CN108779982B - 照明模块和光电系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生具有最小模糊度的图案化照明的照明模块包括具有不同的相应近场强度分布的光源阵列。所述照明模块还包括光学组件。所述光学组件和所述光源阵列可操作以在远场中基本上复制所述光源的所述不同的相应近场强度分布，从而产生图案化照明。在一些实例中，所述图案化照明可表现出减小的模糊度。

Description

照明模块和光电系统
背景技术
典型的照明模块包括至少发光部件，并且通常包括可操作以产生照明的光学组件。照明通常可以是图案化照明。图案化照明可包括例如规则地重复的单元电池。图案化照明可与其他光电模块结合使用以生成三维(3D)数据。例如，可在有源立体声系统中利用图案化照明来生成3D数据。在其他示例中，可在结构光或编码光系统中利用图案化照明来生成3D数据。
编码光系统可利用具有最小模糊度的图案化照明(例如，高强度特征的集合)。由均匀间隔且均一的特征(诸如相同点的网格图案)构成的图案化照明可能表现出明显的模糊度，并且可能显著地使从这样的图案化照明生成3D数据的努力复杂化。然而，表现出最小模糊度的图案化照明(例如，高强度特征的零星或随机布置、或表现出至少一些不规则性的布置)可有效地、尽可能少地减少从图案化照明生成3D数据所需的计算资源量。
典型的照明模块包括光源阵列和光学组件(诸如微透镜阵列)。尽管所述模块具有许多优点(例如，这种模块所表现出的效率或光学功率可能特别高)，但这种模块通常产生表现出明显模糊度的图案化照明。因此，存在对制造以下这种模块的挑战：包括光源阵列和光学组件，但也产生具有最小模糊度的图案化照明。
发明内容
本公开内容涉及可操作以产生图案化照明的照明模块以及实现图案化照明的光电系统。照明模块可产生表现出最小模糊度的图案化照明。照明模块可与其他光电模块结合使用以生成3D数据，诸如3D点云和3D图像。
在第一方面，例如，照明模块可包括光源阵列。光源阵列可在共用发射平面内发生。每个光源可在共用发射平面处产生具有近场强度分布的光。光源阵列可包括在共用发射平面处具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源。照明模块还可包括安装在距共用发射平面一定距离处的光学组件。光学组件和光源阵列可操作以在远场中基本上复制至少两个光源的不同的相应近场强度分布。
在另一方面，例如，照明模块可包括是微透镜阵列的光学组件。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。
在另一方面，例如，照明模块可包括分别以一定光源间距布置的光源阵列。
在另一方面，例如，照明模块可包括是微透镜阵列的光学组件，以及分别以一定光源间距布置的光源阵列。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜，微透镜间距基本上等于光源间距。
在另一方面，例如，照明模块可包括具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源，其可操作以产生具有相同波长和/或波长范围的光。
在另一方面，例如，照明模块可包括具有不同近场强度分布的至少两个光源，其可操作以产生具有不同波长和/或波长范围的光。
在另一方面，例如，照明模块可包括是微透镜阵列的光学组件。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。微透镜间距基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、波长和/或波长范围和距离的积的平方根。
在另一方面，例如，照明模块可包括基本上等于通过共用发射平面和微透镜阵列建立的光学路径长度的距离。
在另一方面，例如，照明模块可包括光源阵列。光源阵列可包括激光二极管阵列。
在另一方面，例如，照明模块可包括是激光二极管阵列的光源阵列。激光二极管阵列可包括垂直腔面发射激光器阵列。
在另一方面，例如，照明模块可包括光源阵列，光源阵列还包括辅助孔阵列。辅助孔可操作以产生具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源。
在另一方面，例如，照明模块可包括是微透镜阵列的光学组件。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。微透镜间距基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、波长和/或波长范围和距离的积的平方根。另外，大于或等于1的整数可以是以下整数中的任一个：1、2、3、4、5、6、7或8。
