用于收集场内的距离信息的光学系统技术方案

公开了用于收集距离信息的光学系统和方法。示例光学系统包括：第一发射光学装置；多个照明源；至少包括第一像素列和第二像素列的像素阵列，第一像素列中的每个像素从第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列水平偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及插置在第一发射光学装置和像素阵列之间的输入通道集合。

Optical system for collecting distance information in field

An optical system and method for collecting distance information are disclosed. The example optical system includes: a first transmitting optical device; a plurality of lighting sources; at least a pixel array comprising a first pixel column and a second pixel column, each pixel in the first pixel column shifts the first pixel spacing from adjacent pixels in the first pixel column, the second pixel column shifts the first pixel spacing horizontally from the first pixel column, and the second pixel column shifts the first pixel column vertically from the first pixel column. Vertical spacing; and set of input channels inserted between the first transmitting optical device and the pixel array.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于收集场内的距离信息的光学系统相关专利申请的交叉引用本申请要求于2016年8月24日提交的标题为“OPTICALSYSTEMFORCOLLECTINGDISTANCEINFORMATIONWITHINAFIELD”的美国临时申请62/379,130的优先权，其内容通过引用并入本文。
本专利技术一般而言涉及光学传感器领域，并且更具体而言涉及光学传感器领域中用于收集距离信息的新型有用的系统光学系统。
技术介绍
光检测和测距(LiDAR)系统已经被使用在广泛的应用范围中，例如农业、森林规划和管理、环境评估、勘测、测绘、成像和车辆自动化等。与相机不同，LiDAR系统可以在夜间操作和在任何天气下操作。另外，LiDAR系统不受低太阳角度的影响，并且可以直接基于从被照明物体返回的光提供距离轮廓。但是，以更高的精度、更低的成本和更快的结果提供2D或3D距离信息仍然是挑战。
技术实现思路
根据本公开各种示例的系统和方法提供了上面提到的问题的解决方案。用于收集距离信息的示例光学系统包括：被配置为收集多个照明源的从光学系统外部的场反射的照明光束的第一发射光学装置；至少包括第一像素列和第二像素列的像素阵列，第一像素列中的每个像素从第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列水平偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及插置在第一发射光学装置和像素阵列之间的输入通道集合，输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第一像素列中的对应像素，第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第二像素列中的对应像素。在本公开的一个方面，第一发射光学装置具有第一焦距并且限定与场相对的焦平面。输入通道集合包括：设置成基本上与焦平面重合的孔层，该孔层包括至少包含第一多个孔和第二多个孔的孔集合；透镜集合，该透镜集合至少包括第一多个透镜和第二多个透镜，第一多个透镜中的每个透镜与第一多个孔中的一个孔对应，第二多个透镜中的每个透镜与第二多个孔中的一个孔对应；以及设置成与透镜集合相邻并与孔集合相对的滤光器。在本公开的另一方面，输入通道集合中的每个输入通道与像素阵列中的对应像素同轴，使得输入通道集合定位在基本上类似于像素阵列的偏斜网格阵列中。在本公开的又一方面，输入通道集合中的每个输入通道包括透镜集合中的透镜和孔集合中的对应的孔，透镜基本上与对应的孔对准。在本公开的又一方面，透镜集合中的每个透镜具有第二焦距，并且被配置为使与第一发射光学装置相对的焦平面偏移第二焦距并且使具有基本等同于光学系统的工作波长的波长的光线准直。在本公开的又一方面，光学系统还包括第二发射光学装置。多个照明源沿着第二发射光学装置的焦平面定位，被第二发射光学装置投射的每个照明光束具有与输入通道集合中的对应的输入通道的视场基本相同的尺寸和几何形状。在本专利技术的又一方面，通过选择性地金属化玻璃晶片并将孔集合蚀刻到金属化玻璃晶片中来分开制造孔层。在本公开的又一方面，像素阵列集成在半导体晶片上。使用光刻技术或晶片级键合技术中的至少一个在半导体晶片上制造第一发射光学装置和输入通道集合。在本公开的又一方面，固定像素间距是第一竖直间距的n倍，其中n是正整数。在本公开的又一方面，光学系统还包括被配置为使像素阵列、输入通道集合和第一发射光学装置围绕竖直轴旋转的致动器。致动器包括旋转电动马达和光学编码器，旋转电动马达被配置为基于光学编码器的输出来控制像素阵列、输入通道集合和第一发射光学装置的旋转速度，光学编码器经由闭环反馈电路耦合到像素阵列。制造用于收集距离信息的光学系统的示例方法包括：提供被配置为收集多个照明源的从光学系统外部的场反射的照明光束的第一发射光学装置；提供至少包括第一像素列和第二像素列的像素阵列，第一像素列中的每个像素从第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列水平偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及定位插置在第一发射光学装置和像素阵列之间的输入通道集合，输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第一像素列中的对应像素，第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第二像素列中的对应像素。收集距离信息的示例方法包括使用光学系统，该光学系统具有：被配置为收集多个照明源的从光学系统外部的场反射的照明光束的第一发射光学装置；至少包括第一像素列和第二像素列的像素阵列，第一像素列中的每个像素从第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列水平偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及插置在第一发射光学装置和像素阵列之间的输入通道集合，输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第一像素列中的对应像素，第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第二像素列中的对应像素。收集距离信息的示例方法包括提供光学系统，该光学系统具有：被配置为收集多个照明源的从光学系统外部的场反射的照明光束的第一发射光学装置；至少包括第一像素列和第二像素列的像素阵列，第一像素列中的每个像素从第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列水平偏移第一像素间距，第二像素列从第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及插置在第一发射光学装置和像素阵列之间的输入通道集合，输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第一像素列中的对应像素，第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从第一发射光学装置传送到第二像素列中的对应像素。附图说明图1是系统的示意性表示；图2是系统的一种变型的示意性表示；图3A和图3B是系统的一种变型的图形表示；图4是系统的一种变型的示意性表示；以及图5A、图5B、图5C和图5D是系统的一种变型的图形表示。具体实施方式以下对本专利技术实施例的描述并非旨在将本专利技术限于这些实施例，而是旨在使本领域技术人员能够制造并使用本专利技术。本文描述的变型、配置、实现方式、示例实现方式和示例是可选的，并且不是其所描述的变型、配置、实现方式、示例实现方式和示例独有的。本文描述的专利技术可以包括这些变型、配置、实现方式、示例实现方式和示例的任何和全部置换。1.系统如图1和图2中所示，用于收集场内的距离信息的系统包括：体接收光学装置；像素块；第一输入通道集合；以及第二输入通道集合。像素块包括：第一像素列，第一列中的每个像素从第一列中的相邻像素竖直偏移像素间距；以及从第一列水平偏移像素间距并且从第一列竖直偏移竖直间距的第二像素列，第二列中的每个像素从第二列中的相邻像素竖直偏移像素间距，竖直间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于收集距离信息的光学系统，包括：第一发射光学装置，所述第一发射光学装置被配置为收集多个照明源的从所述光学系统外部的场反射的照明光束；像素阵列，所述像素阵列至少包括第一像素列和第二像素列，所述第一像素列中的每个像素从所述第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列水平偏移所述第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及输入通道集合，所述输入通道集合插置在所述第一发射光学装置和所述像素阵列之间，所述输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，所述第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第一像素列中的对应像素，所述第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第二像素列中的对应像素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.24 US 62/379,1301.一种用于收集距离信息的光学系统，包括：第一发射光学装置，所述第一发射光学装置被配置为收集多个照明源的从所述光学系统外部的场反射的照明光束；像素阵列，所述像素阵列至少包括第一像素列和第二像素列，所述第一像素列中的每个像素从所述第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列水平偏移所述第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及输入通道集合，所述输入通道集合插置在所述第一发射光学装置和所述像素阵列之间，所述输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，所述第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第一像素列中的对应像素，所述第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第二像素列中的对应像素。