[发明专利]亮度增强的光学成像发射机

说明书

实施例描述了包括一个或多个微光学部件的光学成像器。一些成像器可以是无源成像器，其包括用于从场接收环境光的光检测系统。一些成像器可以是有源成像器，除了所述光检测系统之外，还包括光发射系统。所述光发射系统可以被配置成将光发射到场内，使得发射的光从场内物体的表面反射并被所述光检测系统接收。在一些实施例中，所述光检测系统和/或所述光发射系统包括用于改善操作性能的微光学部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月15日提交的美国临时专利申请第62/506,449号、2017年5月15日提交的美国临时专利申请第62/506,437号、2017年5月15日提交的美国临时专利申请第62/506,445号和2017年6月5日提交的美国临时专利申请第62/515,291号的优先权，其全部内容通过引用并入本文，并用于所有目的。

背景技术

成像器检测光，并基于该检测到的光创建场景的数字图像。图像包含固定数量的像素行和列，其中每个像素映射到场景中的不同视场。电子成像器通常利用光电检测器将光转换成电信号。每个光电检测器位于焦平面上的不同位置，通常对应于图像中的单个像素或像素的分量。电子成像器通常可被分为两种类型之一：无源照射成像器或有源照射成像器。无源照射成像器收集环境光，例如由场景中的物体反射的太阳光，而有源照射成像器照射场景并收集由有源照射成像器系统本身产生的反射光。

窄带成像器收集有限波长范围内的光。这与传统摄像机(camera)不同，传统摄像机检测遍及整个可见光谱或三个不同的宽RGB色带中的光，每个色带可以是100纳米或更宽。由于其所依赖的滤光器的特性，窄带成像器比传统摄像机更难开发。滤光器用于防止电磁波谱的一部分到达光电检测器。大多数窄带滤光器依靠薄膜干涉效应来选择性地透射或反射光(这种滤光器常被称为介质镜或布拉格镜)。窄带滤光器的光谱透射率取决于形成滤光器的组成层的数量、厚度、顺序和折射率。滤光器的光谱透射率还取决于光在窄带滤光器上的入射角。

当前的窄带成像器或者视场较小，或者过滤小于约50纳米的波段的能力有限。滤光器对入射光的角度很敏感，因此很难获得窄范围的波长。例如，滤光器可以接受波长为940-945纳米的垂直光和波长为930-935纳米的稍微倾斜的光。由于传统摄像机中的大多数光电检测器具有大范围的入射光角度，只在其前面放置滤光器并不会真正实现窄带滤光。缩窄入射到光电检测器上的光的角度通常需要使用焦距较长的透镜，这就缩窄了摄像机的视场。

宽视场成像器难以生成均匀清晰的视觉图像，也难以遍及场景进行均匀测量。例如，与场景末端的像素相比，图像中心的像素可能显得更亮或者代表不同波长的光。对一些应用来说，宽视场是理想的，因其提供更好的情境感知。例如，旨在检测交通工具周围行人的基于摄像机的汽车安全系统可能需要在交通工具周围360度的视场中进行监控。需要少量宽视场传感器即可完成许多窄视场传感器才能完成的工作(即，生成完整360度视场的图像)，从而降低系统成本。

窄带成像器有许多应用，包括地理测绘、天文学和LIDAR(光检测和测距)。窄带成像器可以检测特征光波长，例如由含有叶绿素的植物或恒星内部的元素产生的波长。窄带成像器可用于，例如，确定植被健康或发现油藏。光学接收机系统，诸如LIDAR，可用于物体检测和测距。LIDAR系统通过用光照射目标或风景，使用来自激光器的脉冲，测量光子到达目标或风景并在反射到窄带成像器后返回所需的时间，来测量到目标或风景中物体的距离。其他LIDAR技术，诸如光解调、相干LIDAR和距离选通LIDAR，也依赖光子的传输和反射，尽管它们可能不直接测量激光脉冲的飞行时间。对于许多LIDAR应用而言，其有益于发射机(transmitter)和接收机的物理尺寸小而紧凑，同时成本相对较低。对于必须远距离精确感测物体的应用而言，其有益于增加或最大化发射机发射并反射回接收机的光子数量，同时将激光能量发射保持在规定的安全限制内。