照射光学系统以及包括其的三维图像获取装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种三维图像获取装置的照射光学系统以及包括该照射光学系统的三维(3D)图像获取装置。3D图像获取装置的照射光学系统可以包括具有预定截面形状的束成形元件，以具有与3D图像获取装置的视场一致的照射场。束成形元件可以根据其截面形状来调节照射光的形状。因此，照射光可以被会聚以落在3D图像获取装置的视场内，增大反射离开目标的光量并允许获得关于目标更精确的深度信息。束成形元件可以均匀地均匀化照射光而不引起光散射或吸收，因此有效抑制了斑点噪声。

【技术实现步骤摘要】
照射光学系统以及包括其的三维图像获取装置
本专利技术涉及照射光学系统以及包括其的三维(3D)图像获取装置，更具体地，涉及其中照射场与视场一致从而获得更精确的深度信息的光学系统以及包括该光学系统的3D图像获取装置。
技术介绍
随着3D显示装置的最近的进展以及对其增大的需求，其中深度能够被感知的3D内容的重要性变得突出。因而，对能够使用户自行创建3D内容的3D图像获取装置诸如3D照相机的研究正在增加。3D照相机需要具有这样的功能，即利用该功能，通过一个照相操作，深度信息与普通2D彩色图像信息一起被获取。表示3D照相机与目标的表面之间的距离的深度信息可以使用利用两个照相机的立体视觉法获取，或者使用利用结构光和照相机的三角测量法获取。然而，根据这些方法，照相机到目标的距离越大，所获得的深度信息变得越不精确，且这些方法高度依赖于目标的表面状态。因此，通过这些方法难以获取精确的深度信息。为了解决这些问题，已经引入了飞行时间(TOF)技术。TOF技术测量照射光被照射到目标上之后从其反射离开至用于接收该照射光的光接收单元的行进时间。TOF技术涉及通过利用包括发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的照射光学系统照射具有特定波长(例如，具有850nm波长的近红外线)的光到目标上、在光从目标反射离开之后用光接收单元接收光以及通过例如用已知增益波长的调制器调制所接收的光来提取深度信息的一系列处理。已有用于该一系列处理的各种TOF技术。在利用从照射光学系统投射之后从目标反射离开的光来测量距离时，入射在3D照相机上的反射光的量越大，所获得的深度信息变得越精确。这是因为在利用3D照相机提取深度信息的信号处理中，信噪比与入射光的量成比例，信噪比越大，则所获得的深度信息变得越精确。然而，通常，3D照相机中的视场并不与其照射光学系统的照射场相匹配，因此相当数量的照射光不能用于提取深度信息。因此，需要设计一种有效的光学系统以向3D照相机提供尽可能多的反射光。为了3D照相机获得更精确的深度信息，可以使用具有短波长的相干光源，诸如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)。然而，当相干光源用于发射光到目标上时，来自相干光源的斑点噪声会恶化图像质量。为了消除这样的斑点噪声，可以使用诸如磨砂玻璃的散射器。然而，由于散射器导致的光散射或吸收，深度信息的获得可能不那么精确。
技术实现思路
本专利技术实施例提供在三维(3D)图像获取装置中能够获得更精确的深度信息的照射系统。本专利技术实施例提供了能够有效抑制斑点噪声的照射光学系统。本专利技术实施例提供了包括该光学系统的3D图像获取装置。根据本专利技术的方面，3D图像获取装置的照射光学系统包括：光源；束成形元件，用于使从光源发射的光均匀地均匀化并改变光的截面形状；以及透镜装置，用于将从束成形元件的出光面发射的光聚焦在目标上。在照射光学系统中，从束成形元件的出光面发射的光的束截面形状可以与束成形元件的截面形状相同，并与3D图像获取装置的视场一致。照射光学系统还可以包括匹配透镜，该匹配透镜设置在光源与束成形元件之间并用于将从光源发射的光引导到束成形元件的光入射面。束成形元件的光入射面和出光面可以每个在其上具有抗反射涂层。束成形元件的周边表面可以在其上具有反射涂层，入射在光入射面上的光可以通过全反射穿过束成形元件朝向出光面行进。束成形元件可以包括由透明材料制成的积分棒。积分棒可以具有矩形截面。照射光学系统还可以包括将从光源发射的光引导到束成形元件中的光波导。光波导的第一端可以附接到光源，光波导的第二端可以附接到束成形元件的侧部。光波导可以设置为相对于束成形元件的侧部倾斜使得引导到束成形元件中的光能够朝向束成形元件的出光面行进。多个光源可以经由多个光波导设置在束成形元件的侧部上。束成形元件可以具有矩形截面，至少一个光源和至少一个光波导可以设置在束成形元件的四侧的每个上。照射光学系统还可以包括多个匹配透镜和多个光源，其中多个匹配透镜可以分别设置在多个光源与束成形元件之间，并可以将从多个光源发射的光引导到束成形元件的光入射面。多个光源中的至少一个和多个匹配透镜中的至少一个可以每个具有朝向束成形元件的光入射面倾斜的光轴。束成形元件可以具有其中与光入射面相比出光面相对较小的渐缩形状。在照射光学系统中，多个束成形元件可以对应于多个光源设置，照射光学系统还可以包括多个匹配透镜，该多个匹配透镜分别设置在多个光源与多个束成形元件之间并将从多个光源发射的光分别引导到多个束成形元件的光入射面。多个束成形元件可以在高度方向和宽度方向的至少一个上彼此靠近地设置。在这点上，所有束成形元件一起的宽度高度比可以等于3D图像获取装置的视场的宽高比。透镜装置可以包括变焦透镜。根据本专利技术的另一方面，一种3D图像获取装置包括：物镜，用于聚焦目标的图像；图像处理单元，用于处理被物镜聚焦的图像以产生图像信号；如上所述的照射光学系统，照射目标以获取关于目标的深度信息；以及控制单元，用于控制物镜、图像处理单元和照射光学系统的操作。附图说明从以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他的方面将变得明显并更易于理解，在附图中：图1是示出根据本专利技术示范性实施例的三维(3D)图像获取装置的结构的概念图；图2是示出根据本专利技术示范性实施例的图1中的照射光学系统的结构的示意性概念图；图3是图2的照射光学系统的束成形元件沿线A-A’截取的示意性截面图；图4是用于描述照射效率根据从图2的照射光学系统发射的照射光的截面形状而增加的视图；图5是示出根据本专利技术另一示范性实施例的照射光学系统的结构的示意性概念图；图6是根据本专利技术另一示范性实施例的示意性截面图，示出图5的一个光源和一个光波导设置在束成形元件的每侧；图7是示出根据本专利技术另一示范性实施例的照射光学系统的结构的示意性概念图；图8是示出根据本专利技术另一示范性实施例的照射光学系统的结构的示意性概念图；图9是示出根据本专利技术示范性实施例的图8中示出的束成形元件阵列的布置的示意性截面图；图10是示出根据本专利技术另一示范性实施例的束成形元件阵列的布置的示意性截面图；以及图11是示出根据本专利技术另一示范性实施例的照射光学系统的结构的示意性概念图。具体实施方式现在详细参照照射系统和包括其的三维(3D)图像获取装置的实施例，其示例在附图中示出。在附图中，附图中相似的附图标记指代相似的元件，每个部件的尺寸可以为了清晰而被夸大。图1是示出根据本专利技术示范性实施例的三维(3D)图像获取装置100的结构的概念图。参照图1，3D图像获取装置100可以包括：物镜110，用于聚焦目标200的图像；图像处理单元120，用于处理被物镜110聚焦的图像以产生图像信号；照射光学系统130，用于照射目标200以获得关于目标200的深度信息；以及控制单元140，用于控制物镜110、图像处理单元120和照射光学系统130的操作。照射光学系统130可以辐射照射光例如红外线到目标200上。从目标200反射离开的红外照射光通过物镜110聚焦在图像处理单元120上。同时，从目标200反射离开的外部可见光可以聚焦在图像处理单元120上。图像处理单元120可以通过使用已知的飞行时间(TOF)技术调制红外照射光来产生用于计算关于目标200的深度信息的深度图像信号。图像处理单元120还可以通过使用可见光来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.14 KR 10-2010-01278661.一种具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，该照射光学系统包括：光源；束成形元件，用于使从所述光源发射的光均匀地均匀化并改变光的截面形状；以及透镜装置，用于将从所述束成形元件的出光面发射的光聚焦在目标上，其中从所述束成形元件的所述出光面发射的光的束截面形状与所述束成形元件的截面形状相同，并与所述三维图像获取装置的视场一致，使得所述照射光学系统的照射场与所述三维图像获取装置的视场一致。2.如权利要求1所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，还包括匹配透镜，所述匹配透镜设置在所述光源与所述束成形元件之间并用于将从所述光源发射的光引导到所述束成形元件的光入射面。3.如权利要求2所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中所述束成形元件的所述光入射面和所述出光面每个在其上具有抗反射涂层。4.如权利要求2所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中所述束成形元件的周边表面在其上具有反射涂层，入射在所述光入射面上的光通过全反射穿过所述束成形元件朝向所述出光面行进。5.如权利要求1所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中所述束成形元件包括由透明材料制成的积分棒。6.如权利要求5所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中所述积分棒具有矩形截面。7.如权利要求1所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，还包括将从所述光源发射的光引导到所述束成形元件中的光波导，其中所述光波导的第一端附接到所述光源，所述光波导的第二端附接到所述束成形元件的侧部。8.如权利要求7所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中所述光波导设置为相对于所述束成形元件的侧部倾斜从而使得引导到所述束成形元件中的光朝向所述束成形元件的所述出光面行进。9.如权利要求7所述的具有视场的三维图像获取装置的照射光学系统，其中多个光源经由多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴勇和，A施兰科夫，柳长雨，O罗兹科夫，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：