CN115427830A - 用于距离测量相机系统的照射装置、对应照射方法和tof相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于距离测量相机(500)、特别是飞行时间TOF相机系统(500)的照射装置(100)、对应照射方法、以及距离测量相机系统(500)，该距离测量相机系统包括所述照射装置(100)以便改进距离测量。照射装置(100)配置成用例如第一均匀照射特性(155a)和第二光斑图案照射特性(155b)的两种不同照射特性来照射照射平面(150)上的特定区域。均匀照射特性可以实现改进侧向分辨率的测量，而光斑图案照射可以实现改进深度分辨率的测量。

Description

用于距离测量相机系统的照射装置、对应照射方法和TOF相机 系统

技术领域

本发明涉及一种用于例如飞行时间(TOF)相机系统等距离测量相机系统的照射装置、对应方法以及包括所述照射装置的距离测量相机系统。

背景技术

例如飞行时间(TOF)相机等距离测量或测距相机测量场景中的深度，并依赖于照射源来照射位于捕捉相机的视场(FOV)中的物体。

US 8,761,594 B1公开了用于在相机系统中提供空间动态照射的系统和方法。空间动态照射源应能够仅照射相机的视场中的期望物体，从而减少所需的来自照射源的光量。提供了一种空间动态照射源，该空间动态照射源包括照射元件阵列和控制构件。照射阵列中的每个照射元件包括与光学元件组合的发光元件。控制构件允许控制照射源照射相机的视场中的期望物体。照射阵列中的每个照射元件覆盖相机的视场的特定的不同区域。

US 2017/356740 A1披露了一种用于扫掠一定角度范围的发光元件的弯曲阵列。

EP 3 451 470 A1公开了一种包括VCSEL阵列的激光器布置形式。

然而，目前可用的系统可能无法满足不同测量应用的所有要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光学距离测量的改进的光源。有利的是，提供一种用于照射距离测量相机的视场、同时还实现高度准确的距离测量的改进的照射装置和对应的方法。另外，有利的是，提供不太复杂、较具成本效益和/或较小外形尺寸的照射系统。本发明的其它目的是提供一种距离测量相机系统、特别是TOF相机系统，该相机系统包括所述照射装置，以便允许TOF相机系统以高准确度测量距离。

在本发明的第一方面中，示出了一种用于距离测量相机系统、特别是飞行时间(TOF)相机系统的照射装置，该照射装置包括：

发光元件阵列，其中，每个发光元件配置成能够发射光以照射照射平面，并且其中，发光元件阵列包括或被分成至少两组发光元件；以及

光学元件阵列，该光学元件阵列配置成能够影响所发射的光以影响照射平面中的照射；

其中，光学元件阵列包括或被分成至少两组不同的光学元件，

其中，包括至少两组不同的光学元件的所述光学元件阵列的第一组光学元件配置成能够影响由包括至少两组发光元件的所述发光元件阵列的第一组发光元件发射的光，包括至少两组不同光学元件的所述光学元件阵列的第二组光学元件配置成能够影响由包括至少两组发光元件的所述发光元件阵列的第二组发光元件发射的光，

其中，第一组光学元件配置成不同于第二组光学元件来影响光，从而用两种不同照射特性照射照射平面上的特定区域(以使得该区域的同一表面元件可以被第一组或第二组选择性地照射)，以及

其中，第一组光学元件是能够适于漫射由第一组发光元件的发光元件发射的光的漫射光学元件，第二组光学元件是能够适于聚焦由第二组发光元件的发光元件发射的光的聚焦光学元件。

在本发明的另外的方面中，示出了一种对应的照射方法，该照射方法包括以下步骤：

通过发光元件阵列发射光，其中，每个发光元件配置成能够发射光以照射照射平面，并且其中，发光元件阵列包括或被分成至少两组发光元件；以及

通过光学元件阵列影响所发射的光以影响照射平面上的照射；

其中，光学元件阵列包括或被分成至少两组不同的光学元件，

其中，第一组光学元件配置成能够影响由第一组发光元件发射的光，第二组光学元件配置成能够影响由第二组发光元件发射的光，

其中，第一组光学元件配置成不同于第二组光学元件来影响光，从而用两种不同照射特性照射照射平面上的特定区域，以及

其中，第一组光学元件是能够适于漫射由第一组发光元件的发光元件发射的光的漫射光学元件，第二组光学元件是能够适于聚焦由第二组发光元件的发光元件发射的光的聚焦光学元件。

从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的装置类似和/或相同的优选实施例、特别是如从属权利要求中所定义并且如本文所公开的优选实施例。

本发明所基于的想法提供一种组合照射装置和一种对应的照射方法，以在照射平面中产生至少两种不同照射特性。所述照射装置优选地用于距离测量相机系统、例如TOF相机系统，该相机系统包括照射装置、(测距)相机和成像元件、例如透镜或衍射光学元件(DOE)，该成像元件设计成将所述照射平面上的照射成像到TOF相机的期望视场。

组合照射装置利用了使用至少两种不同照射特性的优点。例如，在第一操作模式中，可以由第一组发光元件结合第一组光学元件来提供均匀照射。在第二操作模式中，可以由第二组发光元件结合第二组光学元件来提供光斑图案。先前用于均匀照射的相同总能量现在可以重新分配，以便将辐照度在一些像素中集束。因此，在这几个像素中获得了较大信号强度，而其他像素没有被使用。这例如在照射远离TOF相机的物体时是有利的，其中光源强度必须相比照射靠近TOF相机的物体时更高，以实现相同的信噪比。因此，与以侧向分辨率为代价的标准方法相比，实现了更好的距离测量准确度或较大范围。尽管如此，具有不同组的相同阵列可以提供例如均匀照射，该均匀照射仍然可以以深度分辨率为代价提供了高侧向分辨率。因此，所提出的照射装置可以在以下方面提供进一步提高的灵活性和适应性：为照射平面上的同一特定区域提供两种不同照射特性，这两种不同照射特性例如是适于以高侧向分辨率但有限的深度分辨率进行距离测量的第一照射特性(例如均匀照射特性)以及适于以降低的侧向分辨率但高深度分辨率进行距离测量的第二照射特性(例如光斑图案照射特性)。所提出的照射装置可以在居间平面中从同一半导体管芯实现均匀照射和光斑图案。

提供适于与相应组的光学元件相结合来提供所述不同的两组发光元件可以提供例如简化制造等优点，并且还提供例如关于冷却结构的联合使用的热学优点。

如上所述，本照射装置可以配置成组合不同照射特性，以提供用于TOF距离测量的改进的照射装置。因此，不需要使一个照射装置设有提供例如均匀照射的光学器件，并且不需要使另一单独的照射装置设有提供例如光斑照射图案的光学器件，因为本照射装置可以配置成独立地提供两种照射特性。同一后续透镜系统可以用于将居间平面中提供的不同图案成像到视场上。因此，可以实现协同效应。

根据本发明的方面的照射装置包括发光元件阵列，该发光元件阵列被分成至少两组发光元件，即至少第一组发光元件和第二组发光元件。第一组发光元件和第二组发光元件也可以被称为第一发光元件子阵列和第二发光元件子阵列。

附加地，照射装置包括光学元件阵列，该光学元件阵列被分成至少两组不同光学元件。该至少两组不同光学元件至少被分成第一组光学元件和第二组光学元件。第一组光学元件和第二组光学元件也可以被称为第一光学元件子阵列和第二光学元件子阵列。

发光元件组的数量和光学元件组的数量可以相同。

第一组光学元件配置成能够影响由第一组发光元件发射的光，第二组光学元件被配置成能够影响由第二组发光元件发射的光。进一步地，第一组光学元件不同于第二组光学元件，这意味着如果同一种类的光穿过两组光学元件，那么第一组光学元件配置成不同于第二组光学元件地影响光。因此，一个可行的选择可以是，例如，一组光学元件包括聚焦光的凸光学透镜，而另一组光学元件包括发散光的凹光学透镜。这允许照射平面上的特定区域用两种不同照射特性照射。

所提出的解决方案的另外的优点可以是，可以提供用于泛光照射与光斑照射两者的不太复杂、较具成本效益和/或较小外形尺寸的照射装置。

应当理解，本发明并不分别限于两组发光元件和两组光学元件。使用更多的组提供的优点是，不仅可以组合两种不同照射特性的关键特征，而且可以组合更多的轮廓，以提供用于高度准确的TOF距离测量的较复杂的照射装置。

回到分别为两个组的示例，第一种照射特性可以是例如泛光照射或均匀照射，而第二种照射可以是例如包括点、条纹或圆的光斑图案。使用圆可以提供的优点是，与使用点相比，在记录TOF相机的动态范围中有更多像素，从而使得噪声降低更多。

照射平面上的特定区域、例如所述照射平面上的一个特定像素可以因此被均匀照射照射，并且附加地，当使用不同组时，被光斑图案照射。照射平面中的若干像素被均匀照射与光斑照射两者照射。照射平面中被光斑图案照射的所有像素优选也被均匀照射特性照射。

照射平面可以布置成平行于发光元件阵列和/或平行于光学元件阵列。另外，发光元件阵列和光学元件阵列可以是布置成彼此平行的一维或二维阵列。

第一组光学元件是适于漫射由第一组发光元件的发光元件发射的光的漫射光学元件。第二组光学元件是适于聚焦由第二组发光元件的发光元件发射的光的聚焦光学元件。第一组光学元件可以是适于漫射由第一组发光元件的发光元件发射的光的散焦光学元件。第一组光学元件可以是适于增大由第一组发光元件发射的光的发散角的光学元件。第二组光学元件可以例如在照射平面处产生第二组光源的图像、例如第二组VCSEL的图像。

根据一个实施例，发光元件可以是相同类型的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。所有发光元件都可以是被配置成发射红色和/或红外光谱范围中的电磁辐射的VCSEL，但是本发明不限于使用VCSEL。被配置成发射窄光束(即窄锥体)的其他发光元件也可以工作。优选地，可以使用红外辐射，红外辐射无法被人看到，但是可以被例如根据本发明的方面的TOF相机等相机检测到。因此，通过将这种照射装置用于距离测量相机系统，要被距离测量相机记录的人/对象不受照射干扰。一般来说，使用红外光进一步确保信号干扰较少，并且较容易与自然环境光区分开来，从而实现高性能的距离测量感测。

第一组发光元件可以具有与第二组发光元件不同的尺寸和/或形状。这可以进一步支持提供不同照射特性。优点可以是，不同照射特性可以更好地针对第一照射特性和第二照射特性的期望应用场景而修整。

如上文已解释的是，第一组光学元件可以适于在照射平面上提供光斑照射图案。第二组光学元件可以适于在照射平面中提供均匀或泛光照射。不同光学元件可以是衍射光学元件(DOE)、光学透镜或光学栅格。如果使用光学透镜，那么第一组光学元件可以包括凸光学透镜以提供光斑照射图案，第二组光学元件可以包括凹光学透镜以在照射平面中提供均匀照射。

第一组光学元件可以适于影响第一组发光元件的光，以使得一个发光元件的照射与相邻发光元件的照射在照射平面中相交。一个发光元件的相邻发光元件可以是属于同一组发光元件并且相对于同一组的其他发光元件最靠近该发光元件的发光元件。如果一个发光元件的照射与相邻发光元件的照射在照射平面中相交，那么可以确保照射平面中的均匀照射，以提供完全照射的照射平面，而没有任何间隙未被照射。在另一实施例中，集成光学器件被添加到第一组发光元件的每个发光元件，以加宽每个发光元件的光束，以使得它们较早重叠。

第二组光学元件可以适于在照射平面中产生至少一个照射光斑，该至少一个照射光斑由属于第二组发光元件的多个发光元件所发射的光产生。此实施例的优点是，如果一个发光元件、例如一个VCSEL由于技术缺陷或老化而不能发射电磁辐射，那么照射平面中的一个特定光斑或像素仍然被其他发光元件所发射的光照射。因此，一个发光元件可以充当备用发光元件以补偿其他发光元件的故障。

