УСТРОЙСТВО ИНФРАКРАСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
DEVICE FOR INFRARED LASER LIGHTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству освещения для освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн, устройству измерения расстояния и съемочной системе, содержащей такое устройство освещения. Изобретение также относится к способу освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
US 2012/0038903 A1 описывает способы и системы для адаптивного управления освещением сцены. В частности, освещается сцена, и измеряется свет, отраженный от сцены. Принимается информация в отношении уровней интенсивности света, принимаемых различными пикселями многопиксельного фотоприемника и соответствующих различным участкам на сцене, и/или информация в отношении дальности до участка на сцене. Указанная информация после этого используется в качестве сигнала обратной связи для управления уровнями освещения на сцене. В частности, различные участки сцены могут обеспечиваться различными уровнями освещения в ответ на сигнал обратной связи.
Источник света, используемый для освещения, может представлять собой лазерную матрицу.
В EP 2 827 175 A2 описаны устройство и способ для 3-мерного распознавания приближения, формирования изображения и сканирования с помощью 2-мерного плоского источника на основе матрицы VCSEL с использованием отраженного от объекта излучения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства инфракрасного освещения. Устройство освещения может применяться для съемочных систем и времяпролетных устройств измерения расстояния.
В соответствии с первым аспектом, предлагается устройство освещения для освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн. Устройство освещения содержит, по меньшей мере, первую группу лазерных устройств, содержащую, по меньшей мере, одно лазерное устройство, и, по меньшей мере, вторую группу лазерных устройств, содержащую, по меньшей мере, одно лазерное устройство. Первая и вторая группы лазерных устройств выполнены с возможностью применения независимо друг от друга. Первая группа лазерных устройств выполнена с возможностью излучения лазерного света с первой характеристикой излучения. Вторая группа лазерных устройств выполнена с возможностью излучения лазерного света со второй характеристикой излучения, отличной от первой характеристики излучения. Первая и вторая характеристики излучения могут выбираться, по меньшей мере, из одного из угла расхождения, поляризации, длительности импульса излучения, селекции мод и интенсивности группы.
Первая и вторая группы лазеров могут, например, быть изменены некоторым образом для влияния на излучение, например, с помощью поверхностной решетки с неглубокими штрихами, которая может предусматриваться на излучающей поверхности лазерного устройства. Поверхностная решетка с неглубокими штрихами может использоваться для активации селекции мод, например, мод лазера с кольцеобразным сечением луча или мод централизованного лазера в лазерном резонаторе лазерного устройства. Лазерное устройство может предпочтительно представлять собой полупроводниковый лазерный диод, такой как лазерный диод с боковым излучением или Лазер Поверхностного Излучения с Вертикальным Резонатором (VCSEL), излучающий лазерный свет в диапазоне длин волн свыше 750 нм вплоть до 3000 нм.
Первая и вторая группы лазерных устройств могут излучать с различными направлениями поляризации. Направление поляризации может также фиксироваться с помощью поверхностной решетки или подходящей оптической обратной связи.
Устройство освещения может содержать две, три, четыре или более групп лазерных устройств, содержащих, по меньшей мере, одно лазерное устройство. Различные характеристики излучения могут обеспечивать улучшенное освещение трехмерных компоновок. Трехмерная компоновка может содержать сцену, освещаемую устройством освещения. Различные характеристики излучения могут использоваться для компенсации или учета глубины сцены. Различные части трехмерной компоновки могут освещаться с помощью первой, второй, третьей и т.д. характеристики излучения различным образом.
Независимое управление различными группами лазерных устройств может быть особенно предпочтительным в динамически изменяющихся ситуациях. Кроме того, существует возможность обеспечения обратной связи с помощью оптического приемника, такого как прибор с зарядовой связью и т.п., с целью адаптации характеристик излучения различных групп лазерных устройств по отношению к отраженному свету. В этом случае существует возможность адаптации излучаемого лазерного света к структуре трехмерной компоновки и дополнительно к свойствам поверхности элементов трехмерной компоновки.
Первая и вторая характеристики излучения могут, например, адаптироваться таким образом, что первая поверхность трехмерной компоновки, которая расположена параллельно первой и/или второй группе лазерных устройств, принимает меньше лазерного света, излучаемого первой и/или второй группой лазерных устройств, чем вторая поверхность трехмерной компоновки, принимающая лазерный свет, излучаемый первой и/или второй группой лазерных устройств. Вторая поверхность расположена с некоторым углом наклона относительно первой и второй групп лазерных устройств. Принимаемый лазерный свет определяется с учетом угла наклона.
Интенсивность принимаемого лазерного света может при этом адаптироваться с помощью независимого управления первой и второй или более из характеристик излучения к относительному положению поверхностей элементов трехмерной компоновки.
