用于线性传感器的宽视野光学模块制造技术

感测模块包括高速线性图像传感器和面向该传感器的光学单元。该单元包括具有弯曲表面的光学元件以及在光学元件的外表面上的覆盖物。该覆盖物中形成有狭缝。光学单元将宽视野成像到线性传感器的单个像素上，其中在沿着狭缝的任何位置处正交于狭缝照射的光被成像在线性传感器的中心像素上，而在沿着狭缝的任何位置处以相对狭缝的非正交角度照射的光被成像在线性传感器的非中心像素上。

Wide Field Optical Module for Linear Sensors

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于线性传感器的宽视野光学模块相关申请的交叉引用本申请要求享有于2017年1月17日提交的美国临时专利申请62/446,937和于2017年6月27日提交的美国临时专利申请62/525,218的优先权，两者通过引用方式并入本文。
本专利技术总体上涉及光学透镜，并且特别地涉及用于线性成像的光学透镜。
技术介绍
从现在参考的图1A中可以看出，二维图像传感器10捕获二维场景12。另一方面，线性图像传感器提供一条线的传感器。线性图像传感器比2D图像传感器要求显著地更少的带宽和计算。然而，如现在参考的图1B中所示，线性传感器16仅观察场景12的一部分(例如，一条线)。为了利用任何类型的图像传感器(无论是2D传感器10还是线性传感器16)，由各种类型的透镜形成的聚焦单元14通常放置在传感器的前面以将光聚焦到传感器上。现在参考图2，图2示出了在题为“BI-DISTRIBUTED-PROCESSINGMOTIONTRACKINGSYSTEMFORTRACKINGINDIVIDUALLYMODULATEDLIGHT”的US6,324,296中所讨论的运动跟踪系统中使用的现有技术测量系统。US6,324,296中的系统具有线性传感器16和柱面透镜20。如可以看到的，线性传感器16垂直于柱面透镜20放置。柱面透镜20收集来自点P1的光并将光提供给传感器16。图2的传感器固定在空间中并且观察场景，要被跟踪的物体围绕该场景移动。
技术实现思路
根据本专利技术的优选实施例，提供了一种感测模块，该感测模块包括高速线性图像传感器和面向该传感器的光学单元。该单元包括具有弯曲表面的光学元件以及在光学元件的外表面上的覆盖物。该覆盖物中形成有狭缝。光学单元将宽视野成像到线性传感器的单个像素上，其中在沿着狭缝的任何位置处正交于狭缝照射的光被成像在线性传感器的中心像素上，而在沿着狭缝的任何位置处以相对狭缝的非正交角度照射的光被成像在线性传感器的非中心像素上。此外，根据本专利技术的优选实施例，光学元件是单个单片透镜。此外，根据本专利技术的优选实施例，外表面是平坦的，弯曲表面是光学元件的面向传感器的内表面，并且光学元件的放大率被改变以在最小失真的情况下将竖直线映射到线性传感器的单个像素。此外，根据本专利技术的优选实施例，外表面是平坦的并且光学元件是自由形状透镜。该透镜包括具有可变光学功率的非球面光学表面，该非球面光学表面位于透镜的面向传感器的内表面上。该表面将以每个竖直仰角入射到狭缝上的光聚焦到线性传感器上。透镜的光学功率改变以维持恒定的放大率。可替代地，根据本专利技术的优选实施例，外表面是弯曲表面，并且光学元件围绕线性传感器的纵轴是旋转不变的。此外，根据本专利技术的优选实施例，光学元件是半球形透镜，并且覆盖物覆盖半球形透镜的外表面。可替代地，根据本专利技术的优选实施例，光学元件是安装在不透明半球中的非球面环形透镜，并且覆盖物在透镜上。最后，根据本专利技术的优选实施例，光学元件是椭圆形的半球。附图说明在说明书的结论部分中特别地指出并清楚地要求保护被视为本专利技术的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以关于本专利技术的组织和操作方法两者连同本专利技术的目的、特征和优点最好地理解本专利技术，其中：图1A是观察场景的现有技术二维传感器的示意图；图1A是观察场景的现有技术线性传感器的示意图；图2是具有柱面透镜的现有技术线性传感器的示意图；图3是根据本专利技术优选实施例构造并操作的具有半球形狭缝的线性传感器的示意图；图4是图4的传感器的替代实施例的示意图；图5是根据本专利技术优选实施例构造并操作的具有自由形状透镜的线性传感器的替代实施例的示意图；以及图6A和图6B是示出如何将照射到图5的自由形状透镜上的光聚焦到线性传感器上的示意图。将要认识到的是，为了说明的简洁和清楚起见，图中所示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，元件中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应的元件或类似的元件。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便于提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员应该理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他实例中，没有详细描述公知的方法、过程和组件以免模糊本专利技术。