CN109156072A - 用于扫出角度范围的发光元件的弯曲阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于扫出角度范围的可单独寻址的发光元件的弯曲阵列。一个示例设备包括弯曲的光学元件。该设备还可以包括可单独寻址的发光元件的弯曲阵列，该弯曲阵列被布置成朝向弯曲的光学元件发射光。弯曲阵列的曲率基本上与弯曲的光学元件的圆周的至少一部分同心。弯曲的光学元件被布置成聚焦从每个可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以不同的对应扫描角度产生基本上线性的照射图案。该设备还可以包括控制系统，该控制系统可操作以顺序地激活可单独寻址的发光元件，使得基本上线性的照射图案扫出该角度范围。

Description

用于扫出角度范围的发光元件的弯曲阵列
背景技术
存在多种技术来映射环境和环境内的对象的几何形状和/或确定环境内感兴趣的对象的位置。这些方法可以包括将一种或多种照射图案(illumination pattern)应用于环境(例如，垂直和/或水平线型照射的阵列)以及在暴露于这种照射时使用一个或多个相机对环境成像。额外地或替代地，环境内的特定对象可以包括被配置为检测发射的照射的标记。可以基于检测到的照射来确定标记的位置。在另一示例中，环境内的特定对象可以包括被配置为发射照射和/或反射照射的标记。可以通过用一个或多个相机对环境成像来确定标记的位置。
发明内容
说明书和附图公开了涉及用于扫出角度范围的发光元件的弯曲阵列的实施例。配备有光检测设备的、角度范围内的对象可以基于与检测到的照射相关联的时间来识别其相对于发光元件的阵列的位置。
在一个方面，本公开描述了一种设备。该设备包括弯曲的光学元件。该设备还包括可单独寻址的发光元件的弯曲阵列，其布置成朝向弯曲的光学元件发射光。弯曲阵列的曲率与弯曲的光学元件的圆周的至少一部分基本上同心。弯曲的光学元件被布置成聚焦从每个可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以不同的对应扫描角度产生基本线性的照射图案。该设备还包括控制系统，该控制系统可操作以顺序地激活可单独寻址的发光元件，使得基本上线性的照射图案扫出该角度范围。
在另一方面，本公开描述了一种方法。该方法包括从第一可单独寻址的发光元件朝向弯曲的光学元件发射光。该方法还包括通过弯曲的光学元件聚焦从第一可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内的第一对应扫描角度处产生基本上线性的照射图案。该方法还包括从第二可单独寻址的发光元件朝向弯曲的光学元件发射光。另外，该方法包括通过弯曲的光学元件聚焦从第二可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内的第二对应扫描角度处再现基本上线性的照射图案。第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件是可单独寻址的发光元件的弯曲阵列。第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件由控制系统顺序地激活，使得基本上线性的照射图案扫出角度范围的至少一部分。
在第三方面，本公开描述了一种系统。该系统包括发光设备。发光设备包括弯曲的光学元件。发光设备还包括可单独寻址的发光元件的弯曲阵列，其布置成朝向弯曲的光学元件发射光。弯曲阵列的曲率与弯曲的光学元件的圆周的至少一部分基本上同心。弯曲的光学元件被布置成聚焦从每个可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以不同对应扫描角度产生基本上线性的照射图案。该发光设备还包括控制系统，该控制系统可操作以顺序地激活可单独寻址的发光元件，使得基本上线性的照射图案扫出该角度范围。此外，该系统包括光检测器。光检测器被配置为检测来自发光设备的光发射器。
通过阅读以下适当参考附图的详细描述，这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是根据示例实施例的可单独寻址的发光元件的弯曲阵列和弯曲的光学元件的透视图。
图2是根据示例实施例的可单独寻址的发光元件的弯曲阵列和弯曲的光学元件的俯视图。
图3是根据示例实施例的投射到环境中的可单独寻址的发光元件的弯曲阵列的透视图。
图4是根据示例实施例的投射在光检测器处的可单独寻址的发光元件的弯曲阵列的透视图。
图5是包括光发射器和对象的示例系统的框图。
图6a是根据示例实施例的来自可单独寻址的发光元件的弯曲阵列的、通过弯曲的光学元件聚焦的光的俯视图。
图6b是根据示例实施例的来自可单独寻址的发光元件的弯曲阵列的、通过弯曲的光学元件聚焦的光的侧视图。
图7是根据示例实施例的水平的和垂直的投影仪的框图。
图8是根据示例实施例的方法的流程图。
图9是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，对附图进行了参考，附图形成了本发明的一部分。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。在不脱离本文提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文一般描述的并且在附图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文中都是预期的。
I.概述
可以通过随时间推移用多种不同的照射图案照射环境来确定环境中的对象的位置。可以指定照射图案，使得环境内的不同区域暴露于不同的光强的时变波形。光强的时变波形是在时间上(例如，通过光发射器)调制的照射图案(例如，基本上线性的照射图案)。然后可以通过检测在对象上的一个或多个位置处接收的光强的时变波形并将这些检测到的波形与环境内的对应区域相关联来确定对象在环境中的位置。例如，设置在感兴趣的对象上的光传感器可以检测入射在对象上的光强的时变波形，然后对象的位置(例如，对象相对于随时间推移发射不同照射图案的一个或多个光发射器的位置或角度)可以基于检测到的光强的时变波形来确定。
这种光发射器可以发射不同照射图案，不同照射图案在第一方向上相对于光发射器的第一角度范围内变化。所发射的照射图案可用于针对相对于光发射器的角度对环境的不同区域编码。例如，光发射器可以包括多个(例如，32个)布置的、可单独寻址的发光元件(例如，发光二极管LED或垂直腔面发射激光器VCSEL)的阵列和弯曲的光学元件(例如，柱面透镜)。弯曲的光学元件可以聚焦由可单独寻址的发光元件之一发射的光，以产生基本上线性的照射图案。此外，从每个可单独寻址的发光元件聚焦的基本上线性的照射图案可以在第一角度范围内以不同对应角度或对应角度范围投射。因此可以顺序地(例如，通过控制系统)激活可单独寻址的发光元件以扫出第一角度范围。例如，阵列内可单独寻址的发光元件的数量可以有助于第一角度范围的宽度和/或分辨率。环境中的标记或其他设备可以检测随时间推移在环境中的特定点处接收的光，并且可以使用这种检测到的照射的时变波形来确定标记相对于光发射器的角度。这种信息可以被用于确定标记在一个维度或方向上相对于光发射器和/或相对于被光发射器照射的环境的位置。
例如，检测从光发射器接收的光的标记或其他设备可以被配置为检测来自光发射器的同步脉冲。可以通过同时照射所有可单独寻址的发光元件来提供同步脉冲，从而照射第一角度范围内的整个区域。然后，标记可以检测与标记的角度位置相对应的基本上线性的照射图案何时照射标记(例如，当光发射器以基本上线性的照射图案顺序地照射环境时)。标记可以使用同步脉冲和对应的基本上线性的照射图案之间的时间间隔来确定标记的相对角度位置。作为替代方案，可以顺序地激活可单独寻址的发光元件、以双扫描方式扫出角度范围(例如，在相同的时间间隔内从0至90度和从90度至0度扫出角度范围)。基于从可单独寻址的发光元件发射的光的调制(例如，对于渐增的照射角度，以400kHz的速率激活可单独寻址的发光元件，而对于渐减的照射角度，以700kHz的速率激活可单独寻址的发光元件)，以及两个对应的基本上线性的照射图案之间的相对时间间隔(如由标记测量的)，可以由标记确定相对于光发射器的第一角度位置。另外，由于可单独寻址的发光元件可以产生对于基本上线性的照射图案的高斯或半高斯照射分布，所以可以由标记使用这种分布的宽度(其可以指示照射图案的发散(divergence))来确定标记到光发射器的距离。
