使用自混合干涉测量法的表面品质感测制造技术

本公开涉及使用自混合干涉测量法的表面品质感测。本发明专利技术描述了一种电子设备。该电子设备包括外壳、附接到外壳的一组一个或多个SMI传感器，以及处理器。该组一个或多个SMI传感器包括一组一个或多个电磁辐射发射器，该组一个或多个电磁辐射发射器具有一组一个或多个谐振腔并且被配置为发出一组一道或多道电磁辐射束。该组一个或多个SMI传感器还包括一组一个或多个检测器，该组一个或多个检测器被配置为生成该组一个或多个谐振腔内的自混合的指示。处理器被配置为使用自混合的指示来表征目标的光场散斑。处理器还被配置为使用光场散斑的表征来表征目标的表面品质。散斑的表征来表征目标的表面品质。散斑的表征来表征目标的表面品质。

【技术实现步骤摘要】
使用自混合干涉测量法的表面品质感测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2020年9月25日提交的美国临时专利申请号63/083,431的非临时性申请，并且根据35U.S.C.
§
119(e)要求该美国临时专利申请的权益，其内容如同在本文中完全公开一样以引用方式并入本文。


[0003]所述实施方案总体涉及表面品质的感测，并且更具体地讲，涉及使用自混合干涉测量法的表面品质的感测。

技术介绍

[0004]表面品质诸如粗糙度和波纹度在人与真实世界对象的物理相互作用和对真实世界对象的感知中起关键作用。例如，当人触摸、感觉或抓取对象时，具有较粗糙表面的对象可生成更大的摩擦。当试图了解对象的表面品质时，人可沿对象的表面拖动他们的手指。这可刺激(例如，振动)人手指中的大量触觉感受器，并且使人很好地了解表面是粗糙的还是起伏的，并且了解其粗糙或起伏程度。当抓取对象时，一定量的粗糙度可使抓紧对象更容易，但粗糙度过高可引起疼痛并使抓紧对象更困难。当人在较粗糙表面上涂刷、绘画或书写时，一些刷子、笔或铅笔(尤其是具有较软或较柔性尖端的刷子、笔或铅笔)可生成较重的笔画或具有较多漫射边缘的笔画。当可见光穿过平滑表面或从平滑表面重定向时，观测器可能能够辨别透射光或重新导向的光具有镜面响应，这继而可帮助观测器认识到该表面为平滑的。当可见光穿过粗糙表面或从粗糙表面重定向时，观测器可能能够辨别透射光或重新导向的光具有漫射响应，这继而可帮助观测器认识到该表面为粗糙的。
[0005]为了使机器更好地了解其成像或接触的对象，机器应在观念上知道或能够确定对象的表面品质。当机器知道对象的表面品质时，机器可更好地表示显示器上的对象，对人或其他(真实或虚拟)对象与该对象的交互进行建模(例如，在增强现实(AR)或虚拟现实(VR)环境中)，针对尚未与对象物理交互(例如，经由触觉、静电、热和/或其他类型的致动器)的人而描述或重建表面品质等。
[0006]现有表面纹理测量系统可包括例如机械触针轮廓仪、白光干涉轮廓仪(一种类型的基于图像的干涉轮廓仪)、激光共焦轮廓仪等。

技术实现思路

[0007]本公开中描述的系统、设备、方法和装置的实施方案使用自混合干涉测量法(SMI)来感测表面品质。所述实施方案可包括：例如单个SMI传感器；一组多个SMI传感器，该组多个SMI传感器具有不同的入射角、数值孔径、工作距离、偏振和/或发出的电磁辐射波长；或一个或多个SMI传感器，该一个或多个SMI传感器穿过可调谐的一组光学器件发出和/或接收电磁辐射。
[0008]SMI传感器在本文中被定义为被配置为进行以下操作的传感器：生成电磁辐射(例
如，光)；从谐振腔(例如，谐振光学腔)发出电磁辐射；接收回到谐振腔中的电磁辐射的返回部分(例如，从表面反射或散射的电磁辐射)；相干地或部分相干地在谐振腔内自混合所生成的和返回的电磁辐射；并且产生指示自混合的输出(即，SMI信号)。生成的、发出的以及返回的电磁辐射可为相干的或部分相干的。在一些示例中，由SMI传感器发出的电磁辐射可由电磁辐射源诸如激光器(例如，垂直腔面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔面发射激光器(VECSEL)、量子点激光器(QDL)、量子级联激光器(QCL)、边缘发射激光器(EEL)、水平腔面发射激光器(HCSEL)、固态激光器(SSL)或气体激光器)或发光二极管(LED)(例如，有机LED(OLED)、谐振腔LED(RC
‑
LED)、微LED(mLED)、超发光LED(SLED)或边缘发射LED)等生成。生成的、发出的以及返回的电磁辐射可包括例如可见光或不可见光(例如，绿光、红光、红外(IR)光，紫外(UV)光等)。SMI传感器的输出(即，SMI信号)可包括由光电探测器(例如，光电二极管)产生的光电流，该光电探测器与传感器的电磁辐射源集成或者定位在传感器的电磁辐射源下方、上方或旁边。另选地或除此之外，SMI传感器的输出可包括SMI传感器的电磁辐射源的电流或结电压的测量结果。
[0009]在第一方面，本公开描述了一种电子设备。电子设备可包括外壳、附接到外壳的一组一个或多个SMI传感器，以及处理器。一组一个或多个SMI传感器可包括一组一个或多个电磁辐射发射器，该组一个或多个电磁辐射发射器具有一组一个或多个谐振腔并且被配置为发出一组一道或多道电磁辐射束。一组一个或多个SMI传感器还可包括一组一个或多个检测器，该组一个或多个检测器被配置为生成一组一个或多个谐振腔内的自混合的指示。处理器可被配置为使用自混合的指示来表征目标的光场散斑。处理器还可被配置为使用光场散斑的表征来表征目标的表面品质。
[0010]在第二方面，本公开描述了一种方法。该方法可包括：从一组一个或多个SMI传感器接收自混合的指示；使用自混合的指示来确定相对于目标的距离或定向速度中的至少一者；使用自混合的指示以及距离或定向速度中的至少一者来表征目标的光场散斑；以及使用光场散斑的表征来表征目标的表面品质。
[0011]在第三方面，描述了一种表征表面品质的方法。该方法可包括：从一组一个或多个SMI传感器接收自混合的指示；使用自混合的指示来表征目标的光场散斑；以及使用光场散斑的表征来表征目标的表面品质。
[0012]除了所述示例性方面和实施方案之外，参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。
附图说明
[0013]通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：
[0014]图1A示出了包括一组一个或多个SMI传感器的触笔的示例；
[0015]图1B示出了包括一组一个或多个SMI传感器的可穿戴设备的示例；
[0016]图2A示出了具有表面粗糙度和表面波纹度的表面的示例性正面图；
[0017]图2B示出了图2A所示表面的表面粗糙度和表面波纹度的示例性曲线图；
[0018]图2C示出了示例性侧向数据分布，从该侧向数据分布可确定图2A所示表面的表面纹理的侧向相关性；
[0019]图3示出了示例性SMI传感器；
[0020]图4A示出了与目标的表面有关的SMI传感器的示例性阵列；
[0021]图4B示出了与目标的表面有关的示例性SMI传感器和可调谐的一组光学器件；
[0022]图5示出了表征表面品质的示例性方法；
[0023]图6示出了操作SMI传感器的示例性方法；
[0024]图7A示出了示例性光场散斑包络；
[0025]图7B示出了光场散斑对比度和光场散斑相关性的示例性曲线图；
[0026]图8A示出了光场散斑对比度与表面粗糙度之间的示例性关系；
[0027]图8B示出了光场散斑相关性与表面相关长度之间的示例性关系；
[0028]图8C示出了用于对表面的角反射率进行建模的光场散斑特性的示例性用途；
[0029]图9示出了用于从光场散斑特性和SMI传感器参数的分集的指示导出表面品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子设备，所述电子设备包括：外壳；一组一个或多个自混合干涉测量(SMI)传感器，所述一组一个或多个SMI传感器附接到所述外壳并且包括：一组一个或多个电磁辐射发射器，所述一组一个或多个电磁辐射发射器具有一组一个或多个谐振腔并且被配置为发出一组一道或多道电磁辐射束；和一组一个或多个检测器，所述一组一个或多个检测器被配置为生成所述一组一个或多个谐振腔内的自混合的指示；以及处理器，所述处理器被配置为：使用所述自混合的指示来表征目标的光场散斑；以及使用所述光场散斑的表征来表征所述目标的表面品质。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中：所述处理器被进一步配置为：在表征所述光场散斑或表征所述表面品质中的至少一者的同时，并且使用所述自混合的指示来确定以下项中的至少一项：所述外壳相对于所述目标的位姿；所述外壳到所述目标的距离；或者所述外壳与所述目标之间的移动速度。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述处理器被配置为通过以下方式来表征所述光场散斑：执行对所述自混合的指示的时域分析；执行对所述自混合的指示的频域分析；以及从所述时域分析或所述频域分析中的至少一者确定以下项中的至少一项：光场散斑对比度；相移；或者光场散斑相关长度。4.根据权利要求1所述的电子设备，其中：所述一组一个或多个SMI传感器包括至少第一SMI传感器和第二SMI传感器，所述至少第一SMI传感器和第二SMI传感器具有不同的：入射角；数值孔径；工作距离；偏振；或者发出的电磁辐射波长。5.根据权利要求1所述的电子设备，所述电子设备还包括：一组光学器件，所述一组光学器件设置在所述一组一个或多个SMI传感器中的SMI传感器上方；其中，所述处理器被配置为调谐所述一组光学器件，所述调谐提供所述自混合的指示中的分集。6.根据权利要求1所述的电子设备，其中表征所述表面品质包括确定以下项中的至少
一项：表面粗糙度；表面波纹度；所述目标内的次表面散射；或者所述目标的折射率。7.根据权利要求1所述的电子设备，所述电子设备还包括：运动传感器；其中：所述处理器被进一步配置为响应于所述运动传感器的输出来表征所述表面品质。8.根据权利要求1所述的电子设备，其中：所述外壳限定具有尖端的触笔笔身；所述一组一道或多道电磁辐射束具有与所述尖端的一组一个或多个已知关系；并且所述处理器被进一步配置为使用所述一组一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈童，A，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：