属于第一组发光元件的发光元件和属于第二组发光元件的发光元件可以在空间上相互混合。属于第一组发光元件的发光元件和属于第二组发光元件的发光元件可以以交错方式布置。因此，属于第一组发光元件的发光元件和属于第二组发光元件的发光元件可以布置成第一组发光元件和第二组发光元件交错布置。此实施例可以提供紧凑设计和/或有利的热分布。例如，如果第一组和第二组没有被同时激活，那么交错布置可以避免同一组的相邻光源的过度加热，因为另一组光源可以布置在它们之间并提供热去耦。另外的优点可以是紧凑设计，特别是在第一组或第二组之一的光学元件可能相比相应另一组的光学元件需要较多空间的情况下。因此，可以实现较高密度，这可以由于较小的装置尺寸而导致较小芯片面积、并因此降低成本、并且可选地提高产量。

因此，属于第一组光学元件的光学元件和属于第二组光学元件的光学元件可以在空间上相互混合。属于第一组光学元件的光学元件和属于第二组光学元件的光学元件可以布置成第一组光学元件和第二组光学元件交错布置。第一组光学元件的光学元件可以具有与第二组光学元件的光学元件不同的占用空间。例如，第一组光学元件可以小于或大于第二组光学元件。在第一组或第二组之一的光学元件可能相比相应另一组的光学元件需要较多空间的情况下，空间上相互混合或交错的布置实现了紧凑设计。这允许使用较小发光元件阵列，可以减小芯片尺寸、并因此降低成本、并且可选地提高产量。

在改进方案中，第一组光学元件适于在照射平面中提供均匀照射，第二组光学元件适于在照射平面中提供光斑照射图案，其中第一组光学元件和第二组光学元件布置成交错布置；并且其中，第一组光学元件相比第二组光学元件具有不同的、特别是较小的占用空间。例如，第一组可以包括较小尺寸的漫射光学元件，而第二组可以包括较大尺寸的聚焦光学元件。因此，与用于均匀照射图案的光学元件相比，可以将有限空间资源的更大部分分配给用于光斑图案的光学元件。已发现，这种不平衡可以提高光斑图案的质量，同时仍然为均匀照射图案提供足够质量。

光学元件可以是透镜。第一组光学元件的光学元件可以具有与第二组光学元件的光学元件不同的焦距。优点是，例如聚焦的光斑图案和散焦的均匀照射图案等不同照射特性可以通过类似类型的光学元件来提供，其中光学元件的例如焦距等参数变化。这可以简化制造过程。如本文所使用，透镜也可以包括超透镜(meta-lens)或其他透镜状结构，包括例如菲涅耳透镜等分段透镜。

光学元件可以与发光元件一体形成，以提供紧凑且节省空间的照射装置。这可以例如通过3D激光光刻来实现，其中例如光学透镜等光学元件直接制造在VCSEL阵列的顶部上。优选地，所述配置可以通过在半导体管芯的表面上布置光学元件和发光元件来实现。

至少一组光学元件可以包括被配置成能够影响一个发光元件的光、以在照射平面中实现多光斑照射图案的光学元件。因此，不仅每个发光元件产生一个锐点，甚至每个发光元件可以产生多光斑图案。

属于同一组发光元件的发光元件可以被规则地布置、特别是布置在正方形、矩形、圆形或六边形网格上。替代性地，属于同一组发光元件的发光元件也可以随机布置以产生随机光斑图案。如果属于同一组发光元件的发光元件被规则地布置，那么发光元件可以进一步相对于彼此等距地布置，以在照射平面中产生规则的照射图案。正方形、六边形或圆形网格上的布置产生照射平面上的规则照射，该规则照射具有正方形、六边形或圆形的形状。也可以通过第二组光学元件影响光来移动照射平面中的照射光斑而产生随机光斑图案。

照射装置可以包括控制单元。此控制单元可以配置成控制发光元件阵列的照射，其中第一组发光元件的照射和第二组发光元件的照射被分开控制、特别是交替控制。优选地，控制单元配置成通过交替致动不同组的发光元件来电子驱动发光元件，以便产生均匀照射或光斑照射。

作为飞行时间的替代，距离测量相机系统也可以使用不同距离测量原理、例如三角测量或结构光。例如，结构光图案可以被投影到场景上，并由常规的2D相机成像。照射装置可以相对于相机成一定角度布置，以使得可以基于相机与照射装置之间的距离、照射装置发射的光相对于相机的投影角以及相机的视场中的光的位移来确定距离。应当理解，虽然针对TOF描述了本公开内容的示例，但是相同的考虑可以应用于基于三角测量或结构光的距离测量。

附图说明

本发明的这些和其他方面将通过参考下文中描述的实施例而变得明显并被阐明。在以下附图中：

图1示意性且示例性地示出了根据本发明的方面的距离测量相机系统；

图2A示意性且示例性地示出了适于均匀照射照射平面的照射装置；

图2B示出了图2A所示的照射装置的示意图，该照射装置适于通过光斑图案照射照射平面；

图3A示出了对应于图2A所示的照射的照射平面中的均匀照射特性；

图3B示出了对应于图2B所示的照射的照射平面中的光斑照射特性；

图4示意性且示例性地示出了照射装置的发光元件阵列的俯视图；以及

图5示出了示例性地展示了照射装置的另一实施例的示意图。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了根据本公开内容的方面的距离测量或测距相机系统500。距离测量相机系统500可以是飞行时间TOF相机系统或基于结构光或三角测量的距离测量相机系统。在下文的示例中，将参考TOF相机系统。

TOF相机系统500包括TOF相机接收器300、照射装置100和投影元件200。TOF相机接收器300是测距成像相机，该测距成像相机采用TOF感测技术，以基于由照射装置发射到视场400中的目标并接着由TOF相机接收器300接收的光的往返时间，而解析TOF相机接收器300与位于TOF相机接收器300的视场(FOV)400中的物体(图1中未示出)之间的距离。照射装置100配置成以某个照射特性照射居间平面或照射平面150。根据图1所示的示例性实施例，照射装置100配置成通过光斑照射图案来照射照射平面150，该光斑照射图案包括将照射在照射平面150中的多个点152。从随后的附图将变得清楚的是，照射装置100不仅配置成通过光斑图案来照射照射平面150，而且例如通过均匀照射来照射照射平面。

投影元件200配置成将照射平面150中的照射投影到TOF相机300的期望视场400。因此，成像平面150优选位于投影元件200的前焦平面中。

因为TOF是一种用于测量传感器、例如相机接收器300与物体之间的距离的方法，该方法基于发射信号与该信号在被位于传感器的视场中的物体反射后返回到传感器之间的时间差，照射装置100和相机接收器300典型地一体形成在同一装置中。仅出于说明的目的，TOF相机接收器300和照射装置150没有一体形成在图1中的一个装置中，以更清楚地表达TOF相机系统500的不同的单一构成部分。

图2A示意性且示例性地示出了根据本发明的一个实施例的照射装置100。所述照射装置100配置成以第一操作模式均匀地照射照射平面150。照射装置100包括发光元件阵列110。发光元件阵列110被分成至少两组发光元件。示例性地，示出了两个组，即第一组发光元件110A和第二组发光元件110B。第一组发光元件110A包括多个发光元件110a，第二组发光元件110B包括多个发光元件110b。所述阵列的每个发光元件110a、110b配置成发射光以照射照射平面150。下文参考图2B更详细地解释属于第二组发光元件110B的发光元件110b的所发射的光。

发光元件阵列110可以是二维阵列，也可以是一维阵列。如图2A所示，发光元件阵列110可以布置在半导体管芯160的第一表面161上。半导体管芯160对于红色和红外光谱范围中的电磁辐射可以是透明的。发光元件110a、110b可以是生长或沉积在半导体管芯160的所述表面161上的相同类型的VCSEL。如图2A和图2B所展示，VCSEL可以是被配置成将电磁辐射发射到半导体管芯160中并穿过该半导体管芯的底部发射体。

属于第一组发光元件110A的发光元件110a和属于第二组发光元件110B的发光元件110b优选在空间上相互混合或者甚至布置成交错布置。图2A所示的发光元件阵列110的配置包括发光元件110a、110b，这些发光元件相对于彼此等距地布置，以在照射平面150上产生规则的照射。可选地，第一组发光元件110a可以配置成发射与第二组发光元件110b具有不同发散角的光。

照射装置100还包括光学元件阵列120，该光学元件阵列配置成影响由发光元件阵列110发射的光，并且布置在半导体管芯160的第二表面162上，该第二表面与布置有发光元件阵列110的第一表面161相反。照射平面150中的照射受所述光学元件阵列120影响，该光学元件阵列影响由发光元件110a、110b发射并穿过透明半导体管芯160的电磁辐射。

光学元件阵列120被分成两组不同的光学元件120A、120B，其中第一组光学元件120A配置成影响由第一组发光元件110A发射的光，如图2A所示。第二组光学元件120B配置成影响由第二组发光元件110B发射的光，如图2B所示。图2B示出了图2A所示的同一照射装置100的示意图。与图2A相比，图2B示出了照射装置100的在照射平面150中产生光斑照射图案而不是均匀照射的配置。

照射平面150上的特定区域因此可以用两种不同照射特性来照射。通过比较图2A和图2B，这变得显而易见。照射平面150上的特定区域(例如所述照射平面150上的特定像素152)可以用两种不同照射特性来照射，例如如图2B所示的光斑，或者如图2A所示的均匀照射。

属于第一组光学元件120A的光学元件120a可以是光学透镜、光学栅格、超透镜或衍射光学元件(DOE)。示例性地，如图2A所示的第一组光学元件120A的光学元件120a是发散菲涅耳透镜或漫射器光学元件。第一组光学元件120A影响第一组发光元件110A的光，以使得属于第一组发光元件110A的一个发光元件110a的照射与由属于同一组发光元件110A的相邻发光元件110a所发射的光产生的照射在照射平面150中相交。一个发光元件的相邻发光元件是属于同一组发光元件并且相对于属于同一组的其他发光元件最靠近该发光元件的发光元件。例如，第一组光学元件可以适于在平面150中提供均匀照射。

在有利的实施例中，属于第一组发光元件110A的一个发光元件110a的照射不仅与由直接相邻的发光元件110a所发射的光产生的照射在照射平面150中相交，而且甚至与由第二、第三或第四相邻的发光元件110a所发射的光产生的照射相交。这可以在照射平面150中提供更加均匀的照射。进一步地，如果一个发光元件110a失效，那么照射平面150中的均匀照射特性由于多个单一照射特性的交叉而不会被破坏。

属于第二组光学元件120B的光学元件120b可以是光学透镜、光学栅格、超透镜或衍射光学元件(DOE)。示例性地，光学元件120b可以是如图2B所展示的球面光学透镜，但是也可以是非球面光学透镜。在图2B中示出，照射平面150中的每个光斑产生自属于第二组发光元件110B的一个特定发光元件110b所发射的光。然而，第二组光学元件120B也可以适于在照射平面150中产生至少一个照射光斑，该至少一个照射光斑产生自属于第二组发光元件110B的多个发光元件110b所发射的光。如果一个发光元件110b失效，那么这可以出于冗余目的而实施。

在图2B所示的配置中，第二组光学元件120B也可以包括均被配置成影响一个发光元件110b的光以在照射平面150中实现由属于第二组发光元件110B的一个发光元件110b所发射的光来产生多个照射光斑而不仅仅是单一照射光斑的光学元件120b。

图3A示出了对应于图2A所示的照射的照射平面150中的均匀照射特性155a。照射特性155a由函数I(x)表示，该函数表示取决于照射平面150的侧向范围的照射强度。如图2A所示由从单一发光元件110a发射的光产生的单一照射的相交可以产生在外侧具有小斜坡的均匀分布的照射特性155a。可以通过使用如图1所示的投影元件200将所述均匀照射特性155a投影到TOF相机300的视场400上。

图3B示出了对应于图2B所示的照射的照射平面150中的光斑照射特性155b，其中光斑照射特性155b再次由函数I(x)表示。所述示例性展示由图2B中作为照射特性155b示出的发光元件110b的规则布置产生，并且可以包括分别表示照射平面150中的一个照射光斑的多个模糊δ函数。进一步地，发光元件110b可以相对于彼此等距地布置，以实现规则的光斑照射特性155b，因为在图3B中，所有δ函数具有相同的距离x₁。图4中示意性且示例性地示出了发光元件阵列110的这种配置。

优选地，所有发光元件110a、110b都是被配置成发射具有相同功率的电磁辐射的相同类型的VCSEL。因为发光元件阵列110被分成第一组发光元件110A和第二组发光元件110B，并且因为两组110A、110B优选包括相同数量的VCSEL，如图2A和图2B所示，所以图3A和图3B所示的函数I(x)下的面积优选相同。因此，照射平面150可以如图3A所示被均匀照射，或者由具有相同总能量的光斑图案照射。

图5示出了包括控制单元170的照射装置的示意图。控制单元170配置成控制发光元件阵列110的照射，以使得第一组发光元件110A的照射和第二组发光元件110B的照射被分开控制。通过激活第一组发光元件110A，可以在照射平面150中提供均匀照射。通过激活第二组发光元件110B，可以在照射平面150中提供光斑图案照射。因此，可以有效地控制如图3A和图3B所示的特定照射特性155a、155b。

优选地，控制单元170配置成以交替方式电子驱动第一组发光元件110A和第二组发光元件110B。在第一步骤中，控制单元170可以电子接通第一组发光元件110A，以通过均匀照射来照射照射平面150。随后，在第二步骤中，控制单元170可以接通第二组发光元件110B，以通过光斑图案来照射照射平面150，同时另外关断第二组发光元件110B。因此，通过将照射装置100用于如图1所示的TOF相机系统500，位于TOF相机300的视场400中的物体的TOF距离测量可以首先通过使用均匀照射来记录，并且可以随后通过使用光斑照射图案来记录。因此，本发明允许通过仅使用一个照射装置100来有效地将TOF测量的结果与不同照射特性相结合。因此，与仅用一个照射特性执行TOF距离测量相比，可以获得更准确的TOF距离测量。可以有效地组合使用相应不同照射特性的优点，例如通过使用均匀照射获得的较高侧向分辨率和通过使用光斑照射图案而实现的物体与TOF相机300之间的距离的测量的较好准确度或深度分辨率。

虽然已经在附图和前述说明中详细展示和描述了本发明，但是这种展示和说明被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所披露的实施例。从对附图、披露内容和所附权利要求的研究中，本领域技术人员在实施要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个。单个元素或其他单元可以实现权利要求中记载的几项的功能。在彼此不同的从属权利要求中陈述的某些措施的简单事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于距离测量相机系统(500)、特别是飞行时间TOF相机系统的照射装置(100)，所述照射装置(100)包括：

发光元件阵列(110)，其中，每个发光元件(110a、110b)配置成能够发射光以照射照射平面(150)，所述发光元件阵列(110)包括至少两组发光元件(110A、110B)；以及

光学元件阵列(120)，所述光学元件阵列配置成能够影响所发射的光以影响所述照射平面(150)中的照射，

其中，所述光学元件阵列(120)包括至少两组不同的光学元件(120A、120B)，

第一组光学元件(120A)配置成能够影响由第一组发光元件(110A)发射的光，第二组光学元件(120B)配置成能够影响由第二组发光元件(110B)发射的光，以及

所述第一组光学元件(120A)配置成能够不同于所述第二组光学元件(120B)来影响光，从而用两种不同照射特性照射所述照射平面(150)上的特定区域，

所述第一组光学元件是能够适于漫射由所述第一组发光元件(110A)的发光元件发射的光的漫射光学元件，所述第二组光学元件是能够适于聚焦由所述第二组发光元件(110B)的发光元件发射的光的聚焦光学元件。

2.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，

其中，这些发光元件(110a、110b)是相同类型的垂直腔表面发射激光器VCSEL。

3.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，其中，所述第一组发光元件(100A)具有与所述第二组发光元件(100B)不同的尺寸和/或形状。

4.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，

其中，所述第一组光学元件(120A)适于在所述照射平面(150)中提供均匀照射，

所述第二组光学元件(120B)适于在所述照射平面(150)中提供光斑照射图案。

5.根据权利要求4所述的照射装置(100)，

其中，所述第一组光学元件(120A)适于影响所述第一组发光元件(110A)的光，以使得属于所述第一组发光元件(110A)的一个发光元件(110a)的照射与属于同一组发光元件(110A)的相邻发光元件(110a)的照射在所述照射平面(150)中相交；或者

所述第二组光学元件(120B)适于在所述照射平面(150)中产生至少一个照射光斑，所述至少一个照射光斑由属于所述第二组发光元件(110B)的多个发光元件(110b)所发射的光产生。

6.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，

其中，属于所述第一组光学元件(120A)的光学元件(120a)和属于所述第二组光学元件(120B)的光学元件(120b)在空间上相互混合。

7.根据权利要求6所述的照射装置(100)，

其中，属于所述第一组光学元件(120A)的这些光学元件(120a)和属于所述第二组光学元件(120B)的这些光学元件(120b)布置成所述第一组光学元件和所述第二组光学元件交错布置。

8.根据权利要求6或7所述的照射装置(100)，

其中，所述第一组光学元件(120A)的这些光学元件(120a)具有与所述第二组光学元件(120B)的这些光学元件(120b)不同的占用空间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，其中，这些光学元件(120a、120b)是透镜，所述第一组光学元件(120A)的这些光学元件具有与所述第二组光学元件(120B)的这些光学元件不同的焦距。

10.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，

其中，这些光学元件(120a、120b)与这些发光元件(110a、110b)一体形成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，其中，至少一组光学元件(120B)包括均被配置成能够影响一个发光元件(110b)的光以在所述照射平面(150)中实现多光斑照射图案的光学元件(120b)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)，其中，所述照射装置还包括：

控制单元(170)，所述控制单元配置成能够控制所述发光元件阵列(110)的照射，其中，所述第一组发光元件(110A)的照射和所述第二组发光元件(110B)的照射被分开控制。

13.一种距离测量相机系统(500)、特别是飞行时间TOF相机系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的照射装置(100)、相机(300)和成像元件(200)，其中，所述照射平面(150)布置在发光元件阵列(110)与所述相机(300)的视场FOV(400)之间，所述成像元件(200)配置成能够将所述照射平面(150)上的照射成像到所述相机(300)的FOV上。

14.一种照射方法，包括以下步骤：

通过发光元件阵列(110)发射光，其中，每个发光元件(110a、110b)配置成能够发射光以照射照射平面(150)，所述发光元件阵列(110)包括至少两组发光元件(110A、110B)；以及

通过光学元件阵列(120)影响所发射的光以影响所述照射平面(150)上的照射，

其中，所述光学元件阵列(120)包括至少两组不同的光学元件(120A、120B)，

第一组光学元件(120A)配置成能够影响由第一组发光元件(110A)发射的光，第二组光学元件(120B)配置成能够影响由第二组发光元件(110B)发射的光，以及

所述第一组光学元件(120A)配置成能够不同于所述第二组光学元件(120B)来影响光，从而用两种不同照射特性照射所述照射平面(150)上的特定区域，

所述第一组光学元件是能够适于漫射由所述第一组发光元件(110A)的发光元件发射的光的漫射光学元件，所述第二组光学元件是能够适于聚焦所述该第二组发光元件(110B)的发光元件发射的光的聚焦光学元件。

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