[发明专利]主动照明扫描成像器

说明书

技术领域

本发明总体涉及主动扫描成像器，即照明待成像的场景的扫描成像器，特别是包括使光束扫描通过待成像的场景的振荡扫描镜的扫描成像器。

背景技术

EP1289273公开了装备有绕两个相互垂直的轴振荡以扫描对象的微机械镜的扫描相机。场景被以时分复用的方式成像到点状光电子传感器上。然而，扫描相机不主动照明场景。

使用具有主动场景照明的成像器来记录例如基于飞行时间测量原理的范围图像（range image）。在本文档的上下文中，“范围图像”指包括像素的图像，每一个像素包含距离值，该距离值表示从成像器至场景中与像素相关联的点的距离。

用于创建场景的该3D表示的系统在许多不同的技术领域具有各种应用。范例是汽车传感器技术（例如，车辆所有者探测和分类）、机器人传感器技术（例如，对象标识）或安全工程（例如，工厂监视、人计数以及行人探测），仅举出几个例子。与常规2D成像相反，3D成像需要关于目标场景的深度信息。换句话说，需要确定一个或多个观测对象与系统的光学接收器之间的距离。用于距离测量的用于例如雷达应用的公知途径包括对测量信号的发射与其回波返回之间的间隔进行定时。此所谓的飞行时间（TOF）途径基于以下原理：对于在给定介质中具有已知传播速度的信号，待测量的距离由传播速度和信号来回行进所花费的时间的一半的乘积给出。在光学成像系统的情况下，测量信号是光波。对于本描述的目的，术语“光”应理解为包括可见、红外（IR）和紫外（UV）光。

主动扫描成像器的另一可能的应用是气体感测。通过以波长对应于目标气体的吸收线的激光束扫描场景并测量场景的每一个部分中对激光的吸收，可以获得气体分布图。

利用使光束扫描通过观测的场景的扫描成像器，图像的质量一定程度上取决于束发散性。待计算的图像的每一个像素对应于沿扫描光束的特定方向的立体角元。当就形状和发散性来说，照明光束近似与立体角元匹配时，通常获得了最精确的图像。如果照明光束太窄，则反射和探测的光的一个样品的性质将不必然表示整个立体角元（或像素）。如果照明光束太宽，则归因于相邻像素之间的平均，图像将受到差的对比度的影响。

主动照明激光成像器典型地使用激光二极管作为光源。当被耦合出半导体芯片时，由激光二极管产生的束迅速发散。这意指不得不将具有小的焦距（典型地，几毫米，例如1至10mm）的专门光学器件放置在激光二极管前面，以实现低的束发散性（典型地小于1°，例如约0.2°，但是如果较低的图像分辨率是可接受的，则较高的发散性是可容忍的）。归因于小的焦距，必需非常仔细地对准激光二极管和光学系统以获得沿期望的方向传播的准直束。

发明内容

技术问题

本发明的目的是方便对用于待成像的场景的主动照明的光束的准直。此目的是通过如权利要求1所述的主动照明成像器实现的。

本发明的总体描述

一种主动照明扫描成像器，包括：光源（例如激光二极管），用于产生光束；光学准直器（例如准直透镜（lens）或镜（mirror）），用于在横切于束方向的至少一个方向上对所述光束进行准直；扫描镜，用于使所述光束扫描通过待成像的场景；以及光探测器，相对于所述扫描镜布置为接收经由所述扫描镜从所述场景反射的所述光束的部分。根据本发明，主动照明扫描成像器包括：致动器（例如自动偏斜/倾斜台架，自动线性致动器、自动XY或XYZ台架、压电致动器等），配置为将所述光源和/或所述光学准直器相对于彼此定位，和/或将所述光探测器相对于所述扫描镜定位；以及控制器，可操作地连接至所述致动器，用于控制所述定位。

本领域技术人员将理解，本发明特别适合于主动照明成像器，其中，激光二极管用作光源。如以上指出的，此情况下的准直器不得不具有相对小的焦距，使得必需进行仔细的对准。束发散性实际上高度取决于准直器相对于激光二极管的精确位置。归因于系统老化，能够发生光学系统的未对准，导致束散焦。归因于致动器，可以容易地实现系统的精确对准或重新对准，致动器可以布置为定位光源或准直器或二者。