用于多个F值镜头的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于多个F值镜头的方法和系统。一种成像镜头包括一个或多个镜头元件，该镜头元件被配置为接收被一个或多个第一对象反射的第一波长范围内的光并将该光聚焦到像平面上。成像镜头进一步包括孔径光阑以及位于孔径光阑处的滤波器。滤波器包括中心区域和围绕该中心区域的外部区域。滤波器的中心区域的特征在于第一波长范围内的第一透射带和第二波长范围内的第二透射带。滤波器的外部区域的特征在于第一波长范围内的第三透射带和第二波长范围内的基本上低的透射率值。波长范围内的基本上低的透射率值。波长范围内的基本上低的透射率值。

【技术实现步骤摘要】
用于多个F值镜头的方法和系统
[0001]本申请是申请日为2017年11月3日、PCT国际申请号为PCT/US2017/059951、中国国家阶段申请号为201780069250.2、专利技术名称为“用于多个F值镜头的方法和系统”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请主张2016年11月10日提交的序列号为62/420,249的美国临时专利申请的优先权益，该申请的全部公开内容通过引用并入。

技术介绍

[0004]在光学系统中，成像镜头用于准直光，聚焦光等。尽管在光学系统的开发方面取得了进展，但本领域仍需要改进的成像镜头。

技术实现思路

[0005]本专利技术一般地涉及具有多个F值镜头的成像系统。根据本专利技术的实施例，成像系统包括近红外(NIR)光源，该近红外光源被配置为朝向一个或多个第一对象发射多个NIR光脉冲。多个NIR光脉冲中的每一者的一部分可以被一个或多个第一对象反射。该成像系统进一步包括成像镜头。该成像镜头包括一个或多个镜头元件，该镜头元件被配置为接收被一个或多个第一对象反射的多个NIR光脉冲中的每一者的该部分并将该部分聚焦到像平面上，并且被配置为接收被一个或多个第二对象反射的可见光并将该可见光聚焦到该像平面上。该成像镜头进一步包括孔径光阑，以及位于该孔径光阑处的滤波器。该滤波器包括具有第一线性尺寸的中心区域，以及围绕该中心区域的具有大于该第一线性尺寸的第二线性尺寸的外部区域。该滤波器的中心区域的特征在于NIR波长范围内的第一透射带和可见波长范围内的第二透射带。该滤波器的外部区域的特征在于第一波长范围内的第三透射带和第二波长范围内的基本上低的透射率值。该成像系统进一步包括位于像平面上的图像传感器。该图像传感器包括二维像素阵列。该图像传感器被配置为：以未合并像素分辨率对可见波长范围内的一个或多个第二对象的二维强度图像进行检测；以及以合并(bin)像素分辨率对NIR波长范围内的一个或多个第一对象的飞行时间三维图像进行检测。
[0006]根据本专利技术的另一实施例，一种成像镜头包括一个或多个镜头元件，该镜头元件被配置为接收被一个或多个第一对象反射的第一波长范围内的光并将该光聚焦到像平面上，并且被配置为接收被一个或多个第二对象反射的第二波长范围内的光并将该光聚焦到该像平面上。该成像镜头进一步包括孔径光阑，以及位于该孔径光阑处的滤波器。该滤波器包括：具有第一线性尺寸的中心区域；以及围绕该中心区域的具有大于该第一线性尺寸的第二线性尺寸的外部区域。该滤波器的中心区域的特征在于第一波长范围内的第一透射带和第二波长范围内的第二透射带。该滤波器的外部区域的特征在于第一波长范围内的第三透射带和第二波长范围内的基本上低的透射率值。
[0007]根据本专利技术的又一实施例，提供了一种操作成像系统的方法。该成像系统包括近红外(NIR)光源、成像镜头和位于该成像镜头的像平面处的图像传感器。该方法包括通过以
下方式使用成像系统来执行三维感测：使用NIR光源朝向一个或多个第一对象发射多个NIR光脉冲，其中，该多个NIR光脉冲中的每一者的一部分被该一个或多个第一对象反射；使用成像镜头来接收被该一个或多个第一对象反射的多个NIR光脉冲中的每一者的该部分并将该部分聚焦到图像传感器上；以及通过确定多个NIR光脉冲中的每一者的该部分从发射到检测的飞行时间，使用该图像传感器来对该一个或多个第一对象的三维图像进行检测。该成像镜头包括孔径光阑和位于该孔径光阑上的波长选择滤波器。该波长选择滤波器具有第一区域和围绕该第一区域的第二区域。该波长选择滤波器被配置为通过第一区域和第二区域透射NIR光，并被配置为仅通过第一区域透射可见光。该方法进一步包括通过以下方式使用成像系统来执行计算机视觉：使用成像镜头接收被一个或多个第二对象反射的来自环境光源的可见光并将该可见光聚焦到图像传感器上；以及使用该图像传感器来对一个或多个第二对象的二维强度图像进行检测。
[0008]根据本专利技术的进一步的实施例，用于对第一波长范围内和第二波长范围内的光进行感测的图像传感器包括二维像素阵列和处理器。噶及处理器被配置为对第一波长范围内的像素阵列的每个像素的光强进行测量，以及对像素组的集合的第二波长范围内的光强进行测量。每个像素组包括m
×
n个像素的像素阵列，其中，m和n是整数，并且m和n中的至少一个大于1。在一些实施例中，第一波长范围与可见波长对应，第二波长范围与近红外(NIR)波长对应。在一些实施例中，m等于2，n等于2。在一些实施例中，对像素组的集合的第二波长范围内的光强进行测量包括读出每组m
×
n个像素的总电荷量。在一些替代实施例中，对像素组的集合的第二波长范围内的光强进行测量包括读出该像素阵列的每个像素的电荷量，并且通过对每组中的m
×
n个像素的电荷量求和来计算每组m
×
n个像素的总电荷量。
[0009]用本专利技术的方法实现了优于常规技术的许多优势。例如，本专利技术的实施例提供了一种成像镜头，该成像镜头的特征可以在于通过在其孔径光阑处使用波长选择滤波器，使得NIR光的f值较低，可见光的f值较高。此外，本专利技术的实施例提供了一种图像传感器。该图像传感器可以针对NIR光，使用像素合并以较低分辨率模式操作，并且可以针对可见光，使用原始像素分辨率以较高分辨率模式操作。在需要更快的镜头和更多的光集成的情况下，成像镜头和图像传感器可以适合用作TOF深度传感器，该深度传感器具有NIR波长范围内的有源照明，并且在需要较高的图像分辨率和较大的景深的情况下成像镜头和图像传感器可以适合用作计算机视觉传感器，该计算机视觉传感器具有可见波长范围内的无源照明。成像镜头可以适合用于以较低照相速度对可见光进行成像和以较快照相速度对IR光进行成像。将结合下面的文本和附图更详细地描述本专利技术的这些和其它实施例，以及它们的许多优点和特征。
附图说明
[0010]图1示意性地示出了包括根据本专利技术的实施例的成像系统的系统。
[0011]图2示意性地示出了根据本专利技术的实施例的包括成像镜头和图像传感器的成像系统。
[0012]图3示出了根据本专利技术的实施例的可以在成像镜头中使用的波长选择滤波器的示意性平面图。
[0013]图4A是示出根据本专利技术的实施例的根据图3所示的波长选择滤波器的中心区域的
波长的透射率曲线的简化曲线图。
[0014]图4B是示出根据本专利技术的实施例的根据图3所示的波长选择滤波器的外部区域的波长的透射率曲线的简化曲线图。
[0015]图5示出了根据本专利技术的一些实施例的波长选择滤波器的示意性截面图。
[0016]图6示出了根据本专利技术的一些实施例的示意性成像系统。
[0017]图7示出了根据本专利技术的一些实施例的用于场点(例如，处于特定入射角的准直射线)的示例性成像系统的射线跟踪图。
[0018]图8示出了根据本专利技术的一些实施例的如射线跟踪所模拟的图像传感器处的强度分布。
[0019]图9示出了根据本专利技术的一些实施例的可以在成像系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种成像系统，包括：第一组镜头元件，其被配置为接收并透射近红外NIR波长范围内的光并接收并透射可见波长范围内的光；孔径光阑；以及位于所述孔径光阑处的滤波器，所述滤波器包括：具有第一线性尺寸的中心区域，所述中心区域被配置为使透射通过所述第一组镜头元件的所述NIR波长范围内的光和所述可见波长范围内的光都透射；以及围绕所述中心区域的外部区域，其具有大于所述第一线性尺寸的第二线性尺寸，所述外部区域被配置为仅使透射通过所述第一组镜头元件的所述NIR波长范围内的光透射；二向色分束器，其被配置为沿着第一光路引导透射通过所述滤波器的所述NIR波长范围内的光，并且沿着第二光路引导透射通过所述滤波器的所述可见波长范围内的光，其中，所述滤波器被设置在所述第一组镜头元件和所述二向色分束器之间；沿所述第一光路定位的第二组镜头元件，其中所述第一组镜头元件、所述孔径光阑、所述滤波器和所述第二组镜头元件形成第一镜头系统，所述第一镜头系统限定第一焦平面；第一图像传感器，其沿着所述第一光路定位在所述第一镜头系统的所述第一焦平面处，所述第一图像传感器被配置为检测由所述NIR波长范围内的光形成的第一图像；以及第二图像传感器，其沿所述第二光路定位，并被配置为检测由所述可见波长范围内的光形成的第二图像。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述第一图像包括基于飞行时间的一个或多个对象的三维图像。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述第二图像包括一个或多个对象的二维图像。4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述第一镜头系统的特征在于基于所述第二线性尺寸的所述NIR波长范围内的光的f值。5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述f值的范围为1.0至1.4。6.根据权利要求1所述的成像系统，还包括第三组镜头元件，所述第三组镜头元件沿着所述第二光路定位在所述二向色分束器与所述第二图像传感器之间，其中所述第一组镜头元件、所述孔径光阑、所述滤波器、所述二向色分束器和所述第三组镜头元件形成第二镜头系统，所述第二镜头系统限定第二焦平面，其中，所述第二图像传感器位于所述第二镜头系统的所述第二焦平面处。7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述第二镜头系统的特征在于基于所述第一线性尺寸的所述可见波长范围内的光的f值。8.根据权利要求7所述的成像系统，其中，所述f值的范围为2.0至2.8。9.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述滤波器的所述中心区域具有圆形形状，所述滤波器的所述外部区域具有环形形状，并且其中，所述第一线性尺寸是所述中心区域的直径，所述第二线性尺寸是所述外部区域的外径。10.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述第一线性尺寸和所述第二线性尺寸的比率的范围为0.4至0.6。11.根据权利要求1所述的成像系统，还包括反射镜，所述反射镜沿着所述第一光路定
位在所述二向色分束器和所述第一图像传感器之间。12.根据权利要求11所述的成像系统，还包括第四镜头元件，其中，所述反射镜沿着所述第一光路定位在所述第二组镜头元件和所述第四镜头元件之间。13.根据权利要求1所述的成像系统，还包括NIR光源，所述NIR光源被配置为朝向所述第一组镜头元件前方的一个或多个对象发射多个NIR光脉冲，其中，所述多个NIR光脉冲中的每一个NIR光脉冲的一部分从所述一个或多个对象反射，并且其中，用于形成所述第一图像的所述NIR波长的光包括从所述一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：