RU2632254C2 - Осветительное устройство - Google Patents

Осветительное устройство Download PDF

Info

Publication number
RU2632254C2
RU2632254C2 RU2014137918A RU2014137918A RU2632254C2 RU 2632254 C2 RU2632254 C2 RU 2632254C2 RU 2014137918 A RU2014137918 A RU 2014137918A RU 2014137918 A RU2014137918 A RU 2014137918A RU 2632254 C2 RU2632254 C2 RU 2632254C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light sources
radiation
array
cones
camera system
Prior art date
Application number
RU2014137918A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014137918A (ru
Inventor
Павел ПЕКАРСКИ
Стефан ГРОНЕНБОРН
Original Assignee
Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Н.В.
Publication of RU2014137918A publication Critical patent/RU2014137918A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2632254C2 publication Critical patent/RU2632254C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/04—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using optical or ultrasonic detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905—Dividing and/or superposing multiple light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21L—LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF, BEING PORTABLE OR SPECIALLY ADAPTED FOR TRANSPORTATION
    • F21L2/00—Systems of electric lighting devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0916—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers
    • G02B27/0922—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers the semiconductor light source comprising an array of light emitters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Stroboscope Apparatuses (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

Осветительное устройство содержит массив источников света, излучающих конусы света с краями, которые пересекаются в плоскости пересечения, и линзовый блок для гомогенизации распределения интенсивности в дальней зоне. Массив источников света и линзовый блок расположены так, что либо конусы излучения пересекают линзовый блок и расстояние между массивом источников света и линзовым блоком отклоняется от суммы или разности между фокусным расстоянием линзового блока и расстоянием между плоскостью пересечения и массивом (2) источников (3) света на 20 процентов или меньше. Технический результат заключается в обеспечении однородности распределение интенсивности в дальней зоне. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к осветительному устройству и способу освещения. Изобретение относится далее к системе камеры, содержащей осветительное устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Инфракрасные системы камер для наблюдения за дорожным движением или безопасностью территории содержат экономически эффективные и небольшие модули освещения для генерации излучения в инфракрасном диапазоне длин волн. Эти небольшие модули освещения, как правило, светоизлучающие диоды с неоднородным распределением интенсивности в дальней зоне, например, гауссовой формы. Это приводит к неоднородной освещенности объекта, отображаемого в системе камеры и, таким образом неоднородного изображения объекта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание осветительного устройства и способа освещения, которые обеспечивают более однородное распределение интенсивности в дальней зоне. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы камеры, содержащей осветительное устройство, для того чтобы обеспечить систему камеры для получения более однородного изображения объекта.
В первом аспекте настоящего изобретения представлено осветительное устройство для системы камеры, причем осветительное устройство содержит:
- массив источников света, излучающих конусы излучения, в котором массив источников света приспособлен так, что края конусов излучения пересекаются в плоскости пересечения, и
- линзовый блок излучения для гомогенизации распределения интенсивности в дальней зоне,
причем массив источников света и линзовый блок излучения расположены так, что i) конусы излучения пересекают линзовый блок излучения и ii) расстояние между массивом источников света и линзовым блоком излучения отклоняется от суммы или разности между а) фокусным расстоянием линзового блока излучения и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света на 20 процентов или меньше.
Так как расстояние между массивом источников света и линзовым блоком излучения отклоняется от суммы или разности между а) фокусным расстоянием и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света на 20 процентов, т.е. так как это отклонение не больше, чем 20 процентов от суммы или разности, соответственно, расстояние между массивом источников света и линзовым блоком излучения по существу аналогично сумме или разности между а) фокусным расстоянием и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света, таким образом трансформируя плоскость пересечения с пересекающимися краями конусов излучения в дальнюю зону и смешивая конуса излучения в дальней зоне. Это приводит к более однородному распределению интенсивности в дальней зоне.
Предпочтительным образом, отклонение расстояния между массивом источников света и линзовым блоком излучения от суммы или разности между а) фокусным расстоянием и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света равно 10 процентов или меньше. Более предпочтительно, это отклонение составляет 5 процентов или меньше. В еще одном предпочтительном варианте осуществления отклонение равно нулю. Осветительное устройство, имеющее такие малые отклонения расстояния между массивом источников света и линзовым блоком излучения от суммы или разности между а) фокусным расстоянием и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света, обеспечивает распределение интенсивности в дальней зоне, имеющее еще большую степень однородности.
Линзовый блок излучения предпочтительно содержит одну или несколько оптических линз, в частности, преломляющих линз, для трансформации плоскости пересечения в дальнюю зону.
В одном из вариантов осуществления в плоскости пересечения пересекаются края конусов излучения соседних источников света. В другом варианте осуществления источники света расположены эквидистантно по отношению друг к другу, причем между соседними источниками света существует определенный интервал источников света, и причем в плоскости пересечения пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние по отношению друг другу, кратное определенному интервалу источников. Если плоскость пересечения, в которой пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние по отношению друг другу, кратное определенному интервалу источников света, трансформируется в дальнюю зону линзовым блоком излучения, смешение конусов излучения отдельных источников света является более сильным, тем самым создавая дополнительную повышенную степень однородности распределения интенсивности в дальней зоне. Кроме того, если в плоскости пересечения пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние по отношению друг другу, кратное определенному интервалу источников света, плоскость пересечения имеет большее расстояние до массива источников света, чем плоскость пересечения, в которой пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние по отношению друг другу, равное только определенному интервалу источников света. Это большее расстояние приводит к пересечению больших конусов излучения, тем самым уменьшая спекл контраст, что также способствует увеличению степени однородности распределения интенсивности в дальней зоне.
Массив источников света предпочтительно представляет собой массив лазеров поверхностного излучения с вертикальными резонаторами (VCSEL). VCSEL преимущественно излучают узкие пучки, то есть узкие конусы излучения, с числовой апертурой меньше, чем 0,2. Кроме того, электрооптическая эффективность VCSEL преимущественно является относительно большой. Например, она может быть 50 процентов или больше.
В предпочтительном варианте осуществления источники света являются инфракрасными источниками света. Если источники света являются инфракрасными источниками света, свет не может наблюдаться людьми, тем самым обеспечивается свет для, например, системы камер, не создавая беспокойства для человека.
Источники света могут быть расположены по кругу или в виде прямоугольника. В частности, источники света могут быть расположены в виде квадрата. При выборе расположения источников света по желанию, может быть создана соответствующая форма однородного освещения в дальней зоне. Например, если источники света расположены по кругу или в прямоугольнике, однородное освещение в дальней зоне имеет форму круга или прямоугольника, соответственно.
Осветительное устройство преимущественно приспособлено для использования в системе камеры, имеющей угол обзора, причем осветительное устройство имеет угол излучения, определенный расходимостью света, образованной конусами излучения после прохода линзового блока излучения, и причем осветительное устройство адаптировано так, что угол обзора соответствует углу излучения. Предпочтительно, угол обзора соответствует углу излучения, если угол обзора равен или немного меньше, чем угол излучения. Угол обзора можно рассматривать как немного меньший, чем угол излучения, если отклонение между углом обзора и углом излучения равно или меньше, чем 20 процентов, предпочтительно меньше, чем 10 процентов, а еще более предпочтительно меньше, чем 5 процентов угла излучения.
Предпочтительно, распределение интенсивности, генерируемое массивом источников света и линзовым блоком излучения в дальней зоне, содержит центральную однородную часть и краевую часть, имеющую уменьшающуюся интенсивность с увеличением расстояния от центра распределения интенсивности. В этом случае угол излучения преимущественно определяется угловым положением, при котором в краевой части интенсивность равна половине интенсивности в центральной однородной части. Кроме того, в этом случае осветительное устройство преимущественно приспособлено так, что центральная однородная часть распределения интенсивности полностью охватывает область обзора в дальней зоне, определенную углом обзора. Это гарантирует, что область обзора является однородно освещенной, так что объект, который расположен в области обзора, может быть однородно изображен системой камеры.
Предпочтительно, фокусное расстояние линзового блока излучения равно или больше, чем двукратный угол обзора в направлении, перпендикулярном оптической оси линзового блока излучения, деленный на расширение массива источников света в этом направлении. В частности, массив источников света может образовать прямоугольник излучения, имеющий две первые противоположные стороны с первой длиной в первом направлении, и две вторые противоположные стороны со второй длиной во втором направлении, причем фокусное расстояние линзового блока излучения равно или больше, чем двукратный угол обзора в первом направлении, деленный на первую длину, и/или фокусное расстояние линзового блока излучения является удвоенным углом обзора во втором направлении, деленным на вторую длину.
В варианте осуществления система камеры содержит детектор света, имеющий двумерную поверхность детектирования и линзовый блок детектирования, причем двумерная поверхность детектирования и линзовый блок детектирования определяют угол обзора системы камер, и причем двумерная поверхность детектирования формирует прямоугольник детектирования, имеющий такие же пропорции, что и прямоугольник излучения. Например, двумерная поверхность детектирования может быть сформирована чипом прибора с зарядовой связью (ПЗС), при этом размеры ПЗС чипа определяют вместе с линзовым блоком детектирования угол обзора системы камер. Массив источников света и линзовый блок излучения светового устройства тогда предпочтительно адаптированы так, что, по меньшей мере, более предпочтительно только, область обзора, определенная углом обзора, перекрывается однородным распределением интенсивности, генерируемым световым устройством, тем самым обеспечивая согласование угла обзора и угла излучения по отношению друг к другу.
