投光器和用于距离测定的视觉系统技术方案

一种投光器，其包括层状平面光学元件堆叠，其中该堆叠包括一组（103）被布置成提供多个光图案的平面光学元件（107-111）。该堆叠可特别地包括一组具有不透明图案的透明层，使得通过这些透明层传播的光产生光图案。这些光图案到达被布置成将这些光图案聚焦于不同的焦距处的微透镜阵列（101）。在某些情况下，可编程光学元件可被用来产生这些光图案。视觉系统可基于投射的光图案的反射来确定对象的特性。该方法特别地可提供有效且低成本的用于距离测定的投光系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种投光器和相关联的视觉系统，并且具体地但非排外地，涉及用于从投射光的反射检测对象的特性的方法。
技术介绍
随着复杂信号处理的出现和实用性的日益增加以及可控光学元件的日益增加，已经导致光学和视觉系统变得越来越复杂并且提供越来越高级的功能性。实际上，光学系统或视觉系统被日益用来提供自动化的或辅助的功能性诸如对象检测、距离测定等。作为一个示例，美国专利US7012750公开了一种在其中将光学图案投射在对象上并且用来聚焦摄像机的系统。该系统包含一种用于调整摄像机的聚焦直到图案在焦点上的聚焦检测装置。所公开的系统通过发送相干的激光通过微透镜阵列生成光学图案。微透镜阵列的衍射促使相干的激光产生干涉图案，并且通过相长干涉引起波峰而通过相消干涉引起波谷。US7012750公开了使用各向异性的阵列透镜以提供被投射到对象上以辅助自动聚焦的线干涉图案。作为另一示例，已经提出的是，在不同的焦距处投射不同的图案使得在不同的距离处的对象可反射不同的图案。然而，这样的多焦点系统倾向于是相对复杂的、死板的、昂贵的以及次最优的(suboptimal)。此外，虽然已经提出过光学图案的日益高级和复杂的应用，但是这些倾向于受到特定应用的限制或次最优地执行。因此，改进的或增强的系统将是有利的，其中包含提供另外的功能性、应用、灵活性、便利的实施方式、减少成本和/或提供相对于现行方法改进的性能的方法。
技术实现思路
因此，优选地，本专利技术试图逐一地或以任意组合缓和、减轻或排除上述缺点中的一个或多个。根据本专利技术的一方面，提供了一种包括层状光学兀件的布置的投光器，堆叠包括被布置成提供多个光图案的至少一个光学元件的组；以及微透镜阵列，其被布置成将多个光图案聚焦在不同的焦距处。本专利技术可提供具有适合于许多不同应用的附加功能的投光器。具体地，本专利技术可提供产生能够反射对象的多焦点光学图案的低复杂性和/或低成本装置。从投射在对象上的图案可确定对象的各种特性。对微透镜阵列连同多个光学光图案的使用提供特别有效的实施方式。该投光器可提供在该离投光器不同的距离处聚焦的光学图案的特别有效的产生。这些微透镜可被特别地布置成作为落在每个微透镜上的光的折射的结果而将光图案聚焦在不同的距离处。在许多情境下，微透镜阵列可有利地是各向同性的微透镜阵列。在一些实施例中，该布置可特别地为对象的堆叠。在一些实施例中，该至少一个光学元件和/或微透镜阵列可为大致平面的。如果元件或光学层是大致平坦的，则其可被视为平面的。例如，如果与二维平面的偏差小于在二维平面中的有效区域的最大延伸的10%，则元件或层可被视为平面的。有效区域可为有助于产生的图案的有效部分的区域。该组平面光学元件可包括一个或多个光学元件。在一些实施例中，该(平面)光学元件在某种程度上可为弯曲的。具体地，如果弯曲的元件的厚度是例如曲率半径的最大5%，则其可被视为平面。投光器可利用在从该组平面光学元件到微透镜阵列的方向上的光辐射。根据本专利技术的可选特征，该投光器包括光源，该光源被定位使得来自该光源的光通过该一组至少一个光学元件传播到该微透镜阵列；以及其中该一组至少一个光学元件包括具有对应于该多个光图案中的光图案的光衰减图案的至少一个光衰减光学元件。这可提供在不同距离处的特别有效的、低复杂性、低成本和/或改进的光学图案的产生。在许多实施例中，该方法可允许使用低成本光源和光学元件。实际上，在一些实施例中，提供扩散光的低成本光源可与以在其上附带有不透明或半透明的例如印刷的图案的透明基底的形式的低复杂性光学元件一起使用。第一组光学元件可被定位在光源与微透镜阵列之间。根据本专利技术的可选特征，该一组至少一个光学元件包括至少一个发光元件，该至少一个发光元件被布置成发射对应于所述多个光图案中的至少一个图案的空间光图案。在许多实施例中，这可提供增加的性能、减小的能量消耗、增加的灵活性、或便利的实施方式。例如，它可规避对将被包括的独立光源的需要。所述至少一个平面发光元件可因此不仅传播光而且可本身产生形成光图案的光。因此，所述至少一个平面发光元件可为有源地产生光的元件，且所产生的光对应于多个光图案的图案。根据本专利技术的可选特征，所述至少一个平面发光元件是有机发光二极管OLED阵列。这可提供特别有利的实施方式，其中在将成本和能量消耗保持在低水平的同时，产生准确的光学图案。此外，OLED当被用于如下情境下时可为特别有效的除光图案外，投光器还辐射其它光，诸如例如在除用于光图案外的其它频率下的扩散光。根据本专利技术的光学特征，所述一组至少一个光学元件包括多个图案化的光学元件，每个图案化的光学元件具有对应于所述多个光图案的图案的不同的固定图案。这可提供在不同距离处的特别有效的、低复杂性、低成本和/或改进的光学图案的产生。在许多实施例中，该方法可允许使用低成本光源和光学元件。实际上，在一些实施例中，提供扩散光的低成本光源可与以在其上附带有不透明或半透明的例如印刷的图案的透明基底的形式的低复杂性光学元件一起使用。根据本专利技术的可选特征，该投光器被布置成以同时辐射所述多个光图案中的至少一些。这在许多实施例中可允许特别有效的实施方式并且可降低成本或复杂性。此外，该方法允许例如视觉检测系统能够假定图案始终是存在的。当在单个图像中分析甚至较快的快门时间时，该方法可例如允许不同的图案被考虑。根据本专利技术的可选特征，该投光器被布置成以时间顺序辐射所述多个光图案中的至少一些。这在许多实施例中可允许特别有效的实施方式并且可降低成本或复杂性和/或可提供改进的性能。它可例如规避对多个图案化的光学元件的需要。该方法可进一步特别地经得起实施方式的检验，其中这些光图案可通过动态可控的光学元件产生，因为该方法可常常允许图案灵活地产生。根据本专利技术的可选特征，所述一组至少一个光学元件的至少一个光学元件是能够响应于控制信号改变光学特性的可控元件的可编程光学阵列；并且该投光器进一步包括用于产生控制信号以提供所述多个光图案中的至少一个的装置。这在许多实施例中可提供特别有利的操作和/或实施方式。例如，它可允许图案适于特定的特性。光学特性可为发光或光衰减特性中的至少一个。 根据本专利技术的可选特征，所述多个的光图案是红外光图案。这在许多情境下可为特别有利的。本专利技术可例如提供可由视觉系统用来推导特性而不会使用户分心或对用户不便的不可见的光学图案化。根据本专利技术的可选特征，该投光器进一步包括可见光源，该可见光源被布置成通过微透镜阵列辐射可见光。特别地，投光器连同不可见的光学光图案可提供可见光辐射，且无图案化。因此，单个投光器不仅可用来例如照亮一区域，而且也可提供可用来分析该区域的附加的图案化。特别地，可见光可为不相干的散射光。在一些实施例中，可见光可进一步透过所述一组光学层中的至少一个传播。根据本专利技术的可选特征，所述多个光图案中的至少一些是相互具有不同的空间重复图案的重复图案。这可提供对微透镜阵列的特性的非常有利的使用以提供仅是为重复图案改变空间重复距离的不同的焦距。特别地，图案可通过空间地重复在微透镜阵列的节距与确定焦距的图案片段重复的节距之间具有关系的图案片段而形成。在一些实施例中，图案片段重复的节距可有利地高于微透镜阵列的微透镜之间的节距。在一些实施例中，图案片段重复的节距可有利地低于微透镜阵列的微透镜之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ德布鲁伊恩，HAW施梅茨，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：