CN117192794A - 一种高效率的偏振投射光源及系统 - Google Patents

Abstract

一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，包括：EEL发射端，用于发射红外光；第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同。本发明利用EEL发射端自带偏振的属性，可以提高降低功耗，提升效率。

Description

一种高效率的偏振投射光源及系统

技术领域

本发明涉及光投射技术领域，具体地，涉及一种高效率的偏振投射光源及系统。

背景技术

在一些2D和3D支付及识别领域，越来越追求图像高质量及整机低功耗，偏振技术由于其独特的光场处理能力越来越多的应用到这一领域。通过差异化成像可以有效的抑制部分噪声，但同步也会衰减有效能量。目前的偏振方案中，对于功耗要求比较高，需要在此项技术上做一些突破来弥补这方面的劣势。

某发明公开了一种偏振式大功率激光器，包括至少两组光束输出装置，每组光束输出装置形成一条光路，光路一经一组光束输出装置、光束压缩透镜组、半波片到达偏振合束棱镜，光路二经另一组光束输出装置、光束压缩透镜组到达偏振合束棱镜，光路一的光束入射偏振合束棱镜时与光路二入射偏振合束棱镜的光束相互垂直，光路一的光束和光路二的光束在偏振合束棱镜汇合后进入耦合透镜，然后到达光纤的输入端。本发明将一个单方向的光路分解为两个光路，在每个光路上的光束输出装置中的光路行程差异更小，缩短远距离的光路行程，改善光斑一致性，提高激光器的工作精度。

某发明涉及一种用于掌静脉识别系统的消除反光装置，包括：第一偏振片，对应设置于相应的近红外光源上方，使得近红外光源发出的近红外光线均通过相应的第一偏振片；第二偏振片，设置于图像传感器上方，使得光线在进入图像传感器之前通过第二偏振片，衰减光强而实现消除手掌表面反光。采用本发明的消除反光装置，使得照射到手掌区域的各个位置的光为近红外偏振光，该近红外偏振光进入图像传感器前，经过图像传感器上方的偏振片，从而达到消除手掌表面反光的作用，进而过滤掉掌纹信息，只保留掌静脉信息，提高了掌静脉区域与非掌静脉区域的对比度，得到清晰无反光的掌静脉图像，有助于降低图像处理算法的难度，并且提高掌静脉识别精度。

现有技术中采用普遍垂直腔面发射激光器发射均匀的光束或泛光，对人体进行投射，从而获得人体特征。当为了获得人体静脉特征时，通过在投射器端和接收器端设置偏振片的方式，只保留能够获得静脉特征的偏振光信息，从而获得清晰的静脉特征。但是现有技术中通过偏振片的应用，使得激光的能量有较大损失。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为此，本发明利用EEL发射端所发射出的红外光自带的偏振特性，将其与第一偏振片进行组合，使得红外光与第一偏振片的偏振方向相同，从而最大程度地减小光的能量损失，可以在较小的能量情况下，获得相同的投射效果。

第一方面，本发明提供一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；

其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述EEL发射端包括：

EEL光源，用于产生红外光；

准直器，位于所述红外光的光路上，用于对所述红外光准直；

投影镜头，位于所述红外光的光路上，用于将准直后的所述红外光向外投射。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：第一驱动部，与所述第一偏振片连接，用于驱动所述第一偏振片转动。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：

第二偏振片，位于所述红外光的光路上；所述第一偏振片与所述第二偏振片的偏振方向不同。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述红外光从所述第一偏振片与所述第二偏振片中择一通过。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述第一偏振片为矩形。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：波长转换器，用于将至少部分所述红外光转换为第二波长红外。

可选地，所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述波长转换器与所述EEL发射端接触。

第二方面，本发明提供一种高效率的偏振投射系统，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

接收端，用于接收所述红外光的反射光；

第三偏振片，位于所述反射光的入射光路上；所述第一偏振片与所述第三偏振片的偏振方向不同。

第三方面，本发明提供一种高效率的偏振投射系统，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

接收端，用于接收所述红外光的反射光。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明首次发现EEL发射端投射出的红外光自带偏振属性，并将第一偏振片的方向与EEL发射端的偏振方向保持相同，使最多的红外光透过第一偏振片，从而最大程度地减少偏振片对于光强度的影响，使得只需较小的能量就可以实现现有技术中较大能量的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中一种高效率的偏振投射光源的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种EEL发射端的偏振示意图；

