CN112204454A - 发光光电模块 - Google Patents

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Abstract

可操作以产生由减少的斑点表征的发射的发光光电模块可以包括相干光源、漫射器和菲涅尔元件。相干光源可操作以产生入射到漫射器上的由相干长度表征的相干发射。漫射器由发散角度表征。发散角度是从漫射器到菲涅尔元件的第一路径长度与从漫射器到菲涅尔元件的第二路径长度之间的角度，其中，它们的差定义了路径差。在一些实例中，路径差基本上大于相干长度。

Description

发光光电模块
技术领域
本公开涉及可操作以发射呈现减少的斑点的光的发光光电模块。
背景技术
可操作以产生相干光的发光光电模块有时被用于照亮具有粗糙表面的一个对象或多个对象。在一些实例中，粗糙表面可以由10μm至100μm的表面特征(例如，凹槽)来表征。入射到粗糙表面上的相干光能够产生斑点。斑点对于一些应用是不希望的。
在一些实例中，发光光电模块与粗糙表面之间的距离可以变化；因此，随着时间的推移，斑点可以表现为噪声。例如，可操作以产生相干光的发光光电模块可以被用于照亮包括一个或多个对象的场景，以便捕获该场景的图像。在典型条件下捕获的所得图像将呈现时间噪声。
在一些实例中，由斑点引起的噪声可以随时间平均(例如，平均为整体灰色色调)。在一些实例中，漫射器位于相干光源的前面，并且可以在图像被收集的同时被旋转。因此，源自斑点的噪声可以在所收集的图像中随时间平均。在一些实例中，频率调制或其它部件可以被使用以对斑点进行平均。
然而，这些方法需要延长的曝光时间来收集图像，并且会消耗诸如电力资源的资源。需要一种允许立即曝光和减少的资源消耗的方法。
发明内容
本公开描述了相干光发射模块(例如，诸如准分子激光器或垂直腔表面发射激光器的激光器)和光电模块，光电模块包括可操作以发射具有减少的斑点的光的相干光产生模块(例如，数码相机)。
在一方面，例如，发光光电模块包括可操作以产生相干光的相干光源。相干光由相干长度、带宽和中心波长表征。发光光电模块进一步包括由发散角度表征的漫射器。该发散角度可以被定义为准直光束入射光束的透射光的半高宽角。漫射器还可以以反射模式操作，例如漫射表面由诸如薄(例如，1μm至10μm)金属层的保形的高反射涂层覆盖。漫射器相对于相干光源定位，使得相干光入射到漫射器上并且漫射器可操作以产生漫射发射。发光光电模块进一步包括菲涅尔透镜元件。菲涅尔透镜元件包括菲涅尔环阵列。菲涅尔透镜可以指任何光学元件，其中从特定距离f(即，焦距)处的点发射的所有光线都在透镜的接受角度(即，透镜的数值孔径)内。在一些实例中，菲涅尔透镜的厚度(例如，中心厚度)可以比相同焦距的球面透镜明显小(例如，两倍或更多倍的因子)。因此，菲涅尔透镜可以是折射光学元件、衍射光学元件或其它光学元件，或者可以包括光学超材料。菲涅尔透镜元件相对于漫射器定位，使得漫射发射入射到菲涅尔透镜元件上并且菲涅尔透镜元件产生具有减少的斑点的发射。
在一些实施方式中，发光光电模块包括发散角度。发散角度是从漫射器到菲涅尔透镜元件的第一路径长度与从漫射器到菲涅尔透镜元件的第二路径长度之间的角度。第一路径长度和第二路径长度从漫射器上的同一点发出。
在一些实施方式中，发光光电模块包括与漫射器和菲涅尔透镜元件正交的第一路径长度。
在一些实施方式中，发光光电模块包括第一路径长度与第二路径长度之间的长度差，该差是路径差。路径差大于相干长度。
在一些实施方式中，发光光电模块包括路径差，该路径差比相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子。
在一些实施方式中，发光光电模块包括路径差，该路径差比相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子(例如，2至1000)。例如，在一些实例中，路径差可以是相干长度的两倍。在其它实例中，路径差可以是相干长度的1000倍。
在一些实施方式中，发光光电模块包括路径差，该路径差比相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子(例如，1000至10000)。
在一些实施方式中，发光光电模块包括菲涅尔环阵列中的数量至少为10的多个离散的菲涅尔环。
在一些实施方式中，发光光电模块包括漫射发射，该漫射发射入射到菲涅尔环阵列内的至少10个离散的菲涅尔环上。
在一些实施方式中，发光光电模块包括相干光源，该相干光源进一步包括激光二极管。
在一些实施方式中，发光光电模块包括相干光源，该相干光源进一步包括激光二极管阵列。
在一些实施方式中，发光光电模块包括漫射器，该漫射器进一步包括全息漫射器、沙蚀刻漫射器和/或工程漫射器。
在一些实施方式中，发光光电模块包括漫射器，该漫射器进一步包括微透镜阵列。
在一些实施方式中，发光光电模块包括基本上等于菲涅尔透镜元件的焦距的第一路径长度。
在一些实施方式中，发光光电模块包括可操作以产生相干光的相干光源。相干光由相干长度、带宽和中心波长表征，并且中心波长对应于电磁波谱的红外部分内的一个或多个波长。
在一些实施方式中，发光光电模块包括可操作以产生相干光的相干光源。相干光由相干长度、带宽和中心波长表征，并且中心波长为850nm，带宽为10nm，并且相干长度为23μm。
本公开还描述一种可以包括成像器和发光光电模块的成像系统。
在一些实例中，成像系统包括发光光电模块。发光光电模块包括可操作以产生相干光的相干光源。相干光由相干长度、带宽和中心波长表征。发光光电模块进一步包括由发散角度表征的漫射器。漫射器相对于相干光源定位，使得相干光入射到漫射器上并且漫射器可操作以产生漫射发射。发光光电模块进一步包括由菲涅尔环阵列表征的菲涅尔透镜元件。菲涅尔透镜元件相对于漫射器定位，使得漫射发射入射到菲涅尔透镜元件上并且菲涅尔透镜元件产生发射。
在一些实例中，成像系统包括光敏像素阵列、光学组件和光谱滤波器。
在一些实例中，成像系统包括可操作以产生强度调制的光的相干光源，和可操作以解调强度调制的光的光敏像素阵列。
在一些实例中，成像系统包括发散角度，发散角度是从漫射器到菲涅尔透镜元件的第一路径长度与从漫射器到菲涅尔透镜元件的第二路径长度之间的角度，第一路径长度和第二路径长度从漫射器上的同一点发出。
在一些实例中，成像系统包括与漫射器和菲涅尔透镜元件正交的第一路径长度。
在一些实例中，成像系统包括作为路径差的第一路径长度与第二路径长度之间的长度差，该路径差大于相干长度。
在一些实例中，成像系统包括路径差，该路径差比相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子。
根据以下详细描述、附图和权利要求，其它方面、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1描绘发光光电模块的示例。
图2描绘成像系统的示例。
具体实施方式
图1描绘发光光电模块100的示例。发光光电模块100包括相干光源102和漫射器104。相干光源102可操作以产生相干光106。相干光106可以由相干长度、带宽和中心波长表征。在一些实例中，中心波长对应于电磁波谱的红外部分内的一个或多个波长。在一些实例中，中心波长为850nm，带宽为10nm，并且相干长度为23μm。在一些实例中，相干光源102包括诸如边缘发射激光器或垂直腔表面发射激光器、或者激光二极管阵列的激光二极管。在这样的实例中，激光二极管或激光二极管阵列可以由与如图1中所描绘的θ相关的数值孔径来表征。
漫射器104可以相对于相干光源102定位，使得相干光106入射到漫射器104上并且漫射器104可操作以产生漫射发射108。漫射器104可以是将入射的准直光束划分成大量(例如，多于10个)子光束的任何元件，这些子光束分布在0°与漫射器的发散角度α之间的所有角度上。漫射器不必是粗糙表面。它可以是折射或衍射材料、体积漫射器或超材料。在一些实例中，漫射器104是全息漫射器、沙蚀刻漫射器和/或工程漫射器。在一些实例中，漫射器104包括微透镜阵列。
漫射器104可以由发散角度α表征。发散角度α是第一路径长度110与第二路径长度112之间的角度。第一路径长度110是漫射器104与菲涅尔透镜元件114之间的距离。菲涅尔透镜可以指任何光学元件，其中从特定距离f(即，焦距)处的点发射的所有光线都在透镜的接受角度(即，透镜的数值孔径)内。在一些实例中，菲涅尔透镜元件114的厚度(例如，中心厚度)比相同焦距的球面透镜明显小(例如，两倍或更多倍的因子)。因此，菲涅尔透镜元件114可以是折射光学元件、衍射光学元件或其它光学元件，或者可以包括光学超材料。菲涅尔透镜元件114相对于漫射器104定位，使得漫射发射108入射到菲涅尔透镜元件114上并且菲涅尔透镜元件产生发射122。第二路径长度可以是漫射器104与菲涅尔透镜元件114之间的另一距离。在一些实例中，第一路径长度110和第二路径长度112从漫射器104上的同一点发出，如图1中所描绘的。在一些实例中，第一路径长度110与漫射器104和菲涅尔透镜元件114正交。仍然在一些实例中，菲涅尔透镜元件114可以由焦距116表征，其中，第一路径长度110可以基本上等于焦距116。
第一路径长度110与第二路径长度112之间的长度差是路径差Δ。路径差Δ可以被定义为：Δf×(1/cosα-1)，其中，f是第一路径长度110，并且α是第一路径长度110与第二路径长度112之间的发散角度。在一些实例中，路径差大于相干长度。路径差可以比相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子。在一些实例中，该因子在2与1000之间。在一些实例中，该因子在1000与10000之间。
菲涅尔透镜元件114包括菲涅尔环阵列118。所图示的示例中的菲涅尔环阵列118包括至少10个离散的菲涅尔环120。在一些实例中，漫射发射108入射在菲涅尔环阵列118内的至少10个离散的菲涅尔环120上。
图2描绘成像系统200的示例。成像系统200包括如图1中所描绘的发光光电模块100、成像器202、光学组件204和光敏像素阵列206。光学组件204可以包括一个或多个折射光学元件或衍射光学元件。在一些实例中，光学组件204可以包括一个或多个光谱滤波器(例如，电介质滤波器、光学树脂滤波器或聚酯光学滤波器)。光敏像素阵列206可以包括电荷耦合器件和/或互补金属氧化物半导体器件。在一些实例中，光敏像素阵列可以包括滤色器阵列。成像器202可以包括诸如光谱滤波器、光圈、光阑、间隔器、处理器和其它电路的其它部件。
如以上所描述的，发光光电模块100可操作以产生具有减少的斑点的发射122。发射122可以入射到对象208上。发射122的一部分222可以从对象208反射，并且可以由光学组件204聚焦到光敏像素阵列206上。
在一些实例中，成像系统200可操作以收集对象208的一个或多个强度图像。例如，发射122可以从相干光106产生，其中相干光106由与电磁波谱的可见部分相对应的一个或多个中心波长来表征。此外，在这样的实例中，光敏像素阵列206可以对电磁波谱的可见部分敏感。因此，具有降低的由斑点引起的噪声的强度图像可以被捕获。
在一些实例中，成像系统200可操作以经由间接飞行时间技术收集距离数据。例如，发光光电模块100可操作以产生强度调制的发射122。此外，在这样的实例中，光敏像素阵列206可操作以解调强度调制的光。因此，具有降低的由斑点引起的噪声的距离数据可以被捕获。
可以对前述实施方式进行各种修改。以上描述的不同实施方式中的特征可以在相同的实施方式中被组合。因此，其它实施方式在权利要求的范围内。

Claims (35)

1.一种发光光电模块，包括：
相干光源，可操作以产生相干光，所述相干光由相干长度、带宽和中心波长表征；
漫射器，由发散角度表征，所述漫射器相对于所述相干光源定位，使得所述相干光入射到所述漫射器上并且所述漫射器可操作以产生漫射发射；和
菲涅尔透镜元件，包括菲涅尔环阵列；
其中，所述菲涅尔透镜元件相对于所述漫射器定位，使得所述漫射发射入射到所述菲涅尔透镜元件上并且所述菲涅尔透镜元件产生发射。
2.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述发散角度是从所述漫射器到所述菲涅尔透镜元件的第一路径长度与从所述漫射器到所述菲涅尔透镜元件的第二路径长度之间的角度，所述第一路径长度和所述第二路径长度从所述漫射器上的同一点发出。
3.根据权利要求2所述的发光光电模块，其中，所述第一路径长度与所述漫射器和所述菲涅尔透镜元件正交。
4.根据权利要求3所述的发光光电模块，其中，所述第一路径长度与所述第二路径长度之间的长度差是路径差，所述路径差大于所述相干长度。
5.根据权利要求4所述的发光光电模块，其中，所述路径差比所述相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子。
6.根据权利要求5所述的发光光电模块，其中，所述因子在2与1000之间。
7.根据权利要求5所述的发光光电模块，其中，所述因子在1000与10000之间。
8.根据权利要求4所述的发光光电模块，其中，所述菲涅尔环阵列包括在所述菲涅尔环阵列内的至少10个离散的菲涅尔环。
