多模式照明模块和相关方法技术

用于发射光(5)的照明模块可在至少两个不同的模式中操作，其中在每个模式中，所发射的光(5)具有不同的光分布。该方法具有用于选择模块在哪个模式中操作的模式选择器(10)，且它具有光学布置。该布置包括：微镜阵列(LL1)，其包括以镜间距P(P1)有规律地布置的多个透射或反射微镜(2)；照明单元，其用于照亮微镜阵列(LL1)。照明单元包括光源的第一阵列(S1)，其每个可操作来发射第一波长L1的光且每个具有孔。孔位于公共发射平面中，公共发射平面位于离微镜阵列(LL1)的距离D(D1)处。在第一模式中，对于镜间距P、距离D和波长L1适用P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多模式照明模块和相关方法
本公开涉及光学器件的领域，且特别是涉及用于照亮场景的模块且也涉及结构光的产生和图案化照明。它涉及相应的装置和方法。术语的定义“无源光学部件”：通过折射和/或衍射和/或(内部和/或外部)反射来使光改变方向的光学部件，例如透镜、棱镜、反射镜(平面或曲面)或光学系统，其中光学系统是可能也包括机械元件(例如孔径光阑、影像屏幕、保持架)的这样的光学部件的集合。“光”：最通常地，电磁辐射；更特别地，电磁频谱的红外线、可见光或紫外线部分的电磁辐射。照明模块可用于例如在下面的情况下照亮场景：基于响应于照明从场景返回的光，应确定到存在于场景中的物体的距离。对于距离确定的一些技术，可从照明模块发射结构光。例如，在场景中由结构光创建的光图案使得能够根据它们与发射结构光的装置的距离来区分主体。游戏控制台例如可包括用于用结构光照亮场景的图案投影仪，其中存在玩家，而这样照亮的场景被成像并分析以便实现场景的3D映射，其也被称为深度映射。结构光常常被称为编码光或图案化光，使得这些术语在当前的专利申请中可互换地被使用。当光被评估用于借助于三角测量技术来确定距离时，术语“结构光”最多地被使用。另一方面，当光被评估用于使用立体视觉来确定距离时，术语“图案化光”最多地被使用，其中光在这种情况下一般用于对比度增强。图案化光不一定意味着有规律的图案被产生或投影。例如，所产生或投影的光纹理可包括随机布置的特征或随机特征。
技术介绍
下面简要讨论相关技术的一些例子。US7,970,177B2例如描述用于基于使用衍射光学元件产生结构光来进行距离计算的装置。US2012/038986A1描述使用衍射光学元件的图案投影仪。US2010/118123A1描述用于映射包括照明组件的物体的装置，照明组件包括包含点的固定图案的单个透明物。其中，光源使用光辐射来透照单个透明物，以便将图案投影到物体上。US2013/038941A1描述包括布置在衬底上的光源的矩阵的光学装置，在光源之间有预先确定的均匀间距。相同的均匀间距的微镜阵列布置成接近微镜阵列，以便使从光源发射的光准直并建立光束匀化器。WO2014/083485A1描述用于将结构光图案投影到包括半导体激光器的几个阵列的场景上的激光设备。US8320621描述用于在3D成像设备中使用的投影仪。投影仪包括由垂直腔表面发射激光器或VCSEL阵列形成的光源。来自VCSEL阵列的光穿过由多个透镜组成的准直微镜阵列被聚焦，每个VCSEL有一个透镜。微镜阵列用于将来自VCSEL阵列的光束聚焦和引导到DOE。DOE将光束形成为各种光图案中的任一个，其进而使3D成像成为可能。
技术实现思路
在实例中，例如当照亮场景时产生两种不同类型的光分布可能是有利的。例如，两种不同类型的结构光可随后从照明模块发射。或在另一例子中，结构光和漫射光可以交替地从照明模块发射。例如在第一模式中，照明模块发射第一光分布，而在第二模式中，照明模块发射不同于第一光分布的第二光分布。而且例如在第一模式中，基于具有第一光分布的光来确定到场景中的物体的距离，而在第二模式中，基于具有第二光分布的光来确定到场景中的物体的距离。或者在第二模式中为了另一目的而发射光。本专利技术的一个版本的优点的例子是提供特别通用的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供在与光发射的方向平行的方向上特别薄的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供只需要特别小的数量的构成物的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可在离照明模块的特别大的范围的距离上提供良好的对比度的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可创建特别高的对比度图案的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可操作来产生特别高的强度的光的照明模块，特别是当相对于最初在照明模块内产生的光的强度被考虑时。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可产生相对简单的光图案的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可产生相对复杂的光图案的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可以以相对宽松的对准容限被制造的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供具有良好的可制造性的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供可以以相对高的产量被制造的照明模块。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供用于光学地确定距离的装置，其是特别通用的和/或特别薄的和/或显示或得益于上面提到的优点中的另一个或多个。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供用于光学地确定距离的装置，其可处理物体和/或场景的各种属性。本专利技术的一个版本的优点的另一例子是提供用于照亮场景的方法，其是特别通用的和/或显示或得益于上面提到的优点中的另一个或多个。另外的目的和各种优点从下面的描述和实施方式中浮现。至少部分地在本公开中所述的装置和/或方法的一些实现中实现这些目的中的一个或多个。当前的专利技术人发现，对于微镜阵列(MLA)的镜间距P和MLA到照亮MLA的光源——我们想将其称为“照明单元”——的距离D的某些选择，在因而产生的结构光中的对比度特别强，其中该选择也取决于由照明单元发射的光的波长。因此，在那些特定的情况下，特别高的对比度的图案可投影到场景上。专利技术人的发现显示由ErnstLau在1948年发现的光学效应(Lau效应)的一些类似。例如在由J.Jahns和A.W.Lohmann于1979年3月在“OPTICSCOMMUNICATIONS”(第28卷，第3号)中出版的标题为“THELAUEFFECT(ADIFFRACTIONEXPERIMENTWITHINCOHERENTILLUMINATION)”的论文中描述了Lau效应。Lau的原始实验装置包括照亮第一光栅的扩展白光源，具有与第一光栅相同的狭缝间隔的另一光栅存在于第一光栅后面，以及最后会聚透镜使离开第二光栅的光成像到观察平面内。Lau能够对下面的方程被满足的情况观察到条纹图样：z0＝nd2/2λ，(n＝1，2，3，4，...)其中Z0是在两个光栅之间的距离，d是光栅的光栅常数(狭缝间隔)，以及λ表示由光源发射的波长，即形成所观察的条纹图样的光的波长。尽管有与本专利技术的明显差异，理解Lau效应可在某种程度上帮助理解照明模块的运行和本专利技术的技术。此外，但更确切地众所周知，光学效应是由HenryFoxTalbot在1836年发现的被称为Talbot效应(或“Talbot自成像”)的在相干光学器件中的效应。在J.Jahns和A.W.Lohmann的上面提到的论文中也描述了Talbot效应。虽然Lau效应和Talbot效应都可被考虑为与光栅的自成像有关，但它们至少在下面的方面中是不同的：Talbot描述使用单色点光源(而非由Lau使用的扩展白光源)以及Lau将两个光栅前后放置，而Talbot只使用单个光栅。Talbot发现在由单色光源照亮的光栅后面，干涉图样在平行于光栅被对准且在离光栅的特定距离处的平面中是可观察的。在光栅后面的那些特定距离是：2d2/λ以及其整数倍，其中d表示光栅的光栅常数以及λ表示单色光源的波长。当前的专利技术人发现，如果照明单元的光源的孔在公共平面中，则可实现特别高的对比度，我们将公共平面成为发射平面。