图3为本发明实施例中一种VCSEL发射端的偏振示意图；

图4为本发明实施例中一种EEL发射端的结构示意图；

图5为本发明实施例中另一种高效率的偏振投射光源的结构示意图；

图6为本发明实施例中再一种高效率的偏振投射光源的结构示意图；

图7为本发明实施例中他一种高效率的偏振投射光源的结构示意图；

图8为本发明实施例中一种高效率的偏振投射系统的结构示意图；以及

图9为本发明实施例中另一种高效率的偏振投射系统的结构示意图。

1-EEL发射端；

2-第一偏振片；

3-第一驱动部；

4-第二偏振片；

5-波长转换器；

6-接收端；

7-第三偏振片；

11-EEL光源；

12-准直器；

13-投影镜头；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供的一种提升偏振系统效率的方法，旨在解决现有技术中存在的问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

本发明首次发现EEL发射端投射出的红外光自带偏振属性，并将第一偏振片的方向与EEL发射端的偏振方向保持相同，使最多的红外光透过第一偏振片，从而最大程度地减少偏振片对于光强度的影响，使得只需较小的能量就可以实现现有技术中较大能量的效果。

图1为本发明实施例中一种高效率的偏振投射光源的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中一种高效率的偏振投射光源包括：

EEL发射端1，用于发射红外光。

具体地说，EEL发射端由于自身的发射特性，发射出的红外光自带有偏振属性。如图2所示，经过检偏仪检测，EEL发射端发射出的偏振光的偏振度为3。如图3所示，经过检偏仪检测，VCSEL发射端发射出的偏振光的偏振度为1。对比图2和图3，可以发现VCSEL发射端和EEL发射端均具有一定的偏振特性，但是EEL发射端的偏振特性更加明显。而这也是本发明选用EEL发射端的原因。现有技术中没有意识到EEL发射端自身的偏振属性，而本实施例则利用该偏振属性提高效率。

第一偏振片2，位于所述红外光的光路上。

具体地说，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同。红外光通过第一偏振片2后，比之前具有更高的偏振度，从而可以更好地获得特定属性的目标对象特征。第一偏振片2具有比红外光更高的偏振特性。第一偏振片与EEL发射端的红外光的偏振方向相同时，最多的红外光穿过第一偏振片，能量损失最小。

在现有技术中，发射端发射的是非偏振光，能量为I，通过第一偏振片后会有50％的能量衰减，因此发射出的能量为50％*I。

而本实施例中，以图2中的偏振度进行计算，在第一偏振片处的损失比例为30％，因此本实施例发射出的能量为70％*I，效能提升40％。

图4为本发明实施例中一种EEL发射端的结构示意图。如图4所示，本发明实施例中一种EEL发射端包括：

EEL光源11，用于产生红外光。

具体地说，EEL光源可以为结构光光源，也可以为泛光光源。

准直器12，位于所述红外光的光路上，用于对所述红外光准直。

具体地说，准直器对所述红外光进行准直。

投影镜头13，位于所述红外光的光路上，用于将准直后的所述红外光向外投射。

具体地说，投影镜头交红外光向外投射，使红外光可以按预设的参数向外投射，如特定的FOV、光强分布等。

图5为本发明实施例中另一种高效率的偏振投射光源的结构示意图。如图5所示，本发明实施例中另一种高效率的偏振投射光源还包括第一驱动部3，与所述第一偏振片连接，用于驱动所述第一偏振片转动。

具体地说，第一驱动部可以使第一偏振片转动，从而使得红外光的偏振方向与第一偏振光的偏振方向相同，即用于将EEL发射端与第一偏振片置于初始位置。进一步地，第一驱动部还可以驱动第一偏振片的转动，使第一偏振片的偏振方向与红外光的偏振方向不同，从而改变出射红外光的偏振方向与光强，实现对生物特征更加精细地调节。本实施例既可以调节高效率的偏振投射光源的出射光的偏振方向，又可以调节出射光的光强，实现对人体不同部位静脉的测量，具有更广的适用部位。

