[發(fā)明專利]照射光學(xué)系統(tǒng)以及包括其的三維圖像獲取裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110416458.1
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102566047A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樸勇和;A.施蘭科夫;柳長雨;O.羅茲科夫
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/22;G02B27/09
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 李昕巍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及照射光學(xué)系統(tǒng)以及包括其的三維(3D)圖像獲取裝置，更具體地，涉及其中照射場與視場一致從而獲得更精確的深度信息的光學(xué)系統(tǒng)以及包括該光學(xué)系統(tǒng)的3D圖像獲取裝置。

背景技術(shù)

隨著3D顯示裝置的最近的進(jìn)展以及對其增大的需求，其中深度能夠被感知的3D內(nèi)容的重要性變得突出。因而，對能夠使用戶自行創(chuàng)建3D內(nèi)容的3D圖像獲取裝置諸如3D照相機的研究正在增加。3D照相機需要具有這樣的功能，即利用該功能，通過一個照相操作，深度信息與普通2D彩色圖像信息一起被獲取。

表示3D照相機與目標(biāo)的表面之間的距離的深度信息可以使用利用兩個照相機的立體視覺法獲取，或者使用利用結(jié)構(gòu)光和照相機的三角測量法獲取。然而，根據(jù)這些方法，照相機到目標(biāo)的距離越大，所獲得的深度信息變得越不精確，且這些方法高度依賴于目標(biāo)的表面狀態(tài)。因此，通過這些方法難以獲取精確的深度信息。

為了解決這些問題，已經(jīng)引入了飛行時間(TOF)技術(shù)。TOF技術(shù)測量照射光被照射到目標(biāo)上之后從其反射離開至用于接收該照射光的光接收單元的行進(jìn)時間。TOF技術(shù)涉及通過利用包括發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)的照射光學(xué)系統(tǒng)照射具有特定波長(例如，具有850nm波長的近紅外線)的光到目標(biāo)上、在光從目標(biāo)反射離開之后用光接收單元接收光以及通過例如用已知增益波長的調(diào)制器調(diào)制所接收的光來提取深度信息的一系列處理。已有用于該一系列處理的各種TOF技術(shù)。

在利用從照射光學(xué)系統(tǒng)投射之后從目標(biāo)反射離開的光來測量距離時，入射在3D照相機上的反射光的量越大，所獲得的深度信息變得越精確。這是因為在利用3D照相機提取深度信息的信號處理中，信噪比與入射光的量成比例，信噪比越大，則所獲得的深度信息變得越精確。然而，通常，3D照相機中的視場并不與其照射光學(xué)系統(tǒng)的照射場相匹配，因此相當(dāng)數(shù)量的照射光不能用于提取深度信息。因此，需要設(shè)計一種有效的光學(xué)系統(tǒng)以向3D照相機提供盡可能多的反射光。

為了3D照相機獲得更精確的深度信息，可以使用具有短波長的相干光源，諸如激光二極管(LD)或發(fā)光二極管(LED)。然而，當(dāng)相干光源用于發(fā)射光到目標(biāo)上時，來自相干光源的斑點噪聲會惡化圖像質(zhì)量。為了消除這樣的斑點噪聲，可以使用諸如磨砂玻璃的散射器。然而，由于散射器導(dǎo)致的光散射或吸收，深度信息的獲得可能不那么精確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供在三維(3D)圖像獲取裝置中能夠獲得更精確的深度信息的照射系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例提供了能夠有效抑制斑點噪聲的照射光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例提供了包括該光學(xué)系統(tǒng)的3D圖像獲取裝置。

根據(jù)本發(fā)明的方面，3D圖像獲取裝置的照射光學(xué)系統(tǒng)包括：光源；束成形元件，用于使從光源發(fā)射的光均勻地均勻化并改變光的截面形狀；以及透鏡裝置，用于將從束成形元件的出光面發(fā)射的光聚焦在目標(biāo)上。

在照射光學(xué)系統(tǒng)中，從束成形元件的出光面發(fā)射的光的束截面形狀可以與束成形元件的截面形狀相同，并與3D圖像獲取裝置的視場一致。

照射光學(xué)系統(tǒng)還可以包括匹配透鏡，該匹配透鏡設(shè)置在光源與束成形元件之間并用于將從光源發(fā)射的光引導(dǎo)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個在其上具有抗反射涂層。

束成形元件的周邊表面可以在其上具有反射涂層，入射在光入射面上的光可以通過全反射穿過束成形元件朝向出光面行進(jìn)。

束成形元件可以包括由透明材料制成的積分棒。

積分棒可以具有矩形截面。

照射光學(xué)系統(tǒng)還可以包括將從光源發(fā)射的光引導(dǎo)到束成形元件中的光波導(dǎo)。光波導(dǎo)的第一端可以附接到光源，光波導(dǎo)的第二端可以附接到束成形元件的側(cè)部。

光波導(dǎo)可以設(shè)置為相對于束成形元件的側(cè)部傾斜使得引導(dǎo)到束成形元件中的光能夠朝向束成形元件的出光面行進(jìn)。

多個光源可以經(jīng)由多個光波導(dǎo)設(shè)置在束成形元件的側(cè)部上。

束成形元件可以具有矩形截面，至少一個光源和至少一個光波導(dǎo)可以設(shè)置在束成形元件的四側(cè)的每個上。

照射光學(xué)系統(tǒng)還可以包括多個匹配透鏡和多個光源，其中多個匹配透鏡可以分別設(shè)置在多個光源與束成形元件之間，并可以將從多個光源發(fā)射的光引導(dǎo)到束成形元件的光入射面。

多個光源中的至少一個和多個匹配透鏡中的至少一個可以每個具有朝向束成形元件的光入射面傾斜的光軸。

束成形元件可以具有其中與光入射面相比出光面相對較小的漸縮形狀。