扫描深度引擎制造技术

制图装置(22)包括发射包含光脉冲的射束的发射器44和被配置为在场景上在预定的扫描范围内扫描射束(38)的扫描器(46)。接收器(48)接收从场景反射的光并且产生指示脉冲来往于场景中的点的飞行时间的输出。处理器(42)被耦合为控制扫描器以使得射束在扫描范围内的选择的窗口(32、34、36)上扫描并处理接收器的输出以产生场景的处于选择的窗口内的一部分的3D地图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描深度引擎
本专利技术一般涉及用于投影和捕获光学放射线的方法和装置，特别涉及光学3D制图。
技术介绍
在光学3D制图即通过处理物体的光学图像产生物体的表面的3D轮廓的领域中，各种方法是已知的。这种类型的3D轮廓也被称为3D地图、深度地图或深度图像，并且，3D制图也被称为深度制图。美国专利申请公开2011/0279648描述了用于构建主体的3D表示的方法，该方法包括用照相机捕获主体的2D图像。该方法还包括在主体上扫描调制的照射射束以一次一个地照射主体的多个目标区域并且从于目标区域中的每一个反射的照射射束测量光的调制方面。使用移动镜子射束扫描器以扫描照射射束，并且，使用光电检测器以测量调制方面。该方法还包括基于对于目标区域中的每一个测量的调制方面来计算深度方面，并且使深度方面与2D图像的相应的像素相关联。美国专利8018579描述了通过测量振幅调制扫描射束随其相移的路径长度而在成像容积中光学检测用户输入的三维成像和显示系统。呈现了关于检测的用户输入的视觉图像用户反馈。美国专利7952781描述了扫描光射束的方法和可在扫描装置中加入的微电气机械系统(MEMS)的制造方法，在这里加入其公开作为参考。美国专利申请公开2012/0236379描述了使用MEMS扫描的LADAR系统。扫描镜子包括被图案化为包含镜子区域、镜子区域周围的框架和框架周围的基座的基板。一组致动器操作以使镜子区域相对于框架围绕第一轴旋转，并且，第二组致动器使框架相对于基座围绕第二轴旋转。可使用半导体处理技术制造扫描镜子。用于扫描镜子的驱动器可使用对于三角移动使镜子操作的反馈回路。可在用于计算系统的NaturalUserInterface的LADAR系统中使用扫描镜子的一些实施例。由SICKAG(Hamburg,德国)协调的“MiniFaros”财团已支持关于用于汽车应用的新激光扫描器的工作。在minifaros.eu网站上可得到其它的细节。
技术实现思路
以下描述的本专利技术的一些实施例提供使用扫描射束的深度制图的改善的装置和方法。因此，根据本专利技术的实施例，提供一种制图装置，该制图装置包括：被配置为发射包含光脉冲的射束的发射器；和被配置为在场景上在预定的扫描范围内扫描射束的扫描器。接收器被配置为接收从场景反射的光并且产生指示脉冲来往于场景中的点的飞行时间的输出。处理器被耦合为控制扫描器以使得射束在扫描范围内的选择的窗口上扫描并处理接收器的输出以产生场景的处于选择的窗口内的一部分的3D地图。在一些实施例中，处理器被配置为选择不同的窗口以在射束的每个扫描中扫描。处理器可被配置为在可覆盖扫描器的整个扫描范围的第一扫描期间处理接收器的输出，以产生场景的第一3D地图，并且响应第一3D地图的特征而选择在第二扫描期间优先扫描的窗口。处理器可被配置为识别第一3D地图中的物体，并限定窗口以包含识别的物体。在公开的实施例中，物体包含装置的用户的身体的至少一部分，并且，处理器被配置为响应在第一扫描期间用户做出的姿势而识别身体的一部分。在一个实施例中，处理器被配置为驱动扫描器以用相对于第一扫描得到提高的分辨率扫描选择的窗口。作为替代方案，或者，另外，处理器被配置为驱动扫描器以按比第一扫描期间高的帧率扫描第二窗口。对于至少一些扫描，选择的窗口不需要居中于预定的扫描范围内。在一些实施例中，扫描器包括使用微电气机械系统(MEMS)技术制成的微镜子，并且，发射器被配置为引导射束以从微镜子向场景反射。微镜子可被配置为围绕两个轴旋转，其中，处理器被耦合为控制微镜子关于轴中的至少一个的旋转范围以限定窗口。另外，或者，作为替代方案，处理器可被耦合为改变微镜子关于轴中的至少一个的旋转速度以限定窗口。在一个这种实施例中，微镜子的旋转范围在第一扫描和第二扫描中相同，并且，处理器被耦合为在第二扫描期间改变关于轴中的至少一个的旋转速度，使得微镜子在选择的窗口上的扫描速度比在范围的其它部分上慢。在一些实施例中，扫描器包括基板，该基板被蚀刻以限定微镜子和支撑件，以及沿第一轴连接微镜子与支撑件的第一锤锭和沿第二轴连接支撑件与基板的第二锤锭。电磁驱动器使得微镜子和支撑件围绕第一锤锭和第二锤锭旋转。电磁驱动器可包含：包含具有空气间隙的至少一个磁芯和缠绕在磁芯上的至少一个线圈的定子组件；和上面安装微镜子和支撑件并且悬在空气间隙中以响应被驱动经过至少一个线圈的电流而在空气间隙内移动的至少一个转子。在公开的实施例中，至少一个磁芯和至少一个转子包含两个芯部且悬在芯部的相应的空气间隙中的两个转子，并且，电磁驱动器被配置为用不同的电流驱动两个芯部上的线圈，以使得微镜子和支撑件以不同的相应的速度旋转，使得微镜子以光栅图案扫描。在一些实施例中，电磁驱动器使得微镜子以作为旋转的共振频率的第一频率围绕第一锤锭旋转，同时使得支撑件以比第一频率低且可以不是共振频率的第二频率围绕第二锤锭旋转。在公开的实施例中，支撑件包含：通过第一锤锭与微镜子连接的第一支撑件；通过第二锤锭与基板连接的第二支撑件；和连接第一支撑件与第二支撑件的第三锤锭，其中，电磁驱动器被配置为使得第一支撑件围绕第三锤锭相对于第二支撑件旋转。一般地，接收器包含被配置为经由微镜子接收来自场景的反射光的检测器。在公开的实施例中，该装置包括被定位成向微镜子引导由发射器发射的射束，同时允许反射光到达检测器的射束分裂器，其中，发射的射束和反射光具有在射束分裂器与微镜子之间平行的相应的光轴。射束分裂器可仅在射束分裂器的表面的一部分上利用偏光反射涂层被图案化，并且可被定位成使得表面的图案化部分拦截来自发射器的射束并向微镜子反射射束。任选地，射束分裂器可包含射束分裂器的反侧上的带通涂层，该带通涂层被配置为阻止发射器的发射带外的光到达接收器。发射器和接收器可在单个集成封装中一起安装于微光学基板上。在公开的实施例中，处理器被配置为可变地控制由发射器发射的脉冲的功率水平，这一控制是响应于响应一个或更多个以前的脉冲而来自接收器的输出的水平的。根据本专利技术的实施例，还提供一种光电子模块，该光电子模块包括：微光学基板；和包含安装于微光学基板上并被配置为沿射束轴发射至少一个激光射束的激光小片的射束发射器。接收器包含安装于微光学基板上并被配置为感测沿接收器的收集轴由模块接收的光的检测器小片。射束组合光学器件被配置为引导激光射束和接收光，使得在模块外面射束轴与收集轴对准。在一些实施例中，射束组合光学器件包含被射束轴和收集轴拦截的射束分裂器。在这些实施例中的某个实施例中，射束轴和收集轴均与基板垂直，并且，射束组合光学器件包含被配置为向射束分裂器偏转射束轴和收集轴中的一个，使得射束轴和收集轴以不同的相应的角度入射于射束分裂器上的反射器。射束组合光学器件可包含具有相对的第一表面和第二表面的透明板，并且，射束分裂器在第一表面上形成，而反射器在第二表面上形成。板可包含在表面中的一个上形成的滤光器，以排除处于射束发射器的发射带外面的接收光。另外，或者，作为替代方案，射束组合光学器件包含被配置为使至少一个激光射束准直化并将接收光聚焦于检测器小片上的至少一个透镜。在一个实施例中，至少一个透镜包含被配置为经过第一孔径使至少一个激光射束准直化并被配置为经过比第一孔径大的第二孔径收集接收光的双焦透镜。在一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制图装置，包括：发射器，被配置为发射包含光脉冲的射束；扫描器，被配置为在场景上在预定的扫描范围内扫描射束；接收器，被配置为接收从场景反射的光并且产生指示脉冲来往于场景中的点的飞行时间的输出；和处理器，被耦合为控制扫描器以使得射束在扫描范围内的选择的窗口上扫描并处理接收器的输出以便产生场景的处于选择的窗口内的一部分的3D地图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.15 US 61/598,9211.