当前的专利技术人还认识到，如果照明单元是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种照明模块，所述模块能够在至少两个不同的模式中操作，所述模块包括：微镜阵列，其包括以镜间距P有规律地布置的多个透射或反射微镜；照明单元，其用于照亮所述微镜阵列；以及模式选择器，其用于选择所述模块在所述模式的哪个中操作；所述照明单元包括光源的第一阵列，其每个能操作来发射第一波长L1的光且每个具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面位于离所述微镜阵列的距离D处，其中在所述模式的第一模式中，P2＝2·L1·D/N以及其中N是整数，N≥1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.26 US 62/2871311.一种照明模块，所述模块能够在至少两个不同的模式中操作，所述模块包括：微镜阵列，其包括以镜间距P有规律地布置的多个透射或反射微镜；照明单元，其用于照亮所述微镜阵列；以及模式选择器，其用于选择所述模块在所述模式的哪个中操作；所述照明单元包括光源的第一阵列，其每个能操作来发射第一波长L1的光且每个具有孔，其中所述孔位于公共发射平面中，所述公共发射平面位于离所述微镜阵列的距离D处，其中在所述模式的第一模式中，P2＝2·L1·D/N以及其中N是整数，N≥1。2.如权利要求1所述的模块，其中所述模式选择器包括用于改变在空间中所述微镜阵列相对于所述照明单元的相对定向的致动器。3.如权利要求1所述的模块，其中所述模式选择器包括用于改变所述距离D的致动器。4.如权利要求1所述的模块，其中所述模式选择器包括用于改变所述微镜阵列相对于光源的第一阵列的、绕着垂直于所述公共发射平面的轴的旋转定向的致动器。5.如权利要求1所述的模块，其中所述照明单元包括光源的第二阵列，其每个能操作来发射光且每个具有孔，而且其中所述模式选择器包括用于控制从光源的所述第一阵列发射的光的强度与从光源的所述第二阵列发射的光的强度之比的控制单元。6.如权利要求5所述的模块，其中所述控制单元能够操作来在所述模式的第一模式中开启所述第一阵列的光源并关闭所述第二阵列的光源并在所述模式的第二模式中开启所述第二阵列的光源。7.如权利要求5所述的模块，其中所述第二阵列的光源每个能操作来发射第二波长L2的光，其中所述第二波长L2不同于所述第一波长L1。8.如权利要求5所述的模块，其中光源的所述第一阵列的光发射器以光源间距Q1有规律地布置，其中P＝Q1，以及其中所述微镜以所述间距P布置所沿着的轴平行对准于所述第一阵列的光源以所述间距Q1布置所沿着的轴，以及其中光源的所述第二阵列的光发射器被有规律地布置；或者是下列情况中的至少一个：以光源间距Q2有规律地布置，其中P≠Q2；以光源间距Q2有规律地布置，其中所述微镜以所述间距P布置所沿着的轴相对于所述第二阵列的光源以所述间距Q2布置所沿着的轴成一角度而对准。9.如权利要求5所述的模块，其中光源的所述第二阵列布置在光源的所述第一阵列旁边。10.如权利要求5所述的模块，其中光源的所述第一阵列和第二阵列是光源的相互叠加的阵列。11.如权利要求1所述的模块，其中在所述模式的每个中，所发射的光具有不同的光分布，以及其中在所述模式的第二模式中的光分布比在所述模式的第一模式中的光分布更漫射。12.一种用于光学地确定距离的装置，所述装置包括根据权利要求1的照明模块和用于检测从由发射自所述照明模块的光照亮的场景反射的光的图像传感器。13.一种用于照亮场景的方法，所述方法包括：用从在第一模式中操作的照明模块发射的光照亮所述场景；将所述照明模块的操作从所述第一模式改变到第二模式以随后用从在所述第二模式中操作的所述照明模块发射的光照亮所述场景；其中所述照明模块包括：微镜阵列，其包括以镜间距P有规律地布置的多个透射或反射微镜；照明单元，其用于照亮所述微镜阵列，所述照明单元包括光源的第一阵列，每个光源具有孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·罗西，M·L·巴里曼，ML·E·布瓦塔尔，B·哈雷拉，D·P·卡雷罗，J·布卡特，H·维克瑞克，
申请(专利权)人：新加坡恒立私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG