[发明专利]用于线性传感器的宽视野光学模块

说明书

感测模块包括高速线性图像传感器和面向该传感器的光学单元。该单元包括具有弯曲表面的光学元件以及在光学元件的外表面上的覆盖物。该覆盖物中形成有狭缝。光学单元将宽视野成像到线性传感器的单个像素上，其中在沿着狭缝的任何位置处正交于狭缝照射的光被成像在线性传感器的中心像素上，而在沿着狭缝的任何位置处以相对狭缝的非正交角度照射的光被成像在线性传感器的非中心像素上。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2017年1月17日提交的美国临时专利申请62/446,937和于2017年6月27日提交的美国临时专利申请62/525,218的优先权，两者通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及光学透镜，并且特别地涉及用于线性成像的光学透镜。

背景技术

从现在参考的图1A中可以看出，二维图像传感器10捕获二维场景12。另一方面，线性图像传感器提供一条线的传感器。线性图像传感器比2D图像传感器要求显著地更少的带宽和计算。然而，如现在参考的图1B中所示，线性传感器16仅观察场景12的一部分(例如，一条线)。

为了利用任何类型的图像传感器(无论是2D传感器10还是线性传感器16)，由各种类型的透镜形成的聚焦单元14通常放置在传感器的前面以将光聚焦到传感器上。

现在参考图2，图2示出了在题为“BI-DISTRIBUTED-PROCESSING MOTION TRACKINGSYSTEM FOR TRACKING INDIVIDUALLY MODULATED LIGHT”的US 6,324,296中所讨论的运动跟踪系统中使用的现有技术测量系统。US 6,324,296中的系统具有线性传感器16和柱面透镜20。如可以看到的，线性传感器16垂直于柱面透镜20放置。柱面透镜20收集来自点P1的光并将光提供给传感器16。图2的传感器固定在空间中并且观察场景，要被跟踪的物体围绕该场景移动。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供了一种感测模块，该感测模块包括高速线性图像传感器和面向该传感器的光学单元。该单元包括具有弯曲表面的光学元件以及在光学元件的外表面上的覆盖物。该覆盖物中形成有狭缝。光学单元将宽视野成像到线性传感器的单个像素上，其中在沿着狭缝的任何位置处正交于狭缝照射的光被成像在线性传感器的中心像素上，而在沿着狭缝的任何位置处以相对狭缝的非正交角度照射的光被成像在线性传感器的非中心像素上。

此外，根据本发明的优选实施例，光学元件是单个单片透镜。

此外，根据本发明的优选实施例，外表面是平坦的，弯曲表面是光学元件的面向传感器的内表面，并且光学元件的放大率被改变以在最小失真的情况下将竖直线映射到线性传感器的单个像素。

此外，根据本发明的优选实施例，外表面是平坦的并且光学元件是自由形状透镜。该透镜包括具有可变光学功率的非球面光学表面，该非球面光学表面位于透镜的面向传感器的内表面上。该表面将以每个竖直仰角入射到狭缝上的光聚焦到线性传感器上。透镜的光学功率改变以维持恒定的放大率。

可替代地，根据本发明的优选实施例，外表面是弯曲表面，并且光学元件围绕线性传感器的纵轴是旋转不变的。

此外，根据本发明的优选实施例，光学元件是半球形透镜，并且覆盖物覆盖半球形透镜的外表面。

可替代地，根据本发明的优选实施例，光学元件是安装在不透明半球中的非球面环形透镜，并且覆盖物在透镜上。

最后，根据本发明的优选实施例，光学元件是椭圆形的半球。

附图说明

在说明书的结论部分中特别地指出并清楚地要求保护被视为本发明的主题。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以关于本发明的组织和操作方法两者连同本发明的目的、特征和优点最好地理解本发明，其中：