申请人已经认识到，针对其中跟踪单元随位置被跟踪的物体移动的跟踪应用，无论该跟踪应用作为虚拟现实系统的一部分还是在移动设备(移动电话、无人机、汽车等)上，有必要在尽可能少的不良影响(例如，失真或旋转误差)的情况下压缩二维场景，以便于提供关于被跟踪的物体的角度位置的准确且快速的信息。申请人也已经认识到，将狭缝放置在某种类型的光学元件的外表面上可以在相对较少副作用的情况下提供期望的图像压缩。半球形狭缝现在参考图3，图3示出了本专利技术的感测模块100。感测模块100包括高速线性图像传感器102和光学元件104，该光学元件104包括位于光学透明的半球基板120的弯曲外表面之上或上方的弯曲的、窄的狭缝110。线性传感器102可以与狭缝110的方向垂直地定向，并且线性传感器102的一个点(例如，中点)可以位于狭缝110的曲率半径的中心O处或者在中心O附近。线性传感器102可以是任何合适的高速线性传感器，例如，从DynamaxImaging(CanandaiguaNY)处商业可获得的ELIS-1024。在优选实施例中，透明半球基板120可以是玻璃或塑料半球透镜。可替代地，基板120可以被挖空。在替代实施例(未示出)中，光学基板120可以是实心的或挖空的半圆柱体，其中狭缝定向在圆柱体的弯曲部分的中心。可以根据任何合适的手段形成狭缝110。针对其中基板120是半球的实施例，可以通过印刷用于半球基板120的弯曲表面的覆盖物来形成狭缝110。覆盖物可以具有两个不透明区域130，两个不透明区域130通过形成狭缝110的透明区域隔开以使得光通过。将要认识到的是，光可以平行于传感器102以任何方位角α并且垂直于传感器102沿着狭缝110以任何接收角β进入狭缝110。根据几何光学原理，显而易见的是，从特定方向进入狭缝110的光将照亮传感器的特定区域，该特定区域由方位角α和半球120的半径R限定。例如，来自正交于半球120的外表面的角度的光将照亮传感器102的区域A。类似地，来自任一接收角β的光(所有这些光都正交于半球120的外表面)可以在相同区域A处到达传感器102。然而，来自非正交角度α的光将到达其他区域，例如，传感器102的区域B和区域C。实际上，半球120的几何形状可以高效地沿着每个弧将所有光以角度α整合到沿着传感器102的单个数据点中。申请人已经认识到，光学接收角很大程度上与到光源的距离无关，因此光学元件104可以整合来自任何尺寸的空间的光源的光并且还可以跟踪灯光或户外的太阳。角度分辨率可以由狭缝110的宽度和狭缝110与传感器102之间的半径R确定，其中越大的狭缝接收越多的光但是提供越低的分辨率。总体检测角度将受到半球120的半径R和传感器102的尺寸的限制。可以认识到的是，由光学透明度的量限定的狭缝110的宽度或光学透过性可以随着狭缝的长度而变化，以在接收角β增加时使得可能降低入射信号强度的任何几何效应归一化、以其他方式补偿或者增强该几何效应。具有半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感测模块，包括：高速线性图像传感器；以及面向所述传感器的光学单元，所述单元包括：具有弯曲表面的光学元件；以及在所述光学元件的外表面上的覆盖物，所述覆盖物中形成有狭缝，所述光学单元用于将宽视野成像到所述线性传感器的单个像素上，其中，在沿着所述狭缝的任何位置处正交于所述狭缝照射的光被成像在所述线性传感器的中心像素上，而在沿着所述狭缝的任何位置处以相对所述狭缝的非正交角度照射的光被成像在所述线性传感器的非中心像素上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 US 62/446,937;2017.06.27 US 62/525,2181.一种感测模块，包括：高速线性图像传感器；以及面向所述传感器的光学单元，所述单元包括：具有弯曲表面的光学元件；以及在所述光学元件的外表面上的覆盖物，所述覆盖物中形成有狭缝，所述光学单元用于将宽视野成像到所述线性传感器的单个像素上，其中，在沿着所述狭缝的任何位置处正交于所述狭缝照射的光被成像在所述线性传感器的中心像素上，而在沿着所述狭缝的任何位置处以相对所述狭缝的非正交角度照射的光被成像在所述线性传感器的非中心像素上。2.根据权利要求1所述的感测模块，并且其中，所述光学元件是单个单片透镜。3.根据权利要求2所述的感测模块，并且其中，所述外表面是平坦的，所述弯曲表面是所述光学元件的面向所述传感器的内表面，并且所述光学元件的放大率被改变以在最小失真的情况下将竖直线映射到所述线性传感器的单个像素。4.根据权利要求1所述的感测模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·利伯曼，D·格林斯潘，
申请(专利权)人：六度空间有限责任公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL