[发明专利]包括竖直腔表面发射激光器的阵列的用于红外照相机系统的照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及照明装置和照明方法。本发明还涉及包括该照明装置的照相机系统。

背景技术

用于交通监管或区域安全的红外照相机系统包括用于在红外波长范围中生成辐射的合算且小型的光照模块。这些小型光照模块一般为在例如高斯形状的远场中具有不均匀的强度分布的发光二极管。这导致要被照相机系统成像的对象的不均匀的光照并且因此导致对象的不均匀的图像。

发明内容

本发明的一个目的是提供照明装置和照明方法，其在远场中提供较为均匀的强度分布。本发明的另一目的是提供包括所述照明装置的照相机系统，以便允许照相机系统获取对象的较为均匀的图像。

在本发明的第一方面中呈现了一种用于照相机系统的照明装置，其中照明装置包括

- 发射发射锥的光源阵列，其中光源阵列被适配使得发射锥的边缘在相交平面中相交，以及

- 用于使远场中的强度分布均匀的发射透镜单元，

其中光源阵列和发射透镜单元被布置使得i）发射锥横穿发射透镜单元并且ii）光源阵列与发射透镜单元之间的距离从a）发射透镜单元的焦距与b）相交平面与光源阵列之间的距离之间的和或差偏离20%或更小。

由于光源阵列与发射透镜单元之间的距离从a）焦距与b）相交平面与光源阵列之间的距离之间的和或差偏离不超过20%，即由于该偏离分别不大于和或差的20%，因此光源阵列与发射透镜单元之间的距离基本上类似于a）焦距与b）相交平面与光源阵列之间的距离之间的和或差，从而将具有发射锥的相交边缘的相交平面变换到远场并且在远场中混合发射锥。这引起在远场中的较为均匀的强度分布。

优选的是，光源阵列与发射透镜单元之间的距离从a）焦距与b）相交平面与光源阵列之间的距离之间的和或差的偏离为10%或更小。进一步优选的是，该偏离为5%或更小。在进一步优选的实施例中偏离为零。具有光源阵列与发射透镜单元之间的距离从a）焦距与b）相交平面与光源阵列之间的距离之间的和或差的这些小偏离的照明装置在远场中提供了具有甚至更大程度的均匀性的强度分布。

发射透镜单元优选地包括一个或若干光学透镜，特别是折射透镜，以用于将相交平面变换到远场。

在实施例中，相邻光源的发射锥的边缘在相交平面中相交。在另一实施例中，光源关于彼此等距地布置，其中在相邻光源之间存在某个光源距离，并且其中具有关于彼此的、为某个光源距离的倍数的距离的光源的发射锥的边缘在相交平面中相交。如果其中具有关于彼此的、为某个光源距离的倍数的距离的光源的发射锥的边缘相交的相交平面被发射透镜单元变换到远场，则各个光源的发射锥的混合更强，从而在远场中生成均匀性程度进一步增加的强度分布。而且，如果具有关于彼此的、为某个光源距离的倍数的距离的光源的发射锥的边缘在相交平面中相交，则该相交平面具有比其中具有关于彼此的、仅为某个光源距离的距离的光源的发射锥的边缘相交的相交平面更大的到光源阵列的距离。该更大的距离导致更多发射锥的相交，从而降低斑点对比，这同样有助于远场中的强度分布的均匀性程度的增加。

光源阵列优选地是竖直腔表面发射激光器（VCSEL）阵列。VCSEL优选地发射具有小于0.2的数值孔径的窄光束（即窄发射锥）。而且，VCSEL的电光效率优选地相对大。例如，它可以是50%或更大。

在优选实施例中，光源是红外光源。如果光源是红外光源，则光不能被人看见，从而在不打扰人的情况下提供例如用于照相机系统的光。

光源可以布置在圆形或矩形中。特别地，光源可以布置在方形中。通过按照期望来选定光源的布置，可以在远场中创建对应形状的均匀光照。例如，如果光源布置在圆形中或矩形中，则远场中的均匀光照分别具有圆形或矩形的形状。

照明装置优选地被适配成用在具有视角的照相机系统中，其中照明装置具有由发射锥在已经横穿发射透镜单元之后形成的光的发散限定的发射角，并且其中照明装置被适配使得视角匹配发射角。优选地，如果视角等于或略微小于发射角，则视角匹配发射角。如果视角与发射角之间的偏离等于或小于发射角的20%，优选地小于10%并且甚至进一步优选地小于5%，则视角可以被视为略微小于发射角。

优选地，由光源阵列和发射透镜单元在远场中生成的强度分布包括中心均匀部分以及具有随着到强度分布中心的距离增加而减小的强度的缘边部分。在这种情况中，发射角优选地由缘边部分中的强度为中心均匀部分中的强度的一半的角位置限定。而且，在这种情况中，照明装置优选地被适配使得强度分布的中心均匀部分完全覆盖由视角限定的远场中的视区。这确保视区被均匀地光照，使得位于视区中的对象可以由照相机系统均匀地成像。