Различные группы лазерных устройств могут, например, освещать центральную часть трехмерной компоновки иначе, чем ту или иную часть, при более значительных углах с целью обеспечения безопасного для глаз устройства, наблюдаемого при всех углах, но с достаточной мощностью во всех направлениях. Во многих случаях ограничение по безопасности для глаз устанавливает верхний предел в прямом направлении (пиковое излучение), ограничивающий мощность относительно низкими уровнями и заканчивающийся недостаточными уровнями освещения в других частях. Наружные части могут вследствие этого принимать больше лазерного света, который может, например, главным образом обеспечиваться с помощью различных групп лазерных устройств, чем лазерный свет, принимаемый центральной частью.
Устройство освещения содержит первое оптическое устройство, которое выполнено с возможностью изменения первой характеристики излучения таким образом, что лазерные устройства первой группы лазерных устройств излучают лазерный свет с первым углом расхождения. Лазерные устройства второй группы лазерных устройств выполнены с возможностью излучения лазерного света со вторым углом расхождения, отличным от первого угла расхождения. Первая и вторая характеристики излучения адаптируются с помощью первого и второго углов расхождения для освещения различных частей трехмерной компоновки различным образом.
Устройство освещения может содержать второе оптическое устройство, выполненное с возможностью изменения второй характеристики излучения таким образом, что лазерные устройства второй группы лазерных устройств излучают лазерный свет со вторым углом расхождения. Первое и/или второе оптическое устройство могут содержать матрицу микролинз.
2
Угол расхождения определяется как угол между противоположными точками конуса излучения лазерного устройства, при котором интенсивность лазерного света, излучаемого лазерным устройством, достигает 1/e (e - число Эйлера) максимальной интенсивности, излучаемой лазерным устройством.
Лазерные устройства первой и второй групп лазерных устройств могут выбираться таким образом, что углы расхождения лазерных устройств первой и второй групп лазерных устройств различны. Это может, например, осуществляться с помощью различных диаметров лазерного резонатора (например, диаметров мезаструктур в случае VCSEL). Оптические устройства могут использоваться в качестве независимой меры с целью адаптации углов расхождения в соответствии с применением устройства освещения.
Может, например, быть предпочтительным использование первой характеристики излучения с тупым углом расхождения для освещения области, на которой должен освещаться заданный объект. Вторая и при необходимости третья характеристики излучения с меньшим углом расхождения могут использоваться для освещения области вокруг объекта. Независимое управление различными группами лазерных устройств в комбинации с различными углами расхождения может использоваться для обеспечения достаточного освещения объекта на переднем плане и окружающих объектов на заднем плане трехмерной компоновки. Это может, например, быть предпочтительным в случае применений наблюдения, в которых объект переднего плана, являющийся сильноотражающим, может создавать слабый контраст и даже исключать распознавание объектов заднего плана.
Первая группа лазерных устройств и вторая группа лазерных устройств предпочтительно размещаются на одной конструкции на общем кристалле. Лазерные устройства могут предпочтительно представлять собой Лазеры Поверхностного Излучения с Вертикальным Резонатором (VCSEL). Компоновка на общем кристалле может содержать установочную структуру для компоновки двух кристаллов с различными лазерными устройствами. Первая группа лазерных устройств может входить в состав первого матричного кристалла лазерных устройств, расположенного на установочной структуре, а вторая группа лазерных устройств может входить в состав второго матричного кристалла лазерных устройств, расположенного на установочной структуре. Лазерные устройства, а точнее, VCSEL первой и второй групп лазерных устройств могут быть различными ввиду порога, апертуры и т.п. Поэтому существует возможность адаптации характеристик излучения первой и второй групп лазерных устройств с помощью настройки лазерных устройств (VCSEL).
Первая группа лазерных устройств и вторая группа лазерных устройств устройства освещения могут в качестве альтернативы размещаться на общем кристалле, причем, первая группа лазерных устройств и вторая группа лазерных устройств совместно используют один общий контактный слой и, причем, первая группа лазерных устройств электрически соединена с первым электрическим контактом, а вторая группа лазерных устройств электрически соединена со вторым электрическим контактом. Такая интегральная компоновка может обеспечивать простое и дешевое производство устройства освещения. Общий кристалл может содержать три, четыре или более групп лазерных устройств с соответствующим электрическим контактом. Каждая из групп лазерных устройств может независимо управляться с помощью первого, второго, третьего и т.д. электрического контакта. Одна или более групп лазерных устройств могут быть объединены с оптическим устройством, таким как матрица микролинз, зеркала и т.д. с целью адаптации соответствующей характеристики излучения.
Лазерные устройства первой группы лазерных устройств могут размещаться в первой геометрической компоновке (конструкции) с целью излучения лазерного света с первой характеристикой излучения, а лазерные устройства второй группы лазерных устройств могут размещаться во второй геометрической компоновке (конструкции), отличной от первой геометрической компоновки, с целью излучения лазерного света со второй характеристикой излучения. Геометрическая компоновка может включать в себя относительное размещение первого и второго матричных кристаллов лазерных устройств относительно друг друга.
Лазерные устройства одной группы лазерных устройств могут, например, размещаться в круглой компоновке(конструкции), причем, лазерные устройства другой группы лазерных устройств могут размещаться в прямоугольной конструкции. Расстояние между лазерными устройствами может быть различным. Лазерное устройство первой группы лазерных устройств может размещаться по схеме прямоугольной матрицы, а лазерные матрицы второй группы лазерных устройств могут размещаться по схеме гексагональной матрицы.
Лазерные устройства первой группы лазерных устройств могут иметь первую апертурную характеристику, а лазерные устройства второй группы лазерных устройств могут иметь вторую апертурную характеристику, отличную от первой апертурной характеристики. Апертурные характеристики могут включать в себя, например, диаметр и форму апертуры.
Устройство освещения может содержать схему возбуждения. Схема возбуждения выполнена с возможностью возбуждения первой группы лазерных устройств с использованием первого тока возбуждения и второй группы лазерных устройств с использованием второго тока возбуждения, отличного от первого тока возбуждения. Схема возбуждения может комбинироваться с любым вариантом осуществления вышеописанного устройства освещения. Схема возбуждения может обеспечивать независимое управление двумя или более группами лазерных устройств. Схема возбуждения может комбинироваться с оптическим датчиком с целью обеспечения контура обратной связи на основе данных измерений, предоставляемых оптическим датчиком во время освещения сцены с помощью устройства освещения.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, предлагается устройство измерения расстояния. Устройство измерения расстояния содержит, по меньшей мере, одно устройство освещения, как описано выше, и, по меньшей мере, один фотоприемник, выполненный с возможностью приема отраженного лазерного света, излучаемого первой и/или второй группой лазерных устройств. Устройство измерения расстояния дополнительно содержит анализатор. Анализатор выполнен с возможностью идентификации отраженного лазерного света, и анализатор дополнительно выполнен с возможностью определения времени пролета между временем приема отраженного лазерного света и временем излучения лазерного света.
Схема возбуждения выполнена таким образом, что, по меньшей мере, одна группа лазерных устройств излучает короткий лазерный импульс с длиной импульса менее 100 нс, предпочтительно менее 50 нс, более предпочтительно менее 20 нс. Частота повторения лазерных импульсов дополнительно выполнена таким образом, что обеспечивается идентификация соответствующего лазерного импульса. Последнее зависит от ожидаемого расстояния. Серии импульсов с частотами повторения в серии импульсов порядка 10-100 МГц и частота повторения для различных серий импульсов порядка от нескольких Гц до кГц могут использоваться в методе фазовых сдвигов. Группа лазерных импульсов, используемая для измерения времени пролета, может излучать лазерный свет с конкретной характеристикой излучения, такой как заданная поляризация, с целью упрощения идентификации лазерных импульсов и улучшения оценки времени пролета. Одна или более групп лазерных устройств могут использоваться в целях освещения в дополнение к измерению времени пролета. Одна, две, три или более групп лазерных устройств устройства освещения могут использоваться в двойном режиме таким образом, что короткие лазерные импульсы могут использоваться для измерения расстояния в первом периоде времени, а другие - в частности, более длинные - лазерные импульсы могут использоваться во втором периоде времени для освещения с целью обеспечения лазерного света с требуемой характеристикой излучения. Результаты измерения расстояния могут использоваться для улучшения изображений, которые могут быть получены с помощью лазерного света, излучаемого устройством освещения, выполненным в виде устройства измерения расстояния. Яркость объектов заднего плана может, например, адаптироваться с помощью результатов измерений расстояния.
В соответствии с третьим аспектом, предлагается съемочная система, содержащая устройство освещения в соответствии с любым вариантом осуществления, описанным выше. Съемочная система содержит съемочное устройство и оптический датчик, причем, оптический датчик выполнен с возможностью выдачи данных оптического датчика для управления устройством освещения таким образом, что первая группа лазерных устройств излучает лазерный свет с первой характеристикой излучения, а вторая группа лазерных устройств излучает лазерный свет со второй характеристикой излучения при возбуждении схемой возбуждения.
Съемочная система может содержать контур обратной связи, вследствие чего лазерный свет, излучаемый устройством освещения, может адаптироваться с помощью данных оптического датчика, выдаваемых с помощью оптического датчика. Оптический датчик может представлять собой интегрированный элемент съемочного устройства (например, прибор с зарядовой связью или кристалл съемочного устройства) или отдельный оптический датчик (например, два или более фотодиодов). Контур обратной связи может использоваться для оптимизации качества изображения в отношении равномерного освещения. Характеристика излучения группы лазерных устройств, освещающих задний план сцены, может, например, адаптироваться для излучения большего количества лазерного света, если задний план является слишком темным.
