使用结构化光的距离传感器制造技术

本公开涉及距离传感器，该距离传感器从发射元件输出一个或多个(例如，红外)光图案。来自该传感器的范围内的任何反射实体(例如，表面或物体)的信号被接收元件捕捉。所捕捉的图像被数字化成表示每个光图案的数字数据，且该数字数据被处理(例如，包括使用三角测量)以确定该距离传感器相对于该反射表面的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景距离检测在多种场景中有用，诸如在其中需要感测距物体或障碍的距离(诸如以便避免碰撞)的机器人学中。目前，常用的执行距离检测的红外距离传感器是基于位置感测检测器(PSD)接收元件的，该元件基于所反射的单个红外斑点的形心的位置来输出差分输出。这种PSD型传感器容易因环境红外能量源(诸如日光)而饱和。PSD元件的特性和模式也使得接收元件担当对电磁/射频干扰(EMI/RFI)的近场源高度敏感的天线，这可能导致错误的或虚假的距离读数。
技术实现思路
提供本概述以便以简化形式介绍将在以下的详细描述中进一步描述的一些代表性概念的选择。本概述不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在以限制所要求保护的主题的范围的任何方式来使用。简要地，本文中公开的主题的多个方面涉及一种其中距离传感器从发射元件输出一个或多个光图案，经由来自范围内的反射实体(例如，表面或物体)的反射能够在由接收元件捕捉到的图像中检测出该光图案的技术。接收元件检测出的每个光图案由数字数据来表示，所述数字数据被处理以确定相对于该反射表面的距离数据。在一个方面，描述了以一个或多个不同角度输出的一个或多个光图案以及接收与由反射实体所反射的每个光图案的捕捉到的图像相对应的反射信号。所反射的一个或多个信号被表示为数字数据，该数字数据被处理，包括确定与每个所接收的反射信号相对应的几何移动，以计算距该反射表面的距离。在一个方面，扫描捕捉反射红外光图案的图像以将该图像处理成表示一个或多个反射红外光图案的数字数据。处理该数字数据以计算距每个红外光图案从其反射的反射实体的距离。结合附图阅读以下具体实施方式，本专利技术的其他优点会变得显而易见。附图说明作为示例而非限制，在附图中示出了本专利技术，附图中相同的附图标记指示相同或相似的元素，附图中：图1A和1B分别是根据一个示例实施例的使用结构化光的距离传感器的主视图和侧面剖视图的表示。图2是根据一个示例实施例的耦合至控制板的距离传感器的表示。图3是根据一个示例实施例的距离传感器的电气部分的表示。图4A是根据一个示例实施例的将两个斑点发射到一表面上以供距离测量的距离传感器的表示。图4B是根据一个示例实施例的将四个斑点发射到一物体上以供距离和海拔变化测量的距离传感器的表示。图5是根据一个示例实施例的示出距离测量的示例步骤的流程图。图6A、6B和6C是根据一个示例实施例对如何将所接收图像处理成表示所发射的斑点的数据的表示。图7是根据一个示例实施例对如何使用三角测量(triangulation)来计算距离的表示。图8是表示可并入本文中所描述的主题的各方面的示例计算环境的框图。具体实施方式本文中描述的技术的各个方面一般涉及发射被检测以用于距离感测的一个或多个光图案(例如，以红外频率)。在一个实现中，发射元件发射一个或多个斑点(spot)或“点(dot)”的光聚焦红外图案，这些斑点或点被对准到接收元件的视野。所反射的红外图案被接收元件中的聚焦透镜聚集到成像器的表面上。该传感器的发射元件的位置和对准相对于该传感器的接收元件的位置和对准而言可以是固定且已知的。结果是，图案中的所发射的红外斑点的几何信息(例如，几何形心)与图案中的每个所接收的斑点的所接收的几何位置数据(例如，该形心的几何位置)的变化可以被算术计算以产生距在该传感器/接收元件的视野内的反射实体的精确距离。应当理解，本文中的任何示例均是非限制的。例如，在一个实现中使用了红外感测，然而，可以使用其他频谱频率，诸如适用于其他环境和应用的频谱频率。因此，本专利技术不限制于在此描述的任何具体的实施例、方面、概念、结构、功能或示例。相反，在此所描述的实施例、方面、概念、结构、功能或示例中的任何一个都是非限制性的，并且本专利技术可以按一般在计算和距离检测中提供益处和优点的各种方式来使用。图1A和1B分别大致示出了包括一个电子距离测量传感器102的组件的示例实现的主视图和侧(剖面)视图。示例性的传感器102利用IR(红外)图案发射(TX)元件104和接收(RX)元件106，诸如相机。如很容易理解的，发射元件104可包括一个或多个发光二极管(LED)，该发光二极管可穿过透镜108和/或其他光机构发射光信号来产生期望的输出图案。在一个示例实现中，接收元件106可包括CMOS(互补金属氧化物半导体)接收元件。注意，在图1A中，发射元件104和接收元件106被示出为在主视图中可见，然而它们实际上仅透过诸如透镜和/或滤波器等中间元件可见。例如，带通滤波器110可被用来过滤掉所接收的不期望的频率，诸如可见光。为了减少噪声，可使用相对窄的红外波长片(例如，815nM)。使传感器102针对干扰源(诸如阳光)通常稳健的一种方式是使用带通滤波器110结合与选通式IR发射图案同步的数字式滚动快门。选通(strobing)一般允许更高的瞬时输出，以及更少的能量消耗并生成更少的热。传感器102的各组件可被耦合至印刷线路板112，并被容纳在盒/外壳114中。传感器102可通过任何适当连接器116(图1A)或连接器组连接至控制板222，如在图2中一般示出的。控制板222例如可以包含能被配置成受益于如本文中所述的距离传感器的机器人或其他机构进行控制的电路系统的部分或全部。图3示出一个示例感测设备的组件(诸如电子距离测量传感器102)的电气图，包括耦合至存储器330的接收元件106，该存储器进而又耦合至CPU 332并进一步耦合至(例如，SDRAM)存储器334；(存储器330、334之一或两者可包括计算机可读存储介质)。以此方式，所接收的数据可被处理并被用于计算距离。因为针对距离处理的数据对应于数字信息，所以该设备对干扰更稳健。注意，在图3的示例中，示出了LED连接器336；该主机连接器可以是图1B中示出的连接器116。尽管如此，如能容易领会的，图3中的一些组件可以在另一板或类似装置(例如控制板222)上实现，和/或一些控制板组件可以集成到设备102中。例如，定制芯片可用于该电路系统的部分或全部，这允许该电路系统被封装到传感器中。从而，可以理解了板或类似装置中的组件/电路的划分是基本任意的，除非可能被特定使用场景规定的以外。而且，可存在其他组件，例如，天线和其他无线组件可用于将距离信息从设备传感器广播到接收实体。一般而言，发射元件104可以是单个发射器，该单个发射器发射光聚焦的...

【技术保护点】
一种系统，包括：包括发射元件和接收元件的距离传感器，所述距离传感器被配置成从所述发射元件输出一个或多个光图案，经由来自范围内的反射实体的反射能够在由所述接收元件捕捉到的图像中检测出所述一个或多个光图案，其中所述接收元件所检测出的每个光图案由数字数据来表示，所述数字数据被处理以确定相对于所述反射实体的距离数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.13 US 61/671,578;2012.12.12 US 13/712,9491.一种系统，包括：包括发射元件和接收元件的距离传感器，所述距离传感
器被配置成从所述发射元件输出一个或多个光图案，经由来自范围内的反射实体的
反射能够在由所述接收元件捕捉到的图像中检测出所述一个或多个光图案，其中所
述接收元件所检测出的每个光图案由数字数据来表示，所述数字数据被处理以确定
相对于所述反射实体的距离数据。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收元件捕捉与从范围内的
反射实体反射的一个或多个经反射的光图案相对应的图像，并且其中使用三角测量
来处理表示所述一个或多个经反射的光图案的坐标以确定与所述反射实体相对的
所述距离数据。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射元件包括输出所述一个
或多个光图案的至少一个红外发射器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射元件使所述一个或多个
光图案中的至少一个光图案与所述接收元件的滚动快门同步地选通，和/或其中所
述发射元件以与打开状态相对应的第一强度和与关闭状态相对应的第二强度来输
出所述一个或多个光图案中的至少一个光图案以供相对评估，和/或其中所述发射
元件输出带有经编码签名的所述一个或多个光图案中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·霍尔特，M·M·保尔，R·薛，T·奥亚吉，H·卡塞，K·海古尺，N·坎扎瓦，T·素竹基，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：美国;US