成像系统技术方案

本发明专利技术涉及光学成像技术领域，公开一种成像系统，以一种新的光束偏转方式结合补光实现成像区域的选择和整体性能的提升。本发明专利技术成像系统包括图像传感器、镜头和补光设备，所述补光设备，用于在拍照时，向目标场景发射选定波长的光；所述镜头内设有光束过滤模块和光束选择模块；所述光束选择模块基于偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，所述偏振光栅通过控制材料的周期性结构实现光束衍射及偏转；所述光束过滤模块用于对外部场景非选择特定区域的入射光进行过滤；其中，所述光束选择模块内各偏振光栅在对应所述补光设备所发射特定波长范围处的衍射效率最高，在其他波段则随波长偏差增大而衍射效率降低。

Imaging system

【技术实现步骤摘要】
成像系统
本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种成像系统。
技术介绍
近年来，关于光束调控技术越来越受到人们的关注。特别是基于新型光学器件的光场调控技术研究最为热门。
技术实现思路
本专利技术目的在于公开一种成像系统，以一种新的光束偏转方式结合补光实现成像区域的选择和整体性能的提升。为达上述目的，本专利技术公开一种成像系统，包括图像传感器、镜头和补光设备，其中：所述补光设备，用于在拍照时，向目标场景发射选定波长的光；所述镜头内设有光束过滤模块和光束选择模块；所述光束选择模块基于偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，所述偏振光栅通过控制材料的周期性结构实现光束衍射及偏转；所述光束过滤模块用于对外部场景非选择特定区域的入射光进行过滤；其中，所述光束选择模块内各偏振光栅在对应所述补光设备所发射特定波长范围处的衍射效率最高，在其他波段则随波长偏差增大而衍射效率降低。本专利技术具有以下有益效果：基于光束选择模块的偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，对外部场景非选择特定区域的入射光，则辅以光束过滤模块进行过滤；与此同时，还以补光设备波长与偏振光栅衍射效率之间的参数对应关系形成一个更多维且闭环的特定波长光束选取。藉此，可有效避免了外部环境光干扰，以此确保成像的高精度；并确保了不同场景成像的质量匹配。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例公开的一种补光设备对目标场景的覆盖范围与镜头的区域选择与切换对应关系示意图。图2和图3是一种光束选择模块及对应光束过滤模块的具体结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1本实施例公开一种成像系统。本实施例成像系统包括图像传感器、镜头和补光设备。其中：补光设备用于在拍照时，向目标场景发射选定波长的光；优选地，补光设备所提供光源的波长范围在700-1600nm之间，更进一步的，该光源的亮度可调。镜头内设有光束过滤模块和光束选择模块；其中，光束选择模块基于偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，所述偏振光栅通过控制材料的周期性结构实现光束衍射及偏转；光束过滤模块用于对外部场景非选择特定区域的入射光进行过滤。可选的，本实施例补光设备对目标场景的覆盖范围(对应图中的大圆圈)与镜头的区域选择(对应大圆圈内不同切换状态下的4个小圆圈)与切换之间的对应关系可参照图1。本实施例中，所述光束选择模块内各偏振光栅在对应所述补光设备所发射特定波长范围处的衍射效率最高，在其他波段则随波长偏差增大而衍射效率降低。藉此，以补光设备波长与偏振光栅衍射效率之间的参数对应关系形成一个更多维且闭环的特定波长光束选取。从而一定程度上对其他波段光束的过滤，有效避免了外部环境光干扰，以此确保成像的高精度；并确保了不同场景成像的质量匹配。可选的，本实施例光束选择模块包括至少一级一类镜片组，各级一类镜片组分别由一个偏振光栅与一个电控液晶盒组成；各所述电控液晶盒设置有至少两种状态；且在所有光束选择模块排列的电控液晶盒的状态集合中，各状态子集分别一一对应镜头外不完全重叠的图像子区域；同时：所述光束选择模块还包括：电控单元，用于程控相应的所述电控液晶盒以状态切换实现相应图像子区域的采集，且在图像子区域的切换过程中，不发生组件之间相对位移运动。在图2和图3所示的单级一类镜片组中，电控液晶盒采用TN结构，且图2的电控液晶盒为高电压状态，图3的电控液晶盒为低电压状态。该TN结构电控液晶盒在高电压状态下，相当于仅对光束进行透射处理，而低电压下则将左旋圆偏振光转换成右旋圆偏振光、以及将右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光；相对应的，1/4波片用于将左旋(即顺时针方向)的圆偏振光转换成水平方向的线性偏振光、以及将右旋(即逆时针方向)的圆偏振光转换成垂直方向的线性偏振光，线性偏振片采用水平方向的线性偏振片，以此过滤掉竖直方向的线性偏振光。藉此，使得电控液晶盒在高电压状态和低电压状态下分别对应外部图像不同的两个子区域分别进入镜头并最终成像。作为一种变形，多个一类镜片组的级联结构可实现对外部选择区域视场角的倍数放大。有关一类镜片组的设置还存在其他多种变形，其具体方案可参照本案申请人已在先申请的相关专利。不做赘述。值得注意的是：当本实施例方案应用于二维以上的图像成像时，尤其是TOF等专业相机，需要外部场景中的像素点能对应图像传感器上的二维阵列。为此，在包括至少两级一类镜片组的级联结构所构成的光束选择模块中，还需满足：在奇数组的偏振光栅衍射角保持在同一平面上，以对应一个维度上像素点的图像采集，如X轴；以及在偶数组的偏振光栅衍射角保持在与奇数组偏振光栅衍射角相互垂直的另一平面上，以对应另一个维度上像素点的图像采集，如Y轴。可选的，本实施例光束选择模块的具体构造还可以采用下述方式，其包括：旋转装置，用于驱动相应的单个或至少两个所述偏振光栅旋转，进而带动偏振光栅衍射角旋转，使得抵达所述图像传感器的光束随相应偏振光栅旋转而实现对目标场景特定区域的光束选择和切换。基于旋转装置的方式相比于上述通过电控液晶盒的方式而言，可实现外部目标场景选择区域的平滑切换，旋转的过程所对应外部场景区域也是连续的。其中，该模式下偏振光栅的实质作用与上述电控液晶盒方式下的一致，都是用于实现光束的衍射和偏转，不做赘述。由于偏振光栅本质是实现对光束的偏转，结合诸如一些部署的物理参数以及动态调焦等因素和容易造成目标场景中心的盲区问题。为此，优选地，在该种旋转方式下，在所述光束选择模块中至少包括两个二类光学镜片组，各所述二类光学镜片组由一个所述偏振光栅与一个楔形棱镜垂面(所谓垂面即截面图像中与上下两边相垂直的连线所在的面)贴合成一体以进行同步旋转；其中，各级二类光学镜片组及其他光束选择模块内构件在特定的至少一组相对位置上(优选地：在具体部署时，以两级光学镜片组为一个单元，各单元之间的排列方式一致，且各单元内的两个偏振光栅相邻设置；以及当光学镜片组的整体数量为奇数时，不成单元的光学镜片组的排列方式与奇数级上的光学镜片组一致)，使得最终出射至扫描物体的光束不发生偏转以实现无盲区扫描。上述盲区的解决方案其原理即：配合楔形棱镜本身的光束偏转特性，在传统意义上的盲区扫描时，由楔形棱镜对偏振光栅所导致的光束偏转予以纠偏，有效解决了单一种类器件扫描的中心盲区问题；而在扫描完盲区之后，通过镜片组之间的相对位移变化而切换到其他区域的扫描。同样的，作为一种变形，多个二类光学镜片组的级联结构可实现对外部选择区域视场角的倍数放大。有关二类光学镜片组的设置还存在其他多种变形，其具体方案可参照本案申请人已在先申请的相关专利。不做赘述。优选地，本实施例中，在所述镜头前还设置有对应所述补光设备所发射特定波长范围处的滤光片。参照上述图2和图3，所述光束过滤模块包括线性偏振片，以及还包括1/4波片。在一些变形的应用中，当液晶盒能集成有1/4波片的类似功能时(例如：ECB或OCB结构电控液晶盒)，其光束过滤模块则主要指线性偏振片。除此之外，该镜头传统设计中的一些诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，包括图像传感器、镜头和补光设备，其特征在于：所述补光设备，用于在拍照时，向目标场景发射选定波长的光；所述镜头内设有光束过滤模块和光束选择模块；所述光束选择模块基于偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，所述偏振光栅通过控制材料的周期性结构实现光束衍射及偏转；所述光束过滤模块用于对外部场景非选择特定区域的入射光进行过滤；其中，所述光束选择模块内各偏振光栅在对应所述补光设备所发射特定波长范围处的衍射效率最高，在其他波段则随波长偏差增大而衍射效率降低。

【技术特征摘要】
1.一种成像系统，包括图像传感器、镜头和补光设备，其特征在于：所述补光设备，用于在拍照时，向目标场景发射选定波长的光；所述镜头内设有光束过滤模块和光束选择模块；所述光束选择模块基于偏振光栅实现对目标场景特定区域的光束选择和切换，所述偏振光栅通过控制材料的周期性结构实现光束衍射及偏转；所述光束过滤模块用于对外部场景非选择特定区域的入射光进行过滤；其中，所述光束选择模块内各偏振光栅在对应所述补光设备所发射特定波长范围处的衍射效率最高，在其他波段则随波长偏差增大而衍射效率降低。2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光束选择模块包括至少一级一类镜片组，各级一类镜片组分别由一个偏振光栅与一个电控液晶盒组成；各所述电控液晶盒设置有至少两种状态；且在所有光束选择模块排列的电控液晶盒的状态集合中，各状态子集分别一一对应镜头外不完全重叠的图像子区域；以及所述光束选择模块还包括：电控单元，用于程控相应的所述电控液晶盒以状态切换实现相应图像子区域的采集，且在图像子区域的切换过程中，不发生组件之间相对位移运动。3.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述光束选择模块包括至少两级一类镜片组的级联结构，且所述级联结构中：在奇数组的偏振光栅衍射角保持在同一平面上；以及在偶数组的偏振光栅衍射角保持在与奇数组偏振光栅衍射角相互垂直的另一平面上。4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光束选择模块包括：旋转装置，用于驱动相应的单个或至少两个所述偏振光栅旋转，进而带动偏振光栅衍射角旋转，使得抵达所述图像传感器的光束随相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张礼朝，李晓春，
申请(专利权)人：深圳市麓邦技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44