用于收集场内的距离信息的光学系统技术方案

本申请涉及用于收集场内的距离信息的光学系统。提供了一种用于收集场内的距离信息的光学系统。该光学系统可以包括用于从场收集光子的透镜，并且可以包括用于将光子分布到场的透镜。该光学系统可以包括使由孔通过的光子准直的透镜、拒绝在工作波长之外的垂直入射光的滤光器以及检测入射光子的像素。该光学系统还可以包括输出工作波长的光子的照明源。可以包括输出工作波长的光子的照明源。可以包括输出工作波长的光子的照明源。

【技术实现步骤摘要】
用于收集场内的距离信息的光学系统
[0001]本申请是国际申请日为2017年6月26日、国家申请号为201780068584.8、专利技术名称为“用于收集场内的距离信息的光学系统”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]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颖且有用的光学系统。
附图说明
[0003]图1是系统的示意表示。
[0004]图2是根据系统的一个变型的示意表示。
[0005]图3是根据系统的一个变型的示意表示。
[0006]图4是根据系统的一个变型的示意表示。
[0007]图5是根据系统的一个变型的示意表示。
[0008]图6是根据系统的一个变型的示意表示。
[0009]图7是根据系统的一个变型的示意表示。
[0010]图8是根据系统的一个变型的示意表示。
[0011]图9是根据系统的一个变型的流程图表示。
[0012]图10是根据系统的一个变型的示意表示。
[0013]图11是根据系统的一个变型的示意表示。
具体实施方式
[0014]对本专利技术实施例的以下描述并非旨在将本专利技术限制于这些实施例，而是使本领域技术人员能够制造和使用本专利技术。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，并且不专属于它们描述的变型、配置、实现方式、示例实现方式和示例。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所有置换。
[0015]1.一维光学系统：孔阵列
[0016]如图1中所示，用于收集场内的距离信息的一维光学系统100包括：沿着第一轴布置的照明源集合110，照明源集合110中的每个照明源被配置为朝着场中的位于照明源前方的离散点输出工作波长的照明光束；由与场相对的焦平面表征的体成像光学装置(bulk imaging optic)130；与焦平面重合的孔层140，孔层140限定在平行于第一轴的线阵列中的孔集合144并且限定在孔集合144周围的停止区域(stop region)146，孔集合144中的每个孔限定场中的与由照明源集合110中的对应照明源输出的离散点重合的视场，停止区域146吸收从场中的位于由孔集合144限定的视场外部的表面反射并且通过体成像光学装置130的光线；透镜集合150，透镜集合150中的每个透镜由第二焦距表征、与体成像光学装置130相对地从焦平面偏移第二焦距、与孔集合144中的孔对准并且被配置为使由孔通过的光线准直；滤光器(optical filter)160，与透镜集合150相邻、与孔层140相对，并且被配置为使
在工作波长的光线通过；像素集合170，与滤光器160相邻、与透镜集合150相对，像素集合170中的每个像素与透镜集合150中的透镜对应并且包括沿着不平行于第一轴的第二轴布置的子像素集合；以及漫射器(diffuser)180，插置在滤光器160和像素集合170之间并且被配置为使从透镜集合150中的每个透镜输出的准直光散布在像素集合170中的对应像素的子像素集合上。
[0017]1.1应用
[0018]一般而言，一维光学系统100(“系统”)用作在围绕平行于孔列的轴旋转时收集由系统占据的体积的三维距离数据的图像传感器。具体而言，一维光学系统100可以扫描体积以收集之后可以被重建为该体积的虚拟三维表示的三维距离数据，诸如基于来自照明源的照明光束的发射与入射在像素集合170上的可能源自照明源的光子的检测之间的记录时间、基于相位法(phase
‑
based)测量技术或者基于任何其它合适的距离测量技术。系统100包括：偏移孔列，布置在体成像光学装置130后面并且限定场中的位于体成像光学装置130前方的离散视场(即，超出距系统的阈值距离之外的非重叠视场)；照明源集合110，将在工作波长的离散照明光束投射到(并且基本上只投射到)由孔限定的视场中；透镜列，使由对应孔通过的光线准直；以及滤光器160，选择性地使包括工作波长的窄带的光(即，电磁辐射)通过；以及像素集合170，检测入射光子(例如，计数入射光子、跟踪连续入射光子之间的时间)。因此，系统可以根据在距系统的距离范围内在尺寸和几何形状方面与孔的视场基本匹配的照明图案选择性地将照明光束投射到位于系统前方的场中。特别地，照明源被配置为基本上仅照明位于系统前方的场中的可以被系统中的像素检测的表面，使得由系统(经由照明源)输出的通过照明场中像素看不见的表面而浪费的功率最小。因此，系统可以实现输出信号(即，照明光束功率)与输入信号(即，被传递入射到像素阵列上的光子)的相对高的比率。此外，透镜集合150可以使由相邻孔通过的光线准直，使得入射在滤光器160上的光线以大约0
°
的入射角与滤光器160相遇，从而维持由滤光器160通过的相对窄的波长带，并且对于到达像素集合170的光线实现相对高的信噪比(“SNR”)。
[0019]该系统包括布置在列中并且与孔对准的像素，并且每个像素的几何形状可以是非正方形的(例如，短和宽)，以使系统的感测区域延伸固定孔间距和像素列高度。该系统还包括漫射器180，漫射器180使从孔通过滤光器160的光线散布在对应像素的区域上，使得像素可以检测在其整个宽度和高度内的入射光子，从而增加系统的动态范围。
[0020]该系统在本文中被描述为将电磁辐射投射到场中并且检测从场中的表面反射回体接收器光学装置的电磁辐射。本文所述的术语“照明光束”、“光”、“光线”和“光子”是指这种电磁辐射。本文所述的术语“通道”是指孔层140中的一个孔、透镜集合150中的对应透镜以及像素集合170中的对应像素。
[0021]1.2体成像光学装置
[0022]系统包括由与场相对的焦平面表征的体成像光学装置130。一般而言，体成像光学装置130用于将来自系统外部的入射光线朝着焦平面投射，其中入射在孔层140的停止区域146上的光线被拒绝(例如，被镜反射(mirrored)或被吸收)并且其中入射到孔层140中的孔上的光线被传递到由焦距表征并且从焦平面偏移该焦距的透镜中。
[0023]在一个实现方式中，体成像光学装置130包括由在系统的工作波长下的特定焦距表征的会聚透镜，诸如双凸透镜(图2中示出)或平凸透镜。体成像光学装置130还可以包括
多个离散透镜，这些离散透镜协作以朝着孔层140投射光线并且由与场相对的复合焦平面表征，如图11中所示。但是，体成像光学装置130可以是任何其它合适类型的透镜或者任何其它类型或几何形状的透镜的组合。
[0024]1.3孔层
[0025]如图1和图2中所示，系统包括与焦平面重合的孔层140，孔层140限定在平行于照明源的轴的线阵列中的孔集合144并且限定在孔集合144周围的停止区域146，其中孔集合144中的每个孔限定场中的与由照明源集合110中的对应照明源输出的离散点重合的视场，并且其中停止区域146吸收和/或反射从场中的位于由孔集合144限定的视场外部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于收集距离信息的光学系统，所述光学系统包括：体发射光学装置；发射体阵列，所述发射体阵列包括具有工作波长的多个发射体，所述多个发射体中的每个发射体被配置为通过所述体发射光学装置朝向所述光学系统外部的场中的点输出所述工作波长的照明光束，所述照明光束与来自所述多个发射体中的其它发射体的照明光束不重叠；体成像光学装置；检测器阵列，所述检测器阵列包括布置在所述体成像光学装置后面的多个像素，所述多个像素中的每个像素包括可操作以检测从所述发射体阵列发射并且在被从所述场内的表面反射后通过所述体成像光学装置接收的光子的多个单光子雪崩二极管SPAD，其中每个SPAD电耦合到数字处理电子设备电路；以及多个光学元件，所述多个光学元件设置在所述检测器阵列和所述体成像光学装置之间，所述多个光学元件包括孔层和滤光器层，所述孔层包括通过停止区域分开的多个孔，所述滤光器层被配置为将包括所述多个发射体的所述工作波长的带的辐射传递到所述检测器阵列，同时阻挡在辐射的所述带之外的辐射；其中，所述多个像素包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素；以及其中，所述多个孔包括第一孔、第二孔、第三孔和第四孔，所述第一孔设置在从所述体成像光学装置延伸到所述第一像素的第一光学路径中，所述第二孔设置在从所述体成像光学装置延伸到所述第二像素的第二光学路径中，所述第三孔设置在从所述体成像光学装置延伸到所述第三像素的第三光学路径中，所述第四孔设置在从所述体成像光学装置延伸到所述第四像素的第四光学路径中。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述孔层包括与所述体成像光学装置间隔开的薄的不透明结构。3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器阵列中的每个像素与所述发射体阵列中的发射体配对，使得该像素的视场与该像素的配对的发射体的视场重合，并且其中，所述检测器阵列中的每个像素具有与所述检测器阵列中的所有其它像素的视场不重叠的视场。4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述发射体阵列被配置为根据照明图案将照明光束投射到所述光学系统前面的场中，其中所述照明图案中的每个光束与所述检测器阵列中的一个像素的视场对准。5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器阵列中的每个像素用于输出与在一个采样周期内入射在该像素上的光子的计数对应的信号或者信号流。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述体发射光学装置和所述体成像光学装置各自是图像空间远心透镜。7.一种用于收集距离信息的光学系统，所述光学系统包括：体发射光学装置；多个照明源，所述多个照明源被配置为将工作波长的电磁辐射输出到所述光学系统前面的场中；体成像光学装置，所述体成像光学装置与所述体发射光学装置相邻并且从所述体发射
光学装置横向偏移，所述体成像光学装置具有与所述场相对的焦平面并且被配置为朝向所述焦平面投射来自所述光学系统外部的入射光线；布置在所述体成像光学装置后面的多个像素，所述多个像素可操作以检测从所述多个照明源发射并且在被从所述场内的表面反射后通过所述体成像光学装置接收的光子，其中所述多个像素中的每个像素具有与所述多个像素中的所有其它像素的视场不重叠的视场，其中所述多个像素包括至少第一像素和第二像素，并且其中所述多个像素中的每个像素电耦合到数字处理电子设备电路；设置在所述体成像光学装置与所述多个像素之间的孔层，所述孔层包括通过停止区域彼此分开的多个孔，所述多个孔包括第一孔和第二孔，所述第一孔设置在延伸于所述体成像光学装置与所述第一像素之间的第一光学路径中，所述第二孔设置在延伸于所述体成像光学装置与所述第二像素之间的第二光学路径中。8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述多个照明源被布置成第一布置，并且所述多个像素被布置成第二布置，所述第二布置与所述第一布置成比例。9.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述多个像素中的每个像素包括跨该像素的感测区域分布的多个SPAD。10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，每个像素用于输出与在一个采样周期内入射在该像素上的光子的计数对应的信号流。11.根据权利要求9所述的光学系统，其中，每个像素用于输出与在一个采样周期内入射在该像素上的光子的计数对应的信号。12.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述多个照明源被配置为根据照明图案将照明光束投射到所述光学系统前面的所述场中，其中所述照明图案中的每个光束与所述多个像素中的一个像素的视场对准。13.根据权利要求7所述的光学系统，其中，每个像素包括多个Geiger模式雪崩二极管。14.根据权利要求7至13中任一项所述的光学系统，其中，所述多个像素还包括第三像素和第四像素，并且所述多个孔还包括第三孔和第四孔，所述第三孔设置在延伸于所述体成像光学装置与所述第三...

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