9.根据权利要求8所述的发光光电模块，其中，所述漫射发射入射到所述菲涅尔环阵列内的至少10个所述菲涅尔环上。
10.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述相干光源包括激光二极管。
11.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述相干光源包括激光二极管阵列。
12.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述漫射器是全息漫射器、沙蚀刻漫射器和/或工程漫射器。
13.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述漫射器包括微透镜阵列。
14.根据权利要求2所述的发光光电模块，其中，所述第一路径长度基本上等于所述菲涅尔透镜元件的焦距。
15.根据权利要求1所述的发光光电模块，其中，所述中心波长对应于所述电磁波谱的所述红外部分内的一个或多个波长。
16.根据权利要求15所述的发光光电模块，其中，所述中心波长为850nm，所述带宽为10nm，并且所述相干长度为23μm。
17.一种成像系统，所述成像系统包括成像器和根据先前的权利要求中的任一项所述的发光光电模块。
18.根据权利要求17所述的成像系统，所述发光光电模块包括：
相干光源，可操作以产生相干光，所述相干光由相干长度、带宽和中心波长表征；
漫射器，由发散角度表征，所述漫射器相对于所述相干光源定位，使得所述相干光入射到所述漫射器上并且所述漫射器可操作以产生漫射发射；和
菲涅尔透镜元件，由菲涅尔环阵列表征；
其中，所述菲涅尔透镜元件相对于所述漫射器定位，使得所述漫射发射入射到所述菲涅尔透镜元件上并且所述菲涅尔透镜元件产生发射。
19.根据权利要求18所述的成像系统，所述成像器包括光敏像素阵列、光学组件和光谱滤波器。
20.根据权利要求19所述的成像系统，其中，所述相干光源可操作以产生强度调制的光，并且所述光敏像素可操作以解调强度调制的光。
21.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述发散角度是从所述漫射器到所述菲涅尔透镜元件的第一路径长度与从所述漫射器到所述菲涅尔透镜元件的第二路径长度之间的角度，所述第一路径长度和所述第二路径长度从所述漫射器上的同一点发出。
22.根据权利要求21所述的成像系统，其中，所述第一路径长度与所述漫射器和所述菲涅尔透镜元件正交。
23.根据权利要求22所述的成像系统，其中，所述第一路径长度与所述第二路径长度之间的长度差是路径差，所述路径差大于所述相干长度。
24.根据权利要求23所述的成像系统，其中，所述路径差比所述相干长度大足以产生具有减少的斑点的发射的因子。
25.根据权利要求24所述的成像系统，其中，所述因子在2与1000之间。
26.根据权利要求24所述的成像系统，其中，所述因子在1000与10000之间。
27.根据权利要求23所述的成像系统，其中，所述菲涅尔环阵列包括在所述菲涅尔环阵列内的至少10个离散的菲涅尔环。
28.根据权利要求27所述的成像系统，其中，所述漫射发射入射到所述菲涅尔环阵列内的至少10个所述菲涅尔环上。
29.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述相干光源包括激光二极管。
30.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述相干光源包括激光二极管阵列。
31.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述漫射器是全息漫射器、沙蚀刻漫射器和/或工程漫射器。
32.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述漫射器包括微透镜阵列。
33.根据权利要求21所述的成像系统，其中，所述第一路径长度基本上等于所述菲涅尔透镜元件的焦距。
34.根据权利要求18所述的成像系统，其中，所述中心波长对应于所述电磁波谱的所述红外部分内的一个或多个波长。
35.根据权利要求34所述的成像系统，其中，所述中心波长为850nm，所述带宽为10nm，并且所述相干长度为23μm。
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