Съемочная система может в качестве альтернативы или в дополнение содержать устройство измерения расстояния, как описано выше, которое может использоваться для улучшения качества изображения с помощью результатов измерений расстояния.
В соответствии с еще одним аспектом предлагается способ освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн. Способ включает в себя этапы
- освещения, по меньшей мере, первой части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, первой группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем, лазерный свет, излучаемый первой группой лазерных устройств, характеризуется первой характеристикой излучения;
- изменения первой характеристики излучения с помощью первого оптического устройства таким образом, что лазерные устройства первой группы лазерных устройств излучают лазерный свет с первым углом расхождения;
- независимого освещения, по меньшей мере, второй части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, второй группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем лазерный свет, излучаемый второй группой лазерных устройств, характеризуется второй характеристикой излучения, отличной от первой характеристики излучения, причем, вторая характеристика излучения характеризуется вторым углом расхождения, отличным от первого угла расхождения;
- адаптации первой и второй характеристик излучения с помощью первого и второго углов расхождения таким образом, что различные части трехмерной компоновки освещаются различным образом.
Первая часть и вторая часть трехмерной компоновки могут перекрываться или даже быть одинаковыми. Первая часть может являться подмножеством второй части, или наоборот. Первая и/или вторая группы лазерных устройств управляются таким образом, что первая и/или вторая части освещаются независимо. Интенсивность лазерного света, излучаемого первой группой лазерных устройств, может, например, изменяться, когда интенсивность лазерного света, излучаемого второй группой лазерных устройств, остается постоянной.
В соответствии с еще одним аспектом, предлагается способ измерения расстояний. Способ включает в себя этапы:
- освещения, по меньшей мере, первой части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, первой группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем, лазерный свет, излучаемый первой группой лазерных устройств, характеризуется первой характеристикой излучения;
- независимого освещения, по меньшей мере, второй части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, второй группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем, лазерный свет, излучаемый второй группой лазерных устройств, характеризуется второй характеристикой излучения, отличной от первой характеристики излучения;
- управления первой и/или второй группой лазерных устройств таким образом, что расстояние до первой и/или второй части может определяться с помощью определения времени между излучением лазерного света с помощью первой и/или второй группы лазерных устройств и приемом отраженного лазерного света излучаемого лазерного света;
- определения расстояния до первой и/или второй части с помощью времени между излучением лазерного света с помощью первой и/или второй группы лазерных устройств и приемом отраженного лазерного света излучаемого лазерного света.
По меньшей мере, одна группа лазерных устройств может излучать короткие лазерные импульсы с длительностью импульса менее 100 нс, предпочтительно менее 50 нс, более предпочтительно менее 20 нс. Частота повторения лазерных импульсов дополнительно выполнена таким образом, что обеспечивается идентификация соответствующего лазерного импульса с целью однозначной идентификации принимаемого лазерного света. Группа лазерных импульсов, используемая для измерения времени пролета, может излучать лазерный свет с конкретной характеристикой излучения, такой как заданная поляризация, с целью упрощения идентификации лазерных импульсов и улучшения оценки времени пролета. Одна или более групп лазерных устройств могут использоваться в целях освещения в дополнение к измерению времени пролета. Одна, две, три или более групп лазерных устройств устройства освещения могут использоваться в двойном режиме таким образом, что короткие лазерные импульсы используются для измерения расстояния в первом периоде времени, а другие - в частности, более длинные - лазерные импульсы используются для освещения во втором периоде времени с целью обеспечения лазерного света с требуемой характеристикой излучения.
В соответствии с еще одним аспектом, предлагается способ управления съемочной системой, как описано выше. Способ включает в себя этапы:
- освещения, по меньшей мере, первой части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, первой группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем, лазерный свет, излучаемый первой группой лазерных устройств, характеризуется первой характеристикой излучения;
- независимого освещения, по меньшей мере, второй части трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, второй группы лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство, причем, лазерный свет, излучаемый второй группой лазерных устройств, характеризуется второй характеристикой излучения, отличной от первой характеристики излучения;
- приема изображения трехмерной компоновки с помощью отраженного лазерного света, излучаемого первой и/или второй группой лазерных устройств;
- анализа качества изображений;
- управления первой и/или второй группой лазерных устройств исходя из качества изображений.
Съемочная система может содержать контур обратной связи, вследствие чего лазерный свет, излучаемый устройством освещения, может адаптироваться с помощью данных оптического датчика, выдаваемых с помощью оптического датчика. Оптический датчик может представлять собой интегрированный элемент съемочного устройства (например, прибор с зарядовой связью или кристалл съемочного устройства) или отдельный оптический датчик (например, два или более фотодиодов). Контур обратной связи может использоваться для оптимизации качества изображения в отношении равномерного освещения. Характеристика излучения группы лазерных устройств, освещающих сцену, может, например, адаптироваться, если контраст между элементами переднего плана и заднего плана является слабым.
