[发明专利]漫射照明系统

说明书

本公开的实施例涉及漫射照明系统。一种用于减少漫射相关照明不均匀性的漫射照明系统，包括垂直腔面发射激光VCSEL发射器阵列和漫射元件，漫射元件包括透明基底和纳米结构阵列。每个纳米结构的尺寸和形状被配置为延迟从发射器入射在每个纳米结构上的光的两个正交偏振状态的相位，以减少在输出中的照明不均匀性。

技术领域

本申请总体涉及照明系统，更具体地涉及漫射照明系统。

背景技术

照明系统，特别是使用漫射元件的基于激光的照明系统，受到在照明输出中的散斑的影响。在输出中观察到的散斑是相干照明通过漫射元件的不同路径传播时产生的干涉的结果。此外，在移动应用中的有效激光源通常被配置为多发射器激光阵列，诸如垂直腔面发射激光(VCSEL)阵列，其产生高光谱纯度、低发散度和高相干的光束，从而增强散斑图案的强度。此外，在与独立VCSEL发射器相关联的散斑图案之间可能发生拍频，从而在输出照明中产生结构化的不均匀性。

通常，如在被照明的目标上观察到的或由检测器成像的，结构化的不均匀性具有高频率。拍频模式频率通常高于与散斑相关联的频率。针对具有小于百万像素分辨率的飞行时间应用，在创建高频结构化非均匀照明输出中的散斑干涉图案的拍频不一定是问题，这是因为这些传感器阵列的分辨率可能太小而无法检测结构化不均匀性。然而，由于技术的进步引起传感器分辨率的提高，例如百万像素密度和更高像素密度，因此需要缓解在照明输出中不均匀性的生成。

发明内容

本公开的实施例涉及缓解与漫射照明系统相关联的输出照明不均匀性。本公开的实施例可以与用于飞行时间分析和机器视觉的系统和方法结合使用。

本公开提供了一种偏振相关漫射元件，该偏振相关漫射元件通过采用多个图案化纳米结构来将穿过漫射元件的非均匀相位延迟应用于入射到漫射元件上的光的波前，多个图案化纳米结构延迟入射光的第一正交偏振状态和第二正交偏振状态。这具有减少在VCSEL系统中噪声的相关性的效果，从而减少由散斑图案的拍频导致的高频结构化照明图案的强度。

在实施例中，提供了一种用于减少与漫射相关的照明不均匀性的漫射照明系统，包括垂直腔面发射激光(VCSEL)发射器阵列。每个发射器都具有发射表面，光通过该表面发射。系统进一步包括漫射元件，包括透明基底和纳米结构阵列。透明基底具有上表面和下表面。透明基底的下表面位于多个发射器中的每个发射器的发射表面上，并且纳米结构阵列位于透明基底的上表面上。每个纳米结构的尺寸和形状被配置为延迟入射到每个纳米结构上的光的第一偏振状态的相位以及第二偏振状态的相位，以减少照明不均匀性。第一偏振状态与第二偏振状态正交，并且入射到每个纳米结构上的光由至少一个发射器发射。

在另一实施例中，提供了一种系统，包括漫射照明系统，并且进一步包括处理器、透镜系统和检测器。处理器被配置为触发由VCSEL发射器发射的光，并且该光经由透镜系统被引导到目标。检测器被配置为经由透镜系统接收从目标反射的光。

在另一实施例中，系统是飞行时间相机。处理器被配置为基于发射和接收的光来确定到目标的飞行时间。

在另一实施例中，系统是机器视觉相机。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施例，其中：

图1是根据本公开的实施例的用于成像目标的系统的示意图；

图2是根据本公开的实施例的图1的系统的漫射照明部件的示意图；

图3示出了在常规照明系统的输出中的散斑图案；

图4示出了常规高分辨率照明系统的两个输出；

图5是根据本公开的实施例的位于图2的透明基底上的柱阵列的俯视图；以及

图6示出了根据本公开的实施例的图2的照明系统的输出。

具体实施方式