在另一方面，例如，照明模块可操作以产生是编码光图案的图案化照明。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括用于产生图案化照明的照明模块，以及可操作以捕获从图案化照明反射的光的成像器。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括照明模块，照明模块还包括具有共用发射平面的光源阵列。每个光源可在共用发射平面处产生具有近场强度分布的光。光源阵列可分别以一定光源距离进行布置。光源阵列可包括在共用发射平面处具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源。照明模块还可包括安装在距共用发射平面一定距离处的微透镜阵列。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。此外，微透镜阵列、距离、以及光源阵列可操作以在远场中基本上复制至少两个光源的不同的相应近场强度分布。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括是微透镜阵列的光学组件，以及分别以一定光源间距布置的光源阵列。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜，微透镜间距基本上等于光源间距。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源，其可操作以产生具有相同波长和/或波长范围的光。
在另一方面，例如，可操作以生成三维数据的光电系统可包括是微透镜阵列的光学组件。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。微透镜间距基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、波长和/或波长范围和距离的积的平方根。另外，大于或等于1的整数可以是以下整数中的任一个：1、2、3、4、5、6、7或8。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括可操作以产生图案化照明的照明模块，图案化照明包括编码光图案。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括光源阵列，光源阵列包括激光二极管阵列。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括激光二极管阵列。激光二极管阵列可包括垂直腔面发射激光器阵列。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括光源阵列，光源阵列还包括辅助孔阵列。辅助孔可操作以产生具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源。
在另一方面，例如，可操作以生成3D数据的光电系统可包括处理器，以及用于操作光电系统的非暂态计算机可读介质。非暂态计算机可读介质可包括存储在其上的机器可读指令，机器可读指令当在处理器上执行时，实施用于利用照明模块产生图案化照明的操作：利用成像器捕获从图案化照明反射的光，将捕获的光转换为信号，以及从信号生成3D数据。
其他方面、特征和优点将通过以下详细描述、附图和权利要求变得容易理解。
附图说明
图1A描绘具有示例性光源阵列的照明模块的示例。
图1B描绘图1A中所描绘的光源阵列的平面图。
图1C描绘若干可选的光源阵列。
图2描绘光电系统的示例。
具体实施方式
图1A描绘照明模块100的示例。照明模块100可操作以产生表现出最小模糊度的图案化照明101。照明模块100可包括光源阵列102。光源阵列102可在共用发射平面104内发生。每个光源可在共用发射平面104处产生具有近场强度分布的光。光源阵列可包括在共用发射平面104处具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108。在一些实例中，具有不同的近场强度分布的至少两个光源106、108可操作以产生具有不同波长和/或波长范围(例如，红外)的光。在一些实例中，其可操作以产生具有相同波长和/或波长范围(例如，红外)的光。
在一些实例中，光源阵列102可产生准直光。在一些实例中，光源阵列102可包括激光二极管阵列。激光二极管阵列可包括例如垂直腔面发射激光器阵列。
在一些实例中，可利用不同的相应孔130、132来实现具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108。孔130、132可产生对应光源106、108的不同的相应近场强度分布110、112。不同的孔130、132对于对应于光源106、108的激光二极管可以是固有的(即，孔130、132可以是对应于光源106、108的相应二极管的一部分)。在一些实例中，照明模块还可包括辅助孔阵列。即，可利用与光源106、108对准的不同的相应辅助孔来实现具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108。辅助孔可至少部分地由金属箔或介电材料构成。
在一些实例中，对应于光源106、108的近场强度分布可通过具有二维几何形状(诸如正方形、圆形和/或矩形)的孔或辅助孔来建立。在此类实例中，具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源106、108可分别从具有正方形和矩形形状的孔产生。正方形孔可以是例如9微米×9微米，而矩形孔可以是例如3微米×27微米。在一些实现方式中，具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源106、108可通过具有相同的形状但具有不同的相应取向(如下文进一步所讨论)的两个孔来建立。
照明模块还可包括安装在距共用发射平面104一定距离116处的光学组件114。所述距离116可以是光学组件114与光源阵列102之间的光学路径长度。光学组件114和光源阵列102可操作以在远场122(例如，距照明模块1米、1至10米、或甚至10至100米)中基本上复制至少两个光源106、108的不同的相应近场强度分布110、112，复制的近场强度分布是图案化照明101。在一些实例中，光学组件114和光源阵列102可操作以在远场122中基本上复制至少两个光源106、108的不同的相应近场强度分布110、112，使得近场强度分布在远场122中收缩、扩张或放大(作为图案化照明101)。
在一些实例中，光学组件114可以是微透镜阵列。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距126布置的多个微透镜124。在一些实例中，至少两个光源106、108的阵列102分别以一定光源间距128进行布置。
在一些实例中，微透镜间距126可基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、所述波长和/或波长范围、以及所述距离的积的平方根(当光源106、108的波长或波长范围基本上相等时)。在一些实例中，大于或等于1的整数可以是以下整数中的任一个：1、2、3、4、5、6、7或8。
通常，微透镜阵列、距离116、以及光源阵列可操作以在远场中基本上复制至少两个光源的不同的相应近场强度分布。
图1B描绘图1A中所描绘的示例性光源阵列102的平面图。具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108分别用不同的孔132、132加以描绘。光源106、108以光源间距128加以描绘。
图1C以平面图描绘若干可选的示例性光源阵列102。例如，在一些实例中，可将具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108；或对至少两个光源106、108的不同的相应近场强度分布110、112负责的不同的孔130、132相对于彼此以约角度θ定位。在一些实例中，具有不同的相应近场强度分布110、112的至少两个光源106、108；或对至少两个光源106、108的不同的相应近场强度分布110、112负责的不同的孔130、132可以是不同类型的几何形状(诸如正方形和圆形)。一般来讲，光源阵列102的此类布置(例如，旋转的孔)可产生具有较少模糊度的图案化照明101。在一些实例中，角度θ可以是40°、45°、或90°。
图2描绘可操作以生成3D数据的示例性光电系统2000。光电系统200可包括照明模块2100(诸如图1A至图1C所描绘的照明模块100)，并且可包括如结合照明模块100所描述的示例性结构和部件。
例如，照明模块2100可包括具有共用发射平面的光源阵列。每个光源可在共用发射平面处产生具有近场强度分布的光。光源阵列可分别以一定光源距离进行布置。光源阵列可包括在共用发射平面处具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源。另外，照明模块2100可包括安装在距共用发射平面一定距离处的微透镜阵列。微透镜阵列可包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜。在一些实例中，微透镜间距可基本上等于光源间距。
微透镜阵列、距离、以及光源阵列可操作以在远场中基本上复制至少两个光源的不同的相应近场强度分布，从而产生图案化照明2200，如图2所描绘。
在一些实例中，图案化照明2200可以是编码光图案。图案化照明可入射在目标2300上。目标可具有3D特征，诸如3D对象或3D场景。可通过成像器2400收集从图案化照明反射的光。此外，成像器2400可操作以捕获从图案化照明2200反射的光。
光电系统200还可包括通信地耦接到照明模块2100的处理器2500，以及成像器2400，并且还可包括用于操作光电系统2000的非暂态计算机可读介质2600。非暂态计算机可读介质2600包括存储在其上的指令，所述指令当在处理器上执行时，实施用于利用照明模块2100产生图案化照明2200的步骤：利用成像器2400捕获从图案化照明反射的光，将捕获的光转换为信号，以及从信号生成3D数据。
光电系统2000可被实现为结构光成像系统、立体成像系统或任何其他3D成像系统。其他光电系统也在本公开内容的范围内，例如，包括仅具有几个像素的成像器的接近系统。
可在本公开内容的精神内进行各种修改。另外，在一些情况下，上文结合不同的实现方式描述的特征可组合在相同的实现方式中。因此，其他实现方式也在权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种用于产生图案化照明的照明模块，所述照明模块包括：
光源阵列，具有共用发射平面，每个光源在所述共用发射平面处产生具有近场强度分布的光；
所述光源阵列包括至少两个光源，所述至少两个光源在所述共用发射平面处具有不同的相应近场强度分布，具有不同的相应近场强度分布的所述至少两个光源可操作以产生具有相同波长和/或波长范围的光；以及
光学组件，安装在距所述共用发射平面一定距离处，所述光学组件和所述光源阵列可操作以在远场中基本上复制所述至少两个光源的所述不同的相应近场强度分布，所述光学组件是微透镜阵列，所述微透镜阵列包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜，并且其中所述微透镜间距基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、所述波长和/或波长范围和所述距离的积的平方根。
2.如权利要求1所述的照明模块，所述光源阵列分别以一定光源间距进行布置。
3.如权利要求2所述的照明模块，其中所述微透镜间距基本上等于所述光源间距。
4.如权利要求1所述的照明模块，其中所述距离基本上等于通过所述共用发射平面和所述微透镜阵列建立的光学路径长度。
5.如权利要求1所述的照明模块，其中所述光源阵列包括激光二极管阵列。
6.如权利要求5所述的照明模块，所述激光二极管阵列包括垂直腔面发射激光器阵列。
7.如权利要求5所述的照明模块，其中所述光源阵列还包括辅助孔阵列，所述辅助孔可操作以产生具有不同的相应近场强度分布的所述至少两个光源。
8.如权利要求1所述的照明模块，其中所述大于或等于1的整数是以下整数中的任一个：1、2、3、4、5、6、7或8。
9.如权利要求1所述的照明模块，其中所述图案化照明包括编码光图案。
10.一种可操作以生成三维数据的光电系统，所述光电系统包括：
照明模块，用于产生图案化照明，以及
成像器，可操作以捕获从所述图案化照明反射的光，其中所述照明模块还包括：
光源阵列，具有共用发射平面，每个光源在所述共用发射平面处产生具有近场强度分布的光，具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源可操作以产生具有相同波长和/或波长范围的光；
所述光源阵列分别以一定光源间距进行布置；所述光源阵列包括在所述共用发射平面处具有不同的相应近场强度分布的至少两个光源；
微透镜阵列，安装在距所述共用发射平面一定距离处，所述微透镜阵列包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜，所述微透镜阵列、所述距离和所述光源阵列可操作以在远场中基本上复制所述至少两个光源的所述不同的相应近场强度分布，光学组件是微透镜阵列，所述微透镜阵列包括分别以一定微透镜间距布置的多个微透镜，并且其中所述微透镜间距基本上等于整数2除以大于或等于1的整数、所述波长和/或波长范围和所述距离的积的平方根。
11.如权利要求10所述的光电系统，其中所述大于或等于1的整数是以下整数中的任一个：1、2、3、4、5、6、7或8。
12.如权利要求10所述的光电系统，其中所述图案化照明包括编码光图案。
13.如权利要求10所述的光电系统，其中所述光源阵列包括激光二极管阵列。
14.如权利要求13所述的光电系统，所述激光二极管阵列包括垂直腔面发射激光器阵列。
15.如权利要求10所述的光电系统，其中所述光源阵列还包括辅助孔阵列，所述辅助孔可操作以产生具有不同的相应近场强度分布的所述至少两个光源。
16.如权利要求10所述的光电系统，进一步包括处理器，以及用于操作所述光电系统的非暂态计算机可读介质，其中所述非暂态计算机可读介质包括存储在其上的指令，所述指令当在所述处理器上执行时，执行用于用所述照明模块产生图案化照明的步骤：利用所述成像器捕获从所述图案化照明反射的光，将所述捕获的光转换为信号，以及从所述信号生成三维数据。
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