Способ может дополнительно включать в себя этап определения расстояния до одного или более объектов в трехмерной компоновки, как описано выше. Информация о расстоянии может использоваться для улучшения качества изображения с помощью адаптации света, излучаемого двумя или более группами лазерных устройств. Информация о расстоянии до объектов может в качестве альтернативы или в дополнение использоваться для автоматического изменения изображения с помощью программных средств.
Следует понимать, что устройство освещения по пп. 1-12 и способ по п. 15 имеют аналогичные и/или одинаковые варианты осуществления, в частности, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может также представлять собой любую комбинацию зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом.
Дополнительные предпочтительные варианты осуществления определены ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ:
Указанные и прочие аспекты изобретения будут понятны из нижеописанных вариантов осуществления и объяснены со ссылками на них.
Далее изобретение описывается в качестве примера на основе вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На чертежах:
Фиг. 1 иллюстрирует основной чертеж вида сверху первого варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 2 иллюстрирует основной чертеж вида сверху второго варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 3 иллюстрирует основной чертеж вида сверху третьего варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 4 иллюстрирует основной чертеж вида сверху четвертого варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 5 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку пятого варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 6 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку шестого варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 7 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку седьмого варианта осуществления устройства освещения;
Фиг. 8 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления устройства измерения расстояния;
Фиг. 9 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления различных последовательностей освещения и измерения расстояния;
Фиг. 10 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления съемочной системы;
Фиг. 11 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления схемы возбуждения для возбуждения устройства освещения;
Фиг. 12 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления способа освещения трехмерной компоновки.
На всех чертежах одинаковые номера относятся к одинаковым объектам. Объекты на чертежах не обязательно выполнены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Различные варианты осуществления изобретения описываются далее с помощью чертежей.
Фиг. 1 иллюстрирует основной чертеж вида сверху первого варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105 и вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Первая группа 110 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода (не показан) и первого электрического контакта 115. Вторая группа 120 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода и второго электрического контакта 125. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств могут индивидуально управляться с помощью первого и второго электрических контактов 115, 125. Лазерные устройства 105 первой группы 110 лазерных устройств представляют собой VCSEL с апертурой, имеющей первый диаметр. Лазерные устройства 105 второй группы 120 лазерных устройств представляют собой VCSEL с апертурой, имеющей второй диаметр, меньший, чем второй диаметр. Первая характеристика излучения первой группы 110 лазерных устройств и вторая характеристика излучения второй группы 120 лазерных устройств различны, например, в отношении угла расхождения ввиду различных диаметров апертуры. Первая и вторая характеристики излучения могут дополнительно изменяться с помощью различных токов возбуждения (амплитуды, формы импульса, длительности импульса и т.д.) выдаваемых посредством первого и второго электрических контактов 115, 125 и общего электрода.
Фиг. 2 иллюстрирует основной чертеж вида сверху второго варианта осуществления устройства 100 освещения. Конфигурация устройства освещения в соответствии со вторым вариантом осуществления очень похожа на первый вариант осуществления. Первая группа 110 лазерных устройств входит в состав первого матричного кристалла 210 лазерных устройств, расположенного на установочной структуре 200. Вторая группа 120 лазерных устройств входит в состав второго матричного кристалла 220 лазерных устройств, расположенного на той же установочной структуре 200. Общая установочная структура 200 может обеспечивать комбинацию очень различных групп 110, 120 лазерных устройств с очень различными характеристиками излучения. Например, может существовать возможность размещения первой группы 110 лазерных устройств с VCSEL и второй группы 120 лазерных устройств с боковыми излучателями. Кроме того, может существовать возможность размещения первого и второго матричных кристаллов 210, 220 лазерных устройств, наклоненных относительно друг друга таким образом, что поверхности излучения не параллельны. Может иметься дополнительная возможность размещения первого и второго матричных кристаллов 210, 220 лазерных устройств на различных уровнях таким образом, чтобы расстояние до объекта было различным.
Фиг. 3 иллюстрирует основной чертеж вида сверху третьего варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105 и вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105, которые размещены в чередующихся линиях лазерных устройств 105. Две линии лазерных устройств 105 второй группы 120 лазерных устройств разделены с помощью двух линий лазерных устройств 105 первой группы лазерных устройств. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Первая группа 110 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода (не показан) и первого электрического контакта 115. Вторая группа 120 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода и второго электрического контакта 125. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств могут индивидуально управляться с помощью первого и второго электрических контактов 115, 125. Лазерные устройства 105 первой группы 110 лазерных устройств представляют собой VCSEL с апертурой, имеющей первый диаметр, и поверхностной решеткой, обеспечивающей первую поляризацию излучаемого лазерного света. Лазерные устройства 105 второй группы 120 лазерных устройств представляют собой VCSEL с апертурой, имеющей второй диаметр, больший, чем второй диаметр, и поверхностной решеткой, обеспечивающей вторую поляризацию излучаемого лазерного света, перпендикулярную первой поляризации. Первая характеристика излучения первой группы 110 лазерных устройств и вторая характеристика излучения второй группы 120 лазерных устройств различны ввиду различных диаметров апертуры и различной поляризации лазерного света, излучаемого первой и второй группами 110, 120 лазерных устройств.
Фиг. 4 иллюстрирует основной чертеж вида сверху четвертого варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105, расположенными по гексагональной схеме, причем, шесть лазерных устройств 105 окружают одно лазерное устройство, расположенное в середине шестиугольника. Устройство 100 освещения дополнительно содержит вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105, которые расположены по квадратной схеме. Лазерные устройства 105 второй группы 120 лазерных устройств дополнительно расположены в столбцах, причем, число лазерных устройств постепенно уменьшается к середине второй группы 120 лазерных устройств. Лазерные устройства 105 первой группы 110 лазерных устройств расположены в середине второй группы 120 лазерных устройств таким образом, что лазерные устройства 105 первой группы 110 лазерных устройств обрамлены слева, справа и сверху лазерными устройствами 105 второй группы 120 лазерных устройств. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Первая группа 110 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода (не показан) и первого электрического контакта 115. Вторая группа 120 лазерных устройств может быть электрически соединена посредством общего электрода и второго электрического контакта 125. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств могут индивидуально управляться с помощью первого и второго электрических контактов 115, 125. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств представляют собой VCSEL с одинаковой апертурой. VCSEL первой группы 110 лазерных устройств содержат поверхностную решетку, обеспечивающую первую поляризацию излучаемого лазерного света. Первая характеристика излучения первой группы 110 лазерных устройств и вторая характеристика излучения второй группы 120 лазерных устройств различны ввиду различного геометрического расположения VCSEL (расстояний между VCSEL и квадратной схемы в сравнении с гексагональной) и первой поляризации лазерного света, излучаемого первой группой 110 лазерных устройств.
Фиг. 5 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку пятого варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105, вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105 и третью группу 130 лазерных устройств с лазерными устройствами 105. Первая, вторая и третья группы 110, 120, 130 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Лазерные устройства 105 первой, второй и третьей групп 110, 120, 130 лазерных устройств представляют собой VCSEL с различными диаметрами мезаструктур. Лазерные устройства 105 первой, второй и третьей групп 110, 120, 130 лазерных устройств расположены таким образом, что соседние лазерные устройства 105 соответствующей группы 110, 120, 130 лазерных устройств имеют различные расстояния (шаг) относительно друг друга. Характеристики излучения первой, второй и третьей групп 110, 120, 130 лазерных устройств различны ввиду различного диаметра мезаструктур, различных пороговых токов и шага. Лазерные устройства 105 первой, второй и третьей групп 110, 120, 130 лазерных устройств излучают лазерный свет с различными углами расхождения. Угол расхождения первой группы 110 лазерных устройств дополнительно изменяется с помощью первого оптического устройства 112 таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с узким углом расхождения. Угол расхождения второй группы 120 лазерных устройств изменяется с помощью второго оптического устройства 122 таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с широким углом расхождения. Первая, вторая и третья группы 110, 120, 130 лазерных устройств могут индивидуально адресоваться с помощью отдельных первого, второго и третьего электрических контактов (не показаны).
Фиг. 6 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку шестого варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105 и вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств представляют собой VCSEL с различными диаметрами мезаструктур. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств расположены таким образом, что соседние лазерные устройства 105 соответствующей группы 110, 120 лазерных устройств имеют одинаковые расстояния (шаг) относительно друг друга. Характеристики излучения первой, второй и третьей групп 110, 120, 130 лазерных устройств различны ввиду различного диаметра мезаструктур, различных пороговых токов и шага. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств излучают лазерный свет с различными углами расхождения. Угол расхождения первой группы 110 лазерных устройств изменяется с помощью первого оптического устройства 112 (матрицы микролинз) таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с узким углом расхождения. Угол расхождения второй группы 120 лазерных устройств изменяется с помощью второго оптического устройства 122 (матрицы микролинз) таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с широким углом расхождения. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств индивидуально снабжаются первым и вторым токами возбуждения с помощью схемы 140 возбуждения, которая расположена на установочной структуре 200 с общим кристаллом первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств. Первый и второй токи возбуждения подаются посредством общего электрода (не показан) первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств и отдельных первого и второго электрических контактов (не показаны).
Фиг. 7 иллюстрирует основной чертеж вида сбоку седьмого варианта осуществления устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит первую группу 110 лазерных устройств с лазерными устройствами 105 и вторую группу 120 лазерных устройств с лазерными устройствами 105. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств расположены на общем кристалле. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств представляют собой VCSEL с различными диаметрами мезаструктур. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств расположены таким образом, что соседние лазерные устройства 105 соответствующей группы 110, 120 лазерных устройств имеют различные расстояния (шаг) относительно друг друга. Лазерные устройства 105 первой группы 110 лазерных устройств расположены в кольце вокруг лазерных устройств 105 второй группы 120 лазерных устройств. Лазерные устройства 105 первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств излучают лазерный свет с различными углами расхождения. Угол расхождения первой группы 110 лазерных устройств изменяется с помощью первого оптического устройства 112 (матрицы микролинз) таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с узким углом расхождения. Угол расхождения второй группы 120 лазерных устройств изменяется с помощью второго оптического устройства 122 (матрицы микролинз) таким образом, что лазерные устройства 105 излучают лазерный свет с широким углом расхождения. Первая и вторая группы 110, 120 лазерных устройств индивидуально снабжаются первым и вторым токами возбуждения с помощью схемы возбуждения (не показана). Первый и второй токи возбуждения подаются посредством общего электрода (не показан) первой и второй групп 110, 120 лазерных устройств и отдельных первого и второго электрических контактов (не показаны). Первая и вторая характеристики излучения адаптируются таким образом, что первая поверхность 252 трехмерной компоновки 250, которая расположена параллельно первой и второй группам 110, 120 лазерных устройств, принимает меньше лазерного света, в частности, излучаемого первой и/или второй группой (110, 120) лазерных устройств, чем вторая поверхность 254 трехмерной компоновки 250, принимающая лазерный свет, излучаемый первой и второй группами 110, 120 лазерных устройств. Вторая поверхность расположена с углом 256 наклона к первой и второй группам 110, 120 лазерных устройств. Лазерный свет, принимаемый на второй поверхности 254, вычисляется с учетом угла 256 наклона. Угол 256 наклона используется для вычисления проекции второй поверхности 254 на участок, практически параллельный первой и второй группам 110, 120 лазерных устройств. Различные углы расхождения и индивидуальное управление группой 110, 120 лазерных устройств позволяет адаптировать яркость первой и второй поверхностей 252, 254 относительно друг друга.
Фиг. 8 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления устройства 150 измерения расстояния. Устройство 150 измерения расстояния содержит одно устройство 100 освещения. Устройство 100 освещения содержит три группы лазерных устройств с тремя различными характеристиками излучения. Устройство 150 измерения расстояния дополнительно содержит фотоприемник 155, выполненный с возможностью приема отраженного лазерного света, излучаемого одной или более из групп лазерных устройств. Устройство 150 измерения расстояния дополнительно содержит анализатор 160. Анализатор 160 связан с устройством 100 освещения и фотоприемником 155. Анализатор 160 выполнен с возможностью идентификации отраженного лазерного света. Анализатор 160 дополнительно выполнен с возможностью определения времени пролета между временем приема отраженного лазерного света и временем излучения лазерного света с помощью электрических сигналов, принимаемых от устройства 100 освещения (например, начала импульса при использовании заданной временной диаграммы), и фотоприемника 155 (например, начала приема импульса при использовании заданной временной диаграммы). Анализатор 160 может в качестве альтернативы получать только излучаемую временную диаграмму от устройства 100 освещения в момент t1 и получать принимаемую временную диаграмму от фотоприемника 155 в момент t2. Временные диаграммы после этого сравниваются, и разность по времени между t2 и t1 принимается в качестве времени соответствующего лазерного импульса, если обе временные диаграммы одинаковы.
Фиг. 9 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления различных последовательностей освещения и измерения расстояния. Верхняя последовательность иллюстрирует первую серию 412 импульсов и первую последовательность 414 освещения, излучаемую первой группой лазерных устройств устройства 150 измерения расстояния, изображенного на фиг. 8. Первая серия 412 импульсов из коротких лазерных импульсов используется для измерения расстояния, причем, первая последовательность 414 освещения используется для освещения первой части трехмерной компоновки. Последовательность в середине иллюстрирует вторую последовательность 424 освещения, излучаемую второй группой лазерных устройств устройства 150 измерения расстояния, изображенного на фиг. 8. Вторая последовательность 424 освещения используется для освещения второй части трехмерной компоновки. Нижняя последовательность иллюстрирует вторую серию 432 импульсов и третью последовательность 434 освещения, излучаемую третьей группой лазерных устройств устройства 150 измерения расстояния, изображенного на фиг. 8. Вторая серия 432 импульсов из коротких лазерных импульсов используется для измерения расстояния, причем, третья последовательность 434 освещения используется для освещения третьей части трехмерной компоновки.