В варианте осуществления источники света расположены эквидистантно по отношению друг к другу, причем между соседними источниками света существует определенный интервал источников света, причем расстояние между плоскостью пересечения и массивом источников света определяется частным от деления определенного интервала источников света и двукратного тангенса угла конуса конусов излучения. В частности, расстояние между плоскостью пересечения и массивом источников света равно этому частному или кратным этому частному.
Плоскость пересечения преимущественно параллельна плоскости, в которой расположен массив источников света.
В еще одном аспекте настоящего изобретения представлена система камеры для получения изображения объекта, причем система камеры содержит:
- осветительное устройство по п. 1 формулы, для освещения объекта,
- детектор света для детектирования света, полученного от объекта, и для формирования изображения на основании полученного света.
Поскольку осветительное устройство освещает объект более однородно, то свет, полученный от объекта и детектированный детектором света, является более однородным, тем самым позволяя системе камеры получить более однородное изображение объекта.
В еще одном аспекте настоящего изобретения представлен способ освещения для использования в системе камеры, в котором конусы излучения излучаются массивом источников света, причем края конусов излучения пересекаются в плоскости пересечения, причем конусы излучения проходят линзовый блок излучения, причем расстояние между массивом источников света и линзовым блоком излучения отклоняется от суммы или разности между а) фокусным расстоянием линзового блока излучения и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света на 20 процентов или менее.
Следует понимать, что осветительное устройство по п. 1, система камеры по п. 7 и способ освещения по п. 15 имеют сходные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности, как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может также быть любой комбинацией из зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
НА ЧЕРТЕЖАХ:
Фиг. 1 показывает схематично и примерно осветительное устройство,
Фиг. 2 иллюстрирует плоскости пересечения осветительного устройства,
Фиг. 3 показывает схематично и примерно вариант осуществления системы камеры, содержащей осветительное устройство,
Фиг. 4 иллюстрирует схематично и примерно предпочтительное соотношение между углом обзора и углом излучения системы камер, показанной на фиг. 3,
Фиг. 5 показывает схематично и примерно вид сверху на массив источников света осветительного устройства, и
Фиг. 6 показывает блок-схему, примерно иллюстрирующую вариант осуществления способа освещения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематично и примерно осветительное устройство 1, содержащее массив 2 источников 3 света, излучающих конусы 4 излучения света, которые схематично и примерно проиллюстрированы на фиг. 2. Массив 2 источников 3 света адаптирован так, что края 5 конусов 4 излучения пересекаются в плоскости 8 пересечения. В частности, источники света 3 эквидистантно расположены на опорной плите 6, причем интервал источников света между соседними источниками света 3 обозначен ссылочной позицией p. Эквидистантно расположенные источники света 3 излучают конусы 4 излучения так, что их края 5 пересекаются в плоскости 8 пересечения. В этом варианте осуществления, в плоскости 8 пересечения края 5 из конусов 4 излучения соседних источников 3 света пересекаются друг с другом.
Источники света 3 являются VCSEL, излучающими конусы 4 излучения в инфракрасном диапазоне длин волн. Они расположены в виде прямоугольника, в частности в виде квадрата. Тем не менее, источники света могут быть расположены по-другому. Например, они могут быть расположены по кругу.
Расстояние t между плоскостью 8 пересечения и массивом 2 источников 3 света определяется частным от деления определенного интервала p источников света и удвоенного тангенса угла конуса ϑ конусов 4 излучения. В этом варианте осуществления расстояние t между плоскостью 8 пересечения и массивом 2 источников 3 света является отношением. Таким образом, расстояние t может быть вычислено в соответствии с уравнением:
Figure 00000001
Осветительное устройство 1 дополнительно содержит линзовый блок 7 излучения, имеющий фокусное расстояние f для гомогенизации интенсивность света, излучаемого источниками света 3 в дальней зоне. Массив 2 источников 3 света и линзовый блок 7 излучения расположены так, что i) конусы 4 излучения проходят через линзовый блок 7 излучения и ii) расстояние s между массивом 2 источников 3 света и линзовым блоком 7 излучения равно разности между а) фокусным расстоянием f и b) расстоянием t между плоскостью 8 пересечения и массивом 2 источников 3 света. В другом варианте осуществления расстояние между массивом 2 источников 3 света и линзовым блоком 7 излучения может также быть равно сумме а) фокусного расстояния f и b) расстояния t между плоскостью 8 пересечения и массивом 2 источников 3 света. Кроме того, в другом варианте осуществления расстояние s между массивом 2 источников 3 света и линзовым блоком 7 излучения может отклоняться от суммы или разности между а) фокусным расстоянием f и b) расстоянием t между плоскостью 8 пересечения и массивом 2 источников 3 света на 20 процентов или менее, предпочтительно на 10 процентов или менее, и еще более предпочтительно на 5 процентов или менее.
Хотя на фиг. 1 линзовый блок 7 обозначен только одной линзой, линзовый блок 7 может быть любой оптической системой для трансформации плоскости 8 пересечения в дальнюю зону. В частности, линзовый блок 7 может содержать несколько линз для выполнения этой трансформации. На фиг. 1 Н, Нʹ примерно показывают принципиальные плоскости линзового блока 7.
В этом варианте осуществления конусы излучения являются фундаментальными гауссовыми пучками, в которых край 5 соответствующего конуса излучения определяется полной шириной на половине максимального значения соответствующего фундаментального гауссова пучка. Если конусы излучения не являются фундаментальными гауссовыми пучками, края конусов излучения преимущественно определятся стандартным углом расходимости соответствующего конуса излучения, как это определено нормами ISO. В частности, края конусов излучения могут быть определены стандартным углом расходимости соответствующего конуса излучения, вычисленным посредством второго момента двумерного распределения интенсивности, например, как описано в ISO 11146-1:2005. После того как конусы излучения пройдут линзовый блок 7, они образуют смешанный свет 17, который обеспечивает однородное распределение интенсивности в дальней зоне.
Фиг. 3 показывает схематично и примерно вариант осуществления системы камеры для получения изображение объекта. Система 10 камеры содержит осветительное устройство 1 для освещения объекта и детектор 18 света для детектирования света, полученного от объекта, и для формирования изображения на основании полученного света. Детектор 18 света имеет двумерную поверхность 12 детектирования и линзовый блок 13 детектирования, причем двумерная поверхность 12 детектирования и линзовый блок 13 детектирования определяют угол α обзора системы 10 камеры. Свет 14, полученный от объекта, отображается на двумерную поверхность 12 детектирования для генерации изображения объекта.
Двумерная поверхность 12 детектирования преимущественно формируется ПЗС чипом. Линзовый блок 13 детектирования является предпочтительно объективом камеры или другой оптической системой для проецирования света 14, полученного от объекта, на двумерную поверхность 12 детектирования.
Система камеры дополнительно содержит корпус 11, в котором размещены детектор 18 света и осветительное устройство 1 и который содержит отверстия 15, 16, чтобы позволить свету, генерируемому осветительным устройством 1, выходить из корпуса 11 и позволить свету, отраженному от объекта, детектироваться детектором 18 света. Двумерная поверхность 12 детектирования имеет прямоугольную форму, т.е. двумерная поверхность 12 детектирования образует прямоугольник детектирования. Кроме того, массив 2 источников 3 света расположен в прямоугольнике так, что массив 2 источников 3 света образует прямоугольник излучения. Прямоугольник детектирования и прямоугольник излучения имеют преимущественно те же пропорции. Это может гарантировать, что область обзора, определяемая углом обзора α, и размеры двумерной поверхности детектирования 12 и область однородной освещенности в дальней зоне имеют одинаковую форму.
Кроме того, осветительное устройство 1 преимущественно адаптировано так, что угол ϕ излучения, определенный расхождением света 17, сформированного конусами излучения после прохождения линзового блока 7 излучения, соответствует углу α обзора. Это соответствие может гарантировать, что не только формы области обзора системы камеры и однородной части распределения интенсивности в дальней зоне похожи, но также, что область обзора и однородная часть распределения интенсивности в дальней зоне имеют схожие размеры. В частности, распределение интенсивности, генерируемое массивом 2 источников 3 света и линзовым блоком 7 излучения в дальней зоне, содержит центральную однородную часть 19 и краевую часть 20, имеющую уменьшающуюся интенсивность с увеличением расстояния от центра распределения интенсивности, причем осветительное устройство 1 адаптировано так, что центральная однородная часть 19 распределения интенсивности полностью покрывает область обзора в дальней зоне, определенную углом обзора, как схематично и примерно показано на фиг. 4.
На фиг. 4, I показывает интенсивность и I0 показывает интенсивность в однородной центральной части 19 распределения интенсивности. Фиг. 4 иллюстрирует конфигурацию дальней зоны так, что местоположение излучения, где расположен массив источников света, и местоположение детектирования, где расположена двумерная поверхность детектирования, могут быть рассмотрены как расположенные в том же самом положении.
Как проиллюстрировано на фиг. 4, угол ϕ излучения преимущественно определяется половиной максимальной интенсивности I0 и является немного большим, чем угол α обзора системы 10 камеры, так что однородная центральная часть 19 распределения интенсивности, т.е. профиля излучения, соответствует, в частности, в точности соответствует, полю обзора системы 10 камеры. Однородная центральная часть 19 распределения интенсивности в дальней зоне может быть определена посредством ϕ (1-p/2a).