2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述第一发射光学装置具有第一焦距并且限定与所述场相对的焦平面，并且其中所述输入通道集合包括：设置成基本上与所述焦平面重合的孔层，所述孔层包括孔集合，所述孔集合至少包括第一多个孔和第二多个孔；透镜集合，所述透镜集合至少包括第一多个透镜和第二多个透镜，所述第一多个透镜中的每个透镜与所述第一多个孔中的一个孔对应，所述第二多个透镜中的每个透镜与所述第二多个孔中的一个孔对应；以及设置成与所述透镜集合相邻并且与所述孔集合相对的滤光器。3.如权利要求2所述的光学系统，其中所述透镜集合中的每个透镜具有第二焦距，并且被配置为使与所述第一发射光学装置相对的焦平面偏移所述第二焦距并且使具有基本等同于所述光学系统的工作波长的波长的光线准直。4.如权利要求2所述的光学系统，其中所述输入通道集合中的每个输入通道包括所述透镜集合中的透镜和所述孔集合中的对应的孔，所述透镜基本上与所述对应的孔对准。5.如权利要求1所述的光学系统，其中所述输入通道集合中的每个输入通道与所述像素阵列中的对应像素同轴，使得所述输入通道集合定位在基本上类似于所述像素阵列的偏斜网格阵列中。6.如权利要求1所述的光学系统，还包括第二发射光学装置，其中所述多个照明源沿着所述第二发射光学装置的焦平面定位，被所述第二发射光学装置投射的每个照明光束具有与所述输入通道集合中的对应输入通道的视场基本相同的尺寸和几何形状。7.如权利要求1所述的光学系统，其中通过选择性地金属化玻璃晶片并将孔集合蚀刻到金属化玻璃晶片中来制造孔层。8.如权利要求1所述的光学系统，其中所述像素阵列集成在半导体晶片上。9.如权利要求8所述的光学系统，其中使用光刻技术或晶片级键合技术中的至少一个在所述半导体晶片上制造所述第一发射光学装置和所述输入通道集合。10.如权利要求1所述的光学系统，其中固定像素间距是所述第一竖直间距的n倍，并且其中n是正整数。11.如权利要求1所述的光学系统，其中所述像素阵列中的每个像素被配置为输出入射光子的计数、入射光子的时间和/或两个入射光子之间的时间。12.如权利要求11所述的光学系统，还包括被配置为使所述像素阵列、所述输入通道集合和所述第一发射光学装置围绕竖直轴旋转的致动器。13.如权利要求12所述的光学系统，其中所述致动器包括旋转电动马达和光学编码器，所述旋转电动马达被配置为基于所述光学编码器的输出控制所述像素阵列、所述输入通道集合和所述第一发射光学装置的旋转速度，其中所述光学编码器经由闭环反馈电路耦合到所述像素阵列。14.一种收集距离信息的方法，包括：提供光学系统，所述光学系统具有：第一发射光学装置，所述第一发射光学装置被配置为收集多个照明源的从所述光学系统外部的场反射的照明光束；像素阵列，所述像素阵列至少包括第一像素列和第二像素列，所述第一像素列中的每个像素从所述第一像素列中的相邻像素偏移第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列水平偏移所述第一像素间距，所述第二像素列从所述第一像素列竖直偏移第一竖直间距；以及输入通道集合，所述输入通道集合插置在所述第一发射光学装置和所述像素阵列之间，所述输入通道集合至少包括第一多个输入通道和第二多个输入通道，所述第一多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第一像素列中的对应像素，所述第二多个输入通道中的每个输入通道被配置为将所收集的照明光束中的一个照明光束从所述第一发射光学装置传送到所述第二像素列中的对应像素。15.如权利要求14所述的方法，其中通过选择性地金属化玻璃晶片并将孔集合蚀刻到金属化玻璃晶片中来制造孔层。16.如权利要求14所述的方法，其中所述像素阵列集成在半导体晶片上。17.如权利要求16所述的方法，其中使用光刻技术或晶片级键合技术中的至少一个在所述半导体晶片上制造所述第一发射光学装置和所述输入通道集合。18.如权利要求14所述的方法，其中所述光学系统还包括被配置为使所述像素阵列、所述输入通道集合和所述第一发射光学装置围绕竖直轴旋转的致动器。19.如权利要求18所述的方法，其中所述致动器包括旋转电动马达和光学编码器，所述旋转电动马达被配置为基于所述光学编码器的输出控制所述像素阵列、所述输入通道集合和所述第一发射光学装置的旋转速度，其中所述光学编码器经由闭环反馈电路耦合到所述像素阵列。20.如权利要求14所述的方法，其中所述第一发射光学装置具有第一焦距并且限定与所述场相对的焦平面，并且其中所述输入通道集合包括：设置成基本上与所述焦平面重合的孔层，所述孔层包括孔集合，所述孔集合至少包括第一多个孔和第二多个孔；透镜集合，所述透镜集合至少包括第一多个透镜和第二多个透镜，所述第一多个透镜中的每个透镜与所述第一多个孔中的一个孔对应，所述第二多个透镜中的每个透镜与所述第二多个孔中的一个孔对应；以及设置成与所述透镜集合相邻并且与所述孔集合相对的滤光器。21.如权利要求14所述的方法，其中所述输入通道集合中的每个输入通道与所述像素阵列中的对应像素同轴，使得所述输入通道集合定位在基本上类似于所述像素阵列的偏斜网格阵列中。22.如权利要求14所述的方法，其中所述输入通道集合中的每个输入通道包括所述透镜集合中的透镜和所述孔集合中的对应的孔，所述透镜基本上与所述对应的孔对准。23.如权利要求14所述的方法，其中所述透镜集合中的每个透镜具有第二焦距，并且被配置为使与所述第一发射光学装置相对的焦平面偏移所述第二焦距并且使具有基本等同于所述光学系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·珀卡拉，M·弗里奇利，M·舒，E·永吉，
申请(专利权)人：奥斯特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US