Фиг. 10 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления съемочной системы 300. Съемочная система содержит устройство 100 освещения с двумя группами лазерных устройств, съемочное устройство 340, оптический датчик и контроллер 345 съемочного устройства. Оптический датчик 350 выполнен с возможностью выдачи данных оптического датчика в контроллер съемочного устройства, который связан со съемочным устройством 340 и устройством 100 освещения. Данные оптического датчика используются для управления устройством 100 освещения с целью адаптации первой и второй характеристик излучения первой и второй групп лазерных устройств. Контроллер 345 съемочного устройства обеспечивает контур обратной связи, учитывающий первую и вторую характеристики освещения устройства 100 освещения и чувствительность съемочного устройства 340.
Фиг. 11 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления схемы возбуждения для возбуждения устройства 100 освещения съемочной системы 300, изображенной на фиг. 10. Первая и вторая группы лазерных устройств начинают излучать лазерный свет с первой и второй характеристиками 452, 454 излучения после того, как соответствующая схема возбуждения принимает начальный импульс 456. Первая группа лазерных устройств прекращает излучать лазерный свет после того, как схема возбуждения принимает первый останавливающий импульс 458. Первая характеристика 452 излучения характеризуется относительно коротким временем излучения лазерного света. Вторая группа лазерных устройств прекращает излучать лазерный свет после того, как схема возбуждения принимает второй останавливающий импульс 460. Вторая характеристика 454 излучения характеризуется относительно длинным временем излучения лазерного света. Первая характеристика 452 излучения может, например, использоваться для освещения объекта, проходящего на заднем плане сцены в течение периода времени между начальным импульсом 456 и первым останавливающим импульсом 458.
Фиг. 12 иллюстрирует основной чертеж одного из вариантов осуществления способа освещения трехмерной компоновки. На этапе 510, по меньшей мере, первая часть трехмерной компоновки 250 освещается с использованием, по меньшей мере, первой группы 110 лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство 105, причем, лазерный свет, излучаемый первой группой 110 лазерных устройств, характеризуется первой характеристикой излучения. На этапе 520, по меньшей мере, вторая часть трехмерной компоновки 250 независимо освещается с использованием, по меньшей мере, второй группы 120 лазерных устройств, содержащей, по меньшей мере, одно лазерное устройство 105, причем, лазерный свет, излучаемый второй группой 120 лазерных устройств, характеризуется второй характеристикой излучения.
Основной идеей настоящего изобретения является создание гибкого и простого устройства освещения для освещения трехмерной компоновки в инфракрасном спектре длин волн на длине волны свыше 750 нм. Предпочтительно две группы лазерных устройств, предпочтительно VCSEL, используются для освещения частей или даже всей трехмерной компоновки с использованием, по меньшей мере, двух различных характеристик излучения с целью создания однородного освещения элементов трехмерной компоновки на различных расстояниях от устройства освещения.
Несмотря на то, что изобретение подробно иллюстрировано и описано в чертежах и вышеизложенном описании, такое иллюстрирование и описание следует рассматривать как наглядные или приводимые в качестве примера, а не как ограничительные.
По результатам ознакомления с настоящим изобретением специалистам в данной области техники будут понятны другие изменения. Такие изменения могут предполагать другие признаки, которые уже известны в данной области техники и которые могут использоваться вместо уже описанных в данном документе признаков или в дополнение к ним.
По результатам изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения специалисты могут понять и реализовать модификации описываемых вариантов осуществления. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а использование элементов и этапов в единственном числе не исключает использование множества элементов или этапов. Сам по себе тот факт, что некоторые критерии излагаются в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих критериев не может использоваться с пользой.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.
Список ссылочных позиций:
100
устройство освещения
105
лазерное устройство
110
первая группа лазерных устройств
112
первое оптическое устройство
115
первый электрический контакт
120
вторая группа лазерных устройств
122
второе оптическое устройство
125
второй электрический контакт
130
третья группа лазерных устройств
140
схема возбуждения
150
устройство измерения расстояния
155
фотоприемник
160
анализатор
200
установочная структура
210
первый матричный кристалл лазерных устройств
220
второй матричный кристалл лазерных устройств
250
трехмерная компоновка
252
первая поверхность
254
вторая поверхность
256
угол наклона
300
съемочная система
340
съемочное устройство
345
контроллер съемочного устройства
350
оптический датчик
412
первая серия импульсов
414
первая последовательность освещения
424
вторая последовательность освещения
432
вторая серия импульсов
434
третья последовательность освещения
452
первая характеристика излучения
454
вторая характеристика излучения
456
начальный импульс
458
первый останавливающий импульс
460
второй останавливающий импульс
510
этап освещения с помощью первой группы лазерных устройств
520
этап освещения с помощью второй группы лазерных устройств.