В этом варианте осуществления массив 2 источников 3 света формирует прямоугольник излучения, имеющий две первые противоположные стороны с первой длиной a в первом направлении, и две вторые противоположные стороны со второй длиной b во втором направлении. Такая конфигурация массива 2 источников 3 света схематично и примерно показана на фиг. 5. Фокусное расстояние f линзового блока 7 излучения может быть равно или больше, чем двукратный угол обзора αx в первом направлении, деленный на первую длину a, и двукратный угол обзора во втором направлении αy, деленный на вторую длину b. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления фокусное расстояние f, углы обзора αx, αy в первом и втором направлениях и первая и вторая длины a, b могут быть связаны друг с другом в соответствии с уравнением:
Figure 00000002
Хотя в вышеописанном варианте осуществления плоскость 8 пересечения определяется как плоскость, в которой пересекаются края 5 конусов 4 излучения соседних источников 3 света, в других вариантах осуществления плоскость пересечения может также быть определена как плоскость, в которой пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние относительно друг друга, кратное определенному интервалу p источников света. Например, плоскость пересечения может быть плоскостью, обозначенной ссылочной позицией 9 на фиг. 2, в которой пересекаются края конусов излучения, которые излучаются источниками света, имеющими расстояние относительно друг друга равное удвоенному определенному интервалу p источников света. Если в плоскости пересечения пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние относительно друг друга, кратное определенному интервалу p источников света, это расстояние tʹ может быть определено следующим уравнением:
Figure 00000003
где np обозначает расстояние между источниками света, края конусов излучения которых пересекаются в соответствующей плоскости пересечения. Расстояние tʹ можно рассматривать как кратное отношению, определенному в приведенном выше уравнении (1). Кроме того, если плоскость пересечения определяется как плоскость, в которой пересекаются края конусов излучения источников света, которые имеют расстояние относительно друг друга, кратное определенному интервалу p источников света, однородная центральная часть распределения интенсивности в дальней зоне может быть определена посредством ϕ(1-np/2a).
В дальнейшем вариант осуществления способа освещения в качестве примера будет описан со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 6.
На этапе 101 конусы излучения излучаются массивом источников света, причем края конусов излучения пересекаются в плоскости пересечения. На этапе 102 конусы излучения проходят через линзовый блок излучения, имеющий фокусное расстояние, причем расстояние между массивом источников света и линзовым блоком излучения отклоняется от суммы или разности между а) фокусным расстоянием и b) расстоянием между плоскостью пересечения и массивом источников света на 20 процентов или менее.
Известная система камеры содержит светоизлучающие диоды, которые излучают свет в инфракрасной области длин волн, для освещения объекта для отображения. Светоизлучающие диоды имеют широкий угол излучения и неоднородную дальнюю зону, например, гауссовой формы, результатом чего является неоднородное освещение отображаемого объекта и соответственно неоднородное окончательно полученное изображение объекта. Кроме того, внешняя энергия угла обзора камеры теряется. Также VCSEL имеют гауссовы или даже кольцеобразные дальние зоны без использования оптики. Осветительное устройство, описанное выше со ссылкой на фиг. 1-5, позволяет генерировать однородный профиль интенсивности в дальней зоне, который может быть адаптирован к углу обзора системы камер.
Используются массив VCSEL с небольшим шагом p между отдельными VCSEL и линза с фокусным расстоянием f на расстоянии s. Расстояние s выбрано с целью оптимизации однородности углового спектра излучения за линзой, в частности, в дальней зоне и может быть вычислено из угла расходимости ϑ, т.е. углов конуса, конусов излучения VCSEL, их шага p и фокусного расстояния f линзы. Фокусное расстояние f и размер массива VCSEL, например длина стороны a и длина стороны b для прямоугольной области излучения массива VCSEL, определяют угол ϕ излучения за линзой, который предпочтительно согласован с углом обзора системы камер.
Шаг p, т.е. расстояние между соседними VCSEL, предпочтительно выбирается как можно меньшим, ограниченным деталями обработки, такими как минимальный размер металлических контактов между лазерами, шириной оксидирования в случае оксидно-ограниченных VCSEL и т.д. Общая оптическая мощность, необходимая в соответствующем применении, и мощность отдельных VCSEL определяет число VCSEL в пределах области. VCSEL расположены на опорном элементе, преимущественно чипе, в желаемой форме профиля освещения, например, по кругу или прямоугольнику, например квадрату. Например, если профиль освещения должен быть однородным прямоугольником с отношением длин сторон, т.е. соотношением сторон 4:3, VCSEL могут быть расположены в соответствующем прямоугольнике с длинами сторон a и b=3/4a. Линзовый блок светового устройства затем предпочтительно сконфигурирован так, что фокусное расстояние f линзового блока приводит к размеру однородной части распределения интенсивности в дальней зоне, который подобен размеру области обзора, как определено углом обзора системы камеры.
Передняя фокальная плоскость линзы преимущественно расположена в плоскости, где конусы излучения лазеров касаются друг друга, то есть, где края конусов излучения пересекаются. Эта плоскость, то есть плоскость пересечения, преимущественно находится на расстоянии t, которое определяется уравнением (1) за или перед массивом VCSEL. Угол ϑ конуса лазерных пучков преимущественно зависит от профиля излучения. Для фундаментального гауссова лазерного пучка, ϑ является преимущественно полной шириной на половине максимума, деленной на два, так что точки 50-процентной интенсивности соседних конусов излучения перекрываются. Для других пучков, например, для высокомодового пучка или пучка цилиндрической формы, ϑ является предпочтительно стандартным углом расходимости, как определено нормами ISO.
Еще лучшая однородность может быть достигнута выбором плоскости, где конусы излучения VCSEL с интервалом np, где n является целым числом, касаются друг к друга, что приводит к более сильному смешиванию профилей излучения отдельных VCSEL. Расстояния tʹ этих плоскостей за и перед массивом VCSEL можно рассчитать в соответствии с уравнением (3). Однако это может ввести затухающую интенсивность на краях профиля однородной интенсивности с длиной (n-1)p.
Расстояние между массивов VCSEL и линзовым блоком, в частности, на передней главной плоскости H линзового блока, может быть определено посредством s=f±t или s=f±tʹ. Для s>f реальное изображение массива VCSEL может быть создано на расстоянии u=(1/f-1/s)-1, которое преимущественно значительно меньше минимального расстояния обзора системы камер, потому что это приводит к зернисто освещенному рисунку. Для расстояний s<f никакое реальное изображение не формируется, и профиль интенсивности однороден для всех расстояний.
Предпочтительно в плоскости пересечения расположены все пересечения краев конусов излучения VCSEL, которые имеют такое расстояние p или np относительно друг друга. Например, в плоскости 8 пересечения могут быть расположены все пересечения краев конусов излучения VCSEL, имеющих расстояние p относительно друг друга, а в плоскости пересечения 9 могут быть расположены все пересечения краев конусов излучения VCSEL, имеющих расстояние 2p относительно друг друга.
Хотя в описанных выше примерах массив источников света является предпочтительно массивом VCSEL, в других вариантах осуществления источники света могут также быть другими источниками света, такими как другие лазеры. В частности, источники света могут также быть светоизлучающими диодами.
Другие варианты изложенных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, при изучении чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множества.
Один блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована с пользой.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем.

Claims (18)

1. Осветительное устройство (1) для системы (10) камеры, содержащее:
- массив (2) источников (3) света, излучающих конусы (4) излучения, причем массив (2) источников (3) света выполнен так, что края (5) конусов (4) излучения пересекаются в плоскости (8; 9) пересечения,
- линзовый блок (7) излучения для гомогенизации распределения интенсивности в дальней зоне,
причем массив (2) источников (3) света и линзовый блок (7) излучения расположены так, что i) конусы (4) излучения пересекают линзовый блок (7) излучения и ii) расстояние (s) между массивом (2) источников (3) света и линзовым блоком (7) излучения отклоняется от суммы или разницы между а) фокусным расстоянием (f) линзового блока (7) излучения и b) расстоянием (t) между плоскостью (8; 9) пересечения и массивом (2) источников (3) света на 20 процентов или меньше.
2. Осветительное устройство по п. 1, в котором в плоскости (8) пересечения края (5) конусов (4) излучения соседних источников света пересекаются.
3. Осветительное устройство по п. 1, в котором источники (3) света расположены эквидистантно по отношению друг к другу, причем между соседними источниками света имеется определенный интервал (p) источников света, и причем в плоскости (9) пересечения пересекаются края (5) конусов (4) излучения источников света, которые имеют расстояние по отношению друг к другу, кратное определенному интервалу (р) источников света.
4. Осветительное устройство по п. 1, в котором массив (2) источников (3) света является массивом лазеров поверхностного излучения с вертикальными резонаторами.
5. Осветительное устройство по п. 1, в котором источники (3) света являются инфракрасными источниками света.
6. Осветительное устройство по п. 1, в котором источники (3) света расположены по кругу или в виде прямоугольника.
7. Система (10) камеры для получения изображения объекта, причем система (10) камеры содержит:
- осветительное устройство (1) по п. 1 для освещения объекта,
- детектор (18) света для детектирования света, полученного от объекта, и для формирования изображения на основании полученного света.
8. Система (10) камеры по п. 7, причем система (10) камеры имеет угол (α) обзора, причем осветительное устройство (1) имеет угол (ϕ) излучения, определенный расходимостью света, образованной конусами излучения после пересечения линзового блока (7) излучения, и причем осветительное устройство (1) адаптировано так, что угол (α) обзора соответствует углу (ϕ) излучения.
9. Система (10) камеры по п. 7, причем система (10) камеры имеет угол (α) обзора, причем распределение интенсивности, генерируемое массивом (2) источников (3) света и линзовым блоком (7) излучения в дальней зоне, содержит центральную однородную часть (19) и краевую часть (20), имеющую уменьшающуюся интенсивность с увеличением расстояния от центра распределения интенсивности, причем осветительное устройство (1) выполнено так, что центральная однородная часть (19) распределения интенсивности полностью охватывает область обзора в дальней зоне, определенную углом (α) обзора.
10. Система (10) камеры по п. 7, причем система (10) камеры содержит детектор (18) света, имеющий двумерную поверхность (12) детектирования и линзовый блок (13) детектирования, причем двумерная поверхность (12) детектирования и линзовый блок (13) детектирования определяют угол (α) обзора системы (10) камер, причем двумерная поверхность (12) детектирования формирует прямоугольник детектирования, имеющий такие же пропорции, что и прямоугольник излучения.
11. Система (10) камеры по п. 7, в которой источники (3) света расположены эквидистантно по отношению друг к другу, причем между соседними источниками света имеется определенный интервал (p) источников света, причем расстояние (t) между плоскостью (8; 9) пересечения и массивом (2) источников (3) света определяется частным от деления определенного интервала (p) источников света на удвоенный тангенс угла конуса (
Figure 00000004
) конусов (4) излучения.
12. Система (10) камеры по п. 11, в которой расстояние между плоскостью (8; 9) пересечения и массивом (2) источников (3) света является упомянутым частным или кратным частному.
13. Способ освещения для использования в системе (10) камеры, в котором конусы (4) излучения излучаются массивом (2) источников (3) света, причем края (5) конусов (4) излучения пересекаются в плоскости (8; 9) пересечения, причем конусы (4) излучения пересекают линзовый блок (7) излучения, причем расстояние между массивом (2) источников (3) света и линзовым блоком (7) излучения отклоняется от суммы или разности между а) фокусным расстоянием (f) и b) расстоянием между плоскостью (8; 9) пересечения и массивом (2) источников (3) света на 20 процентов или менее.
RU2014137918A 2012-02-22 2013-02-22 Осветительное устройство RU2632254C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261601671P 2012-02-22 2012-02-22
US61/601,671 2012-02-22
PCT/IB2013/051439 WO2013124822A1 (en) 2012-02-22 2013-02-22 Lighting apparatus for infrared camera system comprising array of vertical -cavity surface - emitting lasers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014137918A RU2014137918A (ru) 2016-04-10
RU2632254C2 true RU2632254C2 (ru) 2017-10-03

Family

ID=48193255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014137918A RU2632254C2 (ru) 2012-02-22 2013-02-22 Осветительное устройство

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10019897B2 (ru)
EP (1) EP2817672B1 (ru)
JP (1) JP6122036B2 (ru)
CN (1) CN104136958B (ru)
BR (1) BR112014020991A2 (ru)
RU (1) RU2632254C2 (ru)
WO (1) WO2013124822A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9660418B2 (en) * 2014-08-27 2017-05-23 Align Technology, Inc. VCSEL based low coherence emitter for confocal 3D scanner
CN106154511B (zh) * 2015-04-08 2019-08-13 亚太精密工业(深圳)有限公司 红外线追踪镜头
US11137246B2 (en) * 2019-01-31 2021-10-05 Himax Technologies Limited Optical device
EP4088136A1 (de) * 2020-01-07 2022-11-16 Elmos Semiconductor SE Lichtmodul und lidar-vorrichtung mit mindestens einem derartigen lichtmodul
CN112361235A (zh) * 2020-11-17 2021-02-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种vcsel激光照明装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384981B1 (en) * 1998-04-30 2002-05-07 Joachim Hentze Optical emitter array with collimating optics unit
US20110122385A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Asml Netherlands B.V. Homogenizer
US7978412B2 (en) * 2003-09-30 2011-07-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
WO2011156271A2 (en) * 2010-06-07 2011-12-15 Texas Instruments Incorporated Sparse source array for display pixel array illumination with rotated far field plane

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5038162A (en) * 1987-05-19 1991-08-06 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Still camera
US4866285A (en) * 1988-06-20 1989-09-12 Murasa International Infrared flash unit
JPH04371940A (ja) * 1991-06-20 1992-12-24 Nikon Corp 分割照射型閃光照明システム，分割照射型閃光装置およびこの分割照射型閃光装置を装着可能なカメラ
US5707139A (en) 1995-11-01 1998-01-13 Hewlett-Packard Company Vertical cavity surface emitting laser arrays for illumination
CN1105852C (zh) * 1996-10-16 2003-04-16 皇家菲利浦电子有限公司 具有发光二极管的信号灯
EP1711854A4 (en) * 2003-10-17 2009-08-19 Explay Ltd OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR USE IN PROJECTION SYSTEMS
KR20060111472A (ko) * 2003-10-31 2006-10-27 브이케이비 인코포레이티드 가상 인터페이스 투사 및 검출을 위한 광학 장치
JP2005208333A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Sharp Corp フラッシュ装置、フラッシュ装置を備えるカメラ、および半導体レーザ装置とその製造方法
CN100427995C (zh) * 2004-03-06 2008-10-22 Limo专利管理有限及两合公司 用于使光均匀化的装置和用这种装置进行照明的结构
JP4540458B2 (ja) * 2004-12-06 2010-09-08 Ｈｏｙａ株式会社 半導体発光素子を用いた照明装置、およびカメラ
ATE427621T1 (de) * 2005-02-03 2009-04-15 Sony Ericsson Mobile Comm Ab Optisches gerat
US7310186B2 (en) 2005-10-21 2007-12-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Uniform multiple light source etendue
JP2007127768A (ja) * 2005-11-02 2007-05-24 Konica Minolta Photo Imaging Inc 撮像装置
JP4839095B2 (ja) * 2006-02-09 2011-12-14 日本放送協会 リングライト
US9202373B2 (en) * 2006-09-25 2015-12-01 Bosch Security Systems Bv Micro-diffractive surveillance illuminator
TWI386748B (zh) * 2008-07-18 2013-02-21 E Pin Optical Industry Co Ltd Camera with an array of light emitting diode (LED) flash
WO2011021140A2 (en) 2009-08-20 2011-02-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Laser device with configurable intensity distribution
CN102549858B (zh) 2009-08-20 2015-06-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有角度选择性反馈的垂直腔表面发射激光器件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6384981B1 (en) * 1998-04-30 2002-05-07 Joachim Hentze Optical emitter array with collimating optics unit
US7978412B2 (en) * 2003-09-30 2011-07-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US20110122385A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Asml Netherlands B.V. Homogenizer
WO2011156271A2 (en) * 2010-06-07 2011-12-15 Texas Instruments Incorporated Sparse source array for display pixel array illumination with rotated far field plane

Also Published As

Publication number Publication date
JP6122036B2 (ja) 2017-04-26
BR112014020991A2 (pt) 2017-07-04
CN104136958A (zh) 2014-11-05
WO2013124822A1 (en) 2013-08-29
EP2817672B1 (en) 2021-08-18
US10019897B2 (en) 2018-07-10
US20150022668A1 (en) 2015-01-22
RU2014137918A (ru) 2016-04-10
JP2015519587A (ja) 2015-07-09
CN104136958B (zh) 2017-07-04
EP2817672A1 (en) 2014-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3144586B1 (en) Modular illuminator for extremely wide field of view
Heist et al. Array projection of aperiodic sinusoidal fringes for high-speed three-dimensional shape measurement
RU2632254C2 (ru) Осветительное устройство
US10666846B2 (en) Imaging device
US9273846B1 (en) Apparatus for producing patterned illumination including at least one array of light sources and at least one array of microlenses
CA2390781C (en) Line generator optical apparatus
US20200068102A1 (en) Camera for wide field of view with an arbitrary aspect ratio
CN115427830A (zh) 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
JP2015519587A5 (ru)
CN110554508B (zh) 光束整形装置及其光束整形方法
CN105487237B (zh) 一种多束激光雷达的分光元件、装置及方法
US20160033774A1 (en) Device for homogenizing a laser beam
EP2929235B1 (en) Surveillance imaging system
EP3411659B1 (en) Illumination modules and optoelectronic systems
US20230003843A1 (en) Transmission unit and lidar device with optical homogenizer
KR20230000988A (ko) 3차원 거리 측정 시스템에서의 사용을 위한 선 패턴 프로젝터
KR20230028303A (ko) 확산 조명 및 구조화 광을 위한 프로젝터
US20210352250A1 (en) Display apparatus and display system
CN220207855U (zh) 一种tof发射装置及深度相机
CN205809437U (zh) 线形激光投射装置和激光测距装置
CN221056766U (zh) 一种整形匀化照明装置
Zhuang et al. A contour calculation method for rapid freeform reflector construction with ellipsoid patches
US20240230320A9 (en) Projector for diffuse illumination and structured light
JP2022074585A (ja) 拡散素子、投射装置、及び空間認識装置
CN116909035A (zh) 一种整形匀化照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210223