一种制图装置，包括：发射器，被配置为发射包含光脉冲的射束；扫描器，被配置为在场景上在预定的扫描范围内扫描射束；接收器，被配置为接收从场景反射的光并且产生指示脉冲来往于场景中的点的飞行时间的输出；和处理器，被耦合为控制扫描器以使得射束在扫描范围内的选择的窗口上扫描并处理接收器的输出以便产生场景的处于选择的窗口内的一部分的3D地图，其中，处理器被配置为通过处理在第一扫描期间接收器的输出以产生场景的第一3D地图并且响应于第一3D地图的特征而选择在第二扫描期间优先扫描的窗口来选择不同的窗口以在射束的至少第一扫描和第二扫描中扫描，并且处理器被配置为驱动扫描器以按比第一扫描期间高的帧率在第二扫描期间扫描该选择的窗口。2.根据权利要求1的装置，其中，第一扫描覆盖扫描器的整个扫描范围。3.根据权利要求1的装置，其中，处理器被配置为识别第一3D地图中的物体，并限定窗口以包含识别的物体。4.根据权利要求3的装置，其中，物体包含装置的用户的身体的至少一部分，并且其中，处理器被配置为响应在第一扫描期间用户做出的姿势而识别身体的一部分。5.根据权利要求1的装置，其中，处理器被配置为驱动扫描器以用相对于第一扫描得到提高的分辨率扫描选择的窗口。6.根据权利要求1的装置，其中，对于至少一些扫描，选择的窗口不居中于预定的扫描范围内。7.根据权利要求1～6中的任一项的装置，其中，扫描器包括使用微电气机械系统(MEMS)技术制成的微镜子，并且其中，发射器被配置为引导射束以从微镜子向场景反射。8.根据权利要求7的装置，其中，微镜子被配置为围绕两个轴旋转，并且其中，处理器被耦合为控制微镜子关于轴中的至少一个的旋转范围以便限定窗口。9.根据权利要求7的装置，其中，微镜子被配置为围绕两个轴旋转，并且其中，处理器被耦合为改变微镜子关于轴中的至少一个的旋转速度以便限定窗口。10.根据权利要求9的装置，其中，微镜子的旋转范围在第一扫描和第二扫描中相同，并且其中，处理器被耦合为在第二扫描期间改变关于轴中的至少一个的旋转速度，使得微镜子在选择的窗口上的扫描速度比在范围的其它部分上慢。11.根据权利要求7的装置，其中，扫描器包括：基板，该基板被蚀刻为限定微镜子和支撑件，以及沿第一轴连接微镜子与支撑件的第一锤锭和沿第二轴连接支撑件与基板的第二锤锭；和电磁驱动器，使得微镜子和支撑件围绕第一锤锭和第二锤锭旋转。12.根据权利要求11的装置，其中，电磁驱动器包含：定子组件，包含具有空气间隙的至少一个磁芯和缠绕在磁芯上的至少一个线圈；和至少一个转子，微镜子和支撑件安装在至少一个转子上，并且至少一个转子悬在空气间隙中以响应被驱动经过至少一个线圈的电流而在空气间隙内移动。13.根据权利要求12的装置，其中，至少一个磁芯和至少一个转子包含两个芯部以及悬在芯部的相应的空气间隙中的两个转子，并且其中，电磁驱动器被配置为用不同的电流驱动两个芯部上的线圈，以使得微镜子和支撑件以不同的相应的速度旋转，使得微镜子以光栅图案扫描。14.根据权利要求11的装置，其中，电磁驱动器使得微镜子以作为旋转的共振频率的第一频率围绕第一锤锭旋转，同时使得支撑件以比第一频率低的第二频率围绕第二锤锭旋转。15.根据权利要求14的装置，其中，第二频率不是旋转的共振频率。16.根据权利要求15的装置，其中，支撑件包含：通过第一锤锭与微镜子连接的第一支撑件；通过第二锤锭与基板连接的第二支撑件；和连接第一支撑件与第二支撑件的第三锤锭，其中，电磁驱动器被配置为使得第一支撑件围绕第三锤锭相对于第二支撑件旋转。17.根据权利要求7的装置，其中，接收器包含被配置为经由微镜子接收来自场景的反射光的检测器。18.根据权利要求17的装置，还包括被定位成向微镜子引导由发射器发射的射束同时允许反射光到达检测器的射束分裂器，其中，发射的射束和反射光具有在射束分裂器与微镜子之间平行的相应的光轴。19.根据权利要求18的装置，其中，射束分裂器仅在射束分裂器的表面的一部分上利用偏光反射涂层被图案化，并且射束分裂器被定位成使得表面的图案化部分拦截来自发射器的射束并向微镜子反射射束。20.根据权利要求19的装置，其中，射束分裂器包含在射束分裂器的反侧上的带通涂层，该带通涂层被配置为阻止发射器的发射带外的光到达接收器。21.根据权利要求17的装置，还包括微光学基板，其中，发射器和接收器在单个集成封装中被一起安装于微光学基板上。22.根据权利要求1～6中的任一项的装置，其中，处理器被配置为可变地控制由发射器发射的脉冲的功率水平，这一控制是响应于响应一个或更多个的以前的脉冲而来自接收器的输出的水平的。23.一种光电子模块，包括：微光学基板；射束发射器，包含安装于微光学基板上并被配置为沿射束轴发射至少一个激光射束的激光小片；接收器，包含安装于微光学基板上并被配置为感测沿接收器的收集轴由模块接收的光的检测器小片；和射束组合光学器件，被配置为引导激光射束和接收光，使得在模块外面射束轴与收集轴对准。24.根据权利要求23的模块，其中，射束组合光学器件包含被射束轴和收集轴拦截的射束分裂器。25.根据权利要求24的模块，其中，射束轴和收集轴均与基板垂直，并且其中，射束组合光学器件包含反射器，该反射器被配置为向射束分裂器偏转射束轴和收集轴中的一个，使得射束轴和收集轴以不同的相应的角度入射于射束分裂器上。26.根据权利要求25的模块，其中，射束组合光学器件包含具有相对的第一表面和第二表面的透明板，并且其中，射束分裂器在第一表面上形成，而反射器在第二表面上形成。27.根据权利要求26的模块，其中，板包含在表面中的一个上形成的滤光器，以排除处于射束发射器的发射带外面的接收光。28.根据权利要求23～27中的任一项的模块，其中，射束组合光学器件包含被配置为使至少一个激光射束准直化并将接收光聚焦于检测器小片上的至少一个透镜。29.根据权利要求28的模块，其中，至少一个透镜包含被配置为经过第一孔径使至少一个激光射束准直化并被配置为经过比第一孔径大的第二孔径收集接收光的双焦透镜。30.根据权利要求23～27中的任一项的模块，其中，激光小片是边缘发射小片，并且其中，模块包含安装于基板上并被配置为反射来自激光小片的至少一个激光射束以使激光射束远离基板的转向镜子。31.根据权利要求30的模块，其中，沟槽在激光小片与转向镜子之间的基板中形成，并且其中，模块包含安装于沟槽中并被配置为使至少一个激光射束准直化的球透镜。32.根据权利要求31的模块，其中，射束发射器包含被配置为收集并扩展从转向镜子反射之后的至少一个激光射束的射束扩展器。33.根据权利要求30的模块，包含安装于基板上以使从转向镜子反射之后的至少一个激光射束准直化的透镜，并且其中，该透镜具有在将激光小片组装于基板上之前测量的焦距，并且其中，激光小片到基板上的转向镜子的距离响应测量的焦距被调整。34.根据权利要求23～27中的任一项的模块，其中，激光小片包含垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)的第一阵列，并且其中，射束发射器包含分别与VCSEL对准以传送由VCSEL产生的相应的激光射束的微透镜的第二阵列。35.根据权利要求34的模块，其中，VCSEL相对于微透镜向内偏移，以使得相应的激光射束分散开。36.根据权利要求34的模块，其中，VCSEL相对于微透镜向外偏移，以使得相应的激光射束一起会聚于焦点腰。37.根据权利要求34的模块，其中，VCSEL和微透镜在光学基板的相对侧上形成。38.根据权利要求37的模块，其中，光学基板包含在VCSEL的发射波长处透明的半导体晶片。39.根据权利要求23～27中的任一项的模块，其中，至少一个激光射束和接收光被引导以入射于模块外面的扫描镜子上，其中，该镜子在场景上扫描至少一个激光射束和接收器的视场。40.一种用于制图的方法，包括：操作扫描器以在场景上在预定的扫描范围内扫描包含光脉冲的射束；接收从场景反射的光并且产生指示脉冲来往于场景中的点的飞行时间的输出；和控制扫描器以在选择不同的窗口以在射束的至少第一扫描和第二扫描中扫描时使得射束在扫描范围内的选择的窗口上扫描；和处理接收器的输出以产生场景的处于选择的窗口内的一部分的3D地图，其中，处理输出包含处理在射束的第一扫描期间接收的第一输出，以产生场景的第一3D地图，并且其中，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·什彭特，R·厄利驰，Z·莫，
申请(专利权)人：普莱姆森斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL