如线性LED管芯阵列的LED、VCSEL或基于激光器的光源。在1704处，在来自折反射透镜的准直光的光路中布置两个柱透镜阵列。折反射透镜阵列中的每个折反射透镜包括被布置在基本上垂直于从折反射透镜辐射的准直光的光路的行中的平行柱透镜集合。在使用VCSEL的实施方式中，可以由光成形漫射器来替换在1704处的柱透镜阵列。在1706处，在来自两个柱透镜阵列的光的光路中布置柱透镜，使得该柱透镜的轴线基本上垂直于包括两个柱透镜阵列的柱透镜(或者，在一些实施方式中，双锥形透镜)的轴线取向。
图18示出了用于制造模块化照明系统的示例方法1800，该模块化照明系统能够投射具有宽视场和跨光束的辐射剖面具有高度均匀性的面光束。在最初时，在1802处，将折反射透镜(或者，在一些实施方式中，双锥形透镜)的集合布置成对来自二维阵列的发光元件的各个发光元件的光进行收集和准直。发光元件可以包括例如二维LED管芯阵列的LED、VCSEL或基于激光器的光源。在1804处，在从折反射透镜(或者，在一些实施方式中，双锥形透镜)辐射的准直光的光路中布置两个球形透镜阵列。球形透镜阵列中的每个球形透镜包括被布置在基本上垂直于来自折反射透镜(或者，在一些实施方式中，双锥形透镜)的准直光的光路的行中的球形透镜集合。在1806处，在从两个球形透镜阵列辐射的光的光路中布置球形透镜。
以上所描述的内容包括本主题创新的示例。当然，出于描述所公开的主题的目的，不可能描述部件或方法的每个可设想的组合，但是本领域普通技术人员可以认识到，能够存在本主题的另外的组合和排列。因此，所公开的主题意在包括落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变体、变形和变化。例如，上述所有的透镜可以是折射透镜、折射菲涅尔透镜、二元透镜、衍射透镜、全息光学元件或者这样的透镜的组合。
特别地并且鉴于由上述部件、装置、电路、系统等执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这样的部件的术语(包括所提及的“装置”)意在对应于执行所描述的部件的具体功能(例如，功能等同方式)的任何部件，即使所述部件与进行本文中所示出的所公开的主题的示例方面的功能的所公开的结构在结构上不等同。鉴于此，还要认识到，所公开的主题包括系统以及具有计算机可执行指令的计算机可读介质，计算机可执行指令用于执行所公开的主题的各种方法的动作和/或事件。
此外，虽然已经相对于若干实现方式中的仅一个实现方式公开了所公开的主题的特定特征，但是可以根据任何给定或特定应用期望的或有利的，可以将这样的特征与其他实现方式的一个或更多个其他特征进行组合。另外，关于在详细描述或权利要求书中所使用的术语“包括(includes)”和“包括(including)”及其变体，这些术语意在以与术语“包括(comprising)”相同的方式包括。
在本申请中，词语“示例性”用于是指用作示例、实例或例示。本文中所描述为“示例性”的任何方面或设计不必要被理解为比其他方面或设计优选或有利。而且，词语示例性的使用不意在以具体方式给出概念。
本文中所描述的各种方面或特征可以实现为使用标准编程和/或工程技术的方法、设备或制造物。本文中所使用的术语“制造物”意在包括从任何计算机可读装置、载体或介质可访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储装置(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)……)、智能卡和闪存存储器装置(例如，卡、棒、密钥驱动……)。

Claims (9)

1.一种照明系统，包括：
垂直腔面发射激光器阵列；
一个或更多个双锥透镜，所述一个或更多个双锥透镜被布置成使所述垂直腔面发射激光器阵列发射的光在切向平面中被准直并且在径向平面中被扩展以产生第一准直光；
漫射器，所述漫射器被布置成使所述第一准直光漫射和均匀化以产生均匀光；以及
柱菲涅尔透镜，所述柱菲涅尔透镜被布置成在径向平面中对所述均匀光进行准直。
2.根据权利要求1所述的照明系统，还包括调制部件，所述调制部件被配置成对来自所述垂直腔面发射激光器阵列的光进行调制。
3.根据权利要求1所述的照明系统，包括第一基本单元，所述第一基本单元包括所述垂直腔面发射激光器阵列、所述一个或更多个双锥透镜、所述漫射器和所述柱菲涅尔透镜，并且
所述照明系统还包括第二基本单元，所述第二基本单元相对于所述第一基本单元基本上为90度取向，所述第二基本单元包括：
第二垂直腔面发射激光器阵列；
一个或更多个第二双锥透镜，所述一个或更多个第二双锥透镜被布置成使所述第二垂直腔面发射激光器阵列发射的光在切向平面中被准直并且在径向平面中被扩展以产生第二准直光；
第二漫射器，所述第二漫射器被布置成使所述第二准直光漫射和均匀化以产生第二均匀光；以及
第二柱菲涅尔透镜，所述第二柱菲涅尔透镜被布置成在径向平面中对所述第二均匀光进行准直。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其中，所述第一基本单元和所述第二基本单元被配置成发射分别不同波长的光或者发射相同波长的光。
5.根据权利要求3所述的照明系统，其中，所述第一基本单元被配置成发射S偏振光，并且所述第二基本单元被配置成发射P偏振光。
6.根据权利要求3所述的照明系统，还包括：
第三基本单元，所述第三基本单元相对于所述第二基本单元基本上为90度取向，所述第三基本单元包括：
第三垂直腔面发射激光器阵列；
一个或更多个第三双锥透镜，所述一个或更多个第三双锥透镜被布置成使所述第三垂直腔面发射激光器阵列发射的光在切向平面中被准直并且在径向平面中被扩展以产生第三准直光；
第三漫射器，所述第三漫射器被布置成使所述第三准直光漫射和均匀化以产生第三均匀光；以及
第三柱菲涅尔透镜，所述第三柱菲涅尔透镜被布置成在径向平面中对所述第三均匀光进行准直。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述照明系统为飞行时间相机的集成部件。
8.一种用于产生光束的方法，包括：
通过垂直腔面发射激光器阵列来产生光；
通过一个或更多个双锥透镜使所述光在切向平面中被准直并且在径向平面中被扩展以产生第一准直光；
通过漫射器使所述第一准直光漫射和均匀化以产生均匀光；以及
通过柱菲涅尔透镜在径向平面中对所述均匀光进行准直。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述的通过垂直腔面发射激光器阵列来产生光包括调制所述光或者产生脉冲光束中的至少之一。
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