图6为本发明实施例中再一种高效率的偏振投射光源的结构示意图。如图6所示，本发明实施例中再一种高效率的偏振投射光源还包括：

第二偏振片4，位于所述红外光的光路上；所述第一偏振片与所述第二偏振片的偏振方向不同。

具体地说，第二偏振片与第一偏振片并列布置，使红外光从所述第一偏振片与所述第二偏振片中择一通过。第二偏振片与第一偏振片的形状可以相同，也可以不同。比如，可以均为矩形、圆形等，也可以一个为矩形，一个为圆形。第一偏振片与第二偏振片的厚度不同。本实施例可以同时发射出两种不同偏振角度的红外光，从而使得不同偏振角度的光线投射在人体或其他目标对象上，可以从不同维度获得目标对象不同的表面特征，利用更多数据进行检测与识别。

图7为本发明实施例中他一种高效率的偏振投射光源的结构示意图。如图7所示，本发明实施例中他一种高效率的偏振投射光源还包括：

波长转换器5，用于将至少部分所述红外光转换为第二波长红外。

具体地说，以第一波长红外表示EEL发射端发出的红外光的波长。第二波长红外与第一波长红外不同。波长转换器可以将波长变长，也可以将波长变短。不同波长具有不同的的穿透性，从而可以适应不同的目标对象的测量。

本实施例还可以与前述实施例相结合，比如，在部分实施例中，高效率的偏振投射光源同时具有波长转换器与第二偏振片。波长转换器可以仅将第一偏振片或第二偏振片的光进行波长转换，以使第一偏振片与第二偏振片发射出的光进行不同的测量，实现同一光源对不同性能的同时测量，具有非常高的集成度与小体积。波长转换器还可以同时对第一偏振片与第二偏振片的光进行波长转换，实现同一波长下不同偏振方向对目标对象的测量，从而可以与接收端结合，实现特定信息的获取。

在部分实施例中，波长转换器与所述EEL发射端接触，以减少光损。

在部分实施例中，高效率的偏振投射光源同时具有第二偏振片与第一驱动部。第一驱动部可以分别驱动第一偏振片或第二偏振片的转动，实现对第一偏振片和第二偏振片的单独控制，从而可以更加灵活地对第一偏振片和第二偏振片进行控制，实现出射红外光的偏振方向及光强的分别控制，大大提高对不同目标对象更加全面参数的识别。

图8为本发明实施例中一种高效率的偏振投射系统的结构示意图。如图8所示，本发明实施例中一种高效率的偏振投射系统包括：

EEL发射端1，用于发射红外光；

第一偏振片2，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

相比于前述实施例，本实施例还包括接收端6，用于接收所述红外光的反射光。

具体地说，接收端与EEL发射端同步工作，用于接收目标对象的反射信号。接收端接收的光线类型与EEL发射端相同，比如EEL发射端为结构光投射器，则接收端为结构光接收器；EEL发射端为泛光投射器，则接收端为泛光接收器。

由于第一偏振片的存在，照射在目标对象上的光线是偏振光，而目标对象反射后的光线则是混合的偏振光，因此接收端6接收到的信号是带有偏振的混合信号。相比于单纯的偏振图像，本实施例获得的图像是两种信号的叠加图像，可以进行更多特征的处理。比如，对于人脸识别场景，可以获得人脸特征与静脉特征的叠加图，从而可以进行综合对比，比单纯地利用人脸特征或静脉特征具有更多的稳定性与安全性，尤其对于假体攻击具有很好的识别效果。

本实施例可以包括前述实施中的任何部件，以实现前述实施例的功能和效果。

本实施例通过EEL发射端出射非偏振光经由第一偏振片后，变为线偏振光，通过目标对象后变为部分偏振光，部分偏振光进入到接收端里，此时接收端接收到的是目标物体内部及表面的混合偏振光信号；

在现有技术中，发射端发射的是非偏振光，能量为I，通过第一偏振片后会有50％的能量衰减，因此发射出的能量为50％*I。而本实施例中，以图2中的偏振度进行计算，在第一偏振片处的损失比例为30％，因此本实施例发射出的能量为70％*I，效能提升40％。

通过目标对象后，按照物体的固有特性进行按比例分配到表面反射及内部散射及反射，因此本实施例的光学效率由发射端决定，即效能提升40％。

图9为本发明实施例中另一种高效率的偏振投射系统的结构示意图。如图9所示，本发明实施例中另一种高效率的偏振投射系统包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

接收端，用于接收所述红外光的反射光；

相比于前述实施例，本实施例还包括第三偏振片7，位于所述反射光的入射光路上；所述第一偏振片与所述第三偏振片的偏振方向不同。

具体地说，目标对象反射的光线经过第三偏振片后，再由接收端接收。第三偏振片的偏振方向与第一偏振片的偏振方向夹角固定。优选地，第三偏振片的偏振方向与第一偏振片的偏振方向垂直。

在部分实施例中，还包括第二驱动部，与所述第三偏振片连接，用于驱动所述第三偏振片的转动，以使所述第三偏振片的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向的夹角θ符合预设。当预设的夹角为固定值时，第二驱动部驱动第三偏振片与第一偏振片同步转动。当预设的夹角为一定的范围时，第二驱动部驱动第三偏振片在一定的范围内跟随第一偏振片转动，并在第一偏振片改变运动方向时，在该夹角范围内保持不动。当预设的夹角改变时，第二驱动部驱动第三偏振片转动，使夹角θ达到新的角度。

本实施例在发射端和接收端均设置偏振片，可以获得更加清晰的目标对象图像，可以获得清晰的人体静脉图像，从而利用静脉进行实名认证、活体判断等各类功能。本实施例的整体功耗更小、能量利用率更高、图像质量更好。

本实施例通过EEL发射端出射非偏振光经由第一偏振片后，变为线偏振光，通过目标对象后变为部分偏振光，通过第三偏振片后，偏振光进入到接收端里，此时接收端接收到的是目标物体内部的偏振光信号；

在现有技术中，发射端发射的是非偏振光，能量为I，通过第一偏振片后会有50％的能量衰减，因此发射出的能量为50％*I。而本实施例中，以图2中的偏振度进行计算，在第一偏振片处的损失比例为30％，因此本实施例发射出的能量为70％*I，效能提升40％。

通过目标对象后，按照物体的固有特性进行按比例分配到表面反射及内部散射及反射，其中第三偏振片偏振方向占比为β，通过第三偏振片的偏振能量为：I*50％*β；相比于现有技术，β不变，因此本实施例的光学效率由发射端决定，即效能提升40％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；

其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述EEL发射端包括：

EEL光源，用于产生红外光；

准直器，位于所述红外光的光路上，用于对所述红外光准直；

投影镜头，位于所述红外光的光路上，用于将准直后的所述红外光向外投射。

3.根据权利要求1所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：

第一驱动部，与所述第一偏振片连接，用于驱动所述第一偏振片转动。

4.根据权利要求1所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：

第二偏振片，位于所述红外光的光路上；所述第一偏振片与所述第二偏振片的偏振方向不同。

5.根据权利要求4所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述红外光从所述第一偏振片与所述第二偏振片中择一通过。

6.根据权利要求1所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述第一偏振片为矩形。

7.根据权利要求1所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，还包括：波长转换器，用于将至少部分所述红外光转换为第二波长红外。

8.根据权利要求7所述的一种高效率的偏振投射光源，其特征在于，所述波长转换器与所述EEL发射端接触。

9.一种高效率的偏振投射系统，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

接收端，用于接收所述红外光的反射光；

第三偏振片，位于所述反射光的入射光路上；所述第一偏振片与所述第三偏振片的偏振方向不同。

10.一种高效率的偏振投射系统，其特征在于，包括：

EEL发射端，用于发射红外光；

第一偏振片，位于所述红外光的光路上；其中，所述红外光的偏振方向与所述第一偏振片的偏振方向相同；

接收端，用于接收所述红外光的反射光。