光发射器还可以包括附加的弯曲的光学元件和附加的对应的可单独寻址的发光元件的阵列。可以设置这些附加的元件，使得由附加的像散光学元件和附加的对应的可单独寻址的发光元件的阵列产生的基本上线性的照射图案与第一光学元件阵列基本上正交(例如，使得第二阵列沿从第一方向旋转80度至100度之间的第二方向扫过)。因此，这些附加的元件可以扫出与第一角度范围基本上正交的第二角度范围(例如，第一角度范围相对于环境从左到右变化，而第二角度范围相对于环境从上到下变化)。类似地，环境中的标记或其他设备可以检测随时间推移从环境中的特定点处的光发射器的附加的阵列和像散光学元件接收的光。这种检测到的照射的对应时变波形可以被用于确定标记在第二方向上相对于光发射器的角度。这种信息可以被用于确定标记在第二维度或方向上相对于光发射器和/或相对于由光发射器照射的环境的角度位置。
弯曲的光学元件可以包括非球面柱面透镜或(多个)其他光学元件。弯曲的光学元件可以相对于可单独寻址的发光元件的阵列定位，使得特定的可单独寻址的发光元件的位置对应于相对于光发射器的角度范围内的指定角度或角度组。可替换地，从光发射器发射的一种或多种照射图案(例如，基本上线性的照射图案)可以对应于阵列内的多个可单独寻址的发光元件。
通过仅生成用于照射感兴趣的环境的光，光发射器可以比其他光发射器设计更节能。例如，这种光发射器设计不生成和丢弃用于环境的非照射区域的光(例如，通过使用微镜设备将光丢弃到光转储(light dump))。此外，这种光发射器可以相对较小，因为它不需要掩模、光转储或超出阵列和弯曲的光学元件的其他元件。阵列内的可单独寻址的发光元件可以通过经由(例如，在电路板上)互连施加电流来操作，以从这种光发射器生成相应的不同照射图案。
可以提供多个这种光发射器，例如，以随时间推移提供不同照射图案，使得可以相对于两个或更多个角度和/或方向来确定环境中的标记或其他光敏设备的角度和/或位置。例如，一个光发射器可以从在一个方向上对环境的区域进行编码的特定位置提供一种类型的照射图案。然后，另一光发射器可以从在另一正交方向上对环境的区域进行编码的相同位置提供不同类型的照射图案。环境内的光检测器可以检测从第一光发射器和第二光发射器接收的光的时变波形，并使用这种检测到的光的波形来确定光检测器相对于光发射器的角度。
额外地或替代地，多个光发射器可以位于两个或更多个不同位置处。光检测器在环境中相对于两个或更多个不同位置的位置可以由光发射器在光检测器检测时发射的光的时变波形来确定(例如，使用三角测量)。接收来自两个或更多个光发射器的照射的时变波形的光检测器可以包括：在相应的不同的、非重叠的时间段期间发出照射(例如，使用时分多路复用的方法)的光发射器、发射具有不同波长的光(例如，使用波长多路复用的方法)的光发射器、以不同的载波频率(frequency rate)发射光的光发射器、或者通过一些其他方法发出由光检测器可区分的光的光发射器。
可单独寻址的发光元件阵列可以是弯曲的。此外，弯曲阵列可以围绕弯曲的光学元件的一部分同心地设置。以这种方式，可单独寻址的发光元件中的每一个和弯曲的光学元件之间的距离可以保持恒定。当与替代的光发射器设计相比时，包含可单独寻址的发光元件的弯曲的同心阵列的设计可以去除聚焦误差(例如，光晕)，并且允许阵列的有效长度增加，以及对应地允许视场的有效长度增加。例如，可单独寻址的发光元件的弯曲阵列可以组装在柔性印刷电路板(printed circuit board，PCB)片的表面上。可替换地，可以在弯曲的光学元件周围放置多个可单独寻址的发光元件的线性阵列，并经由直接焊接或间接布线链接以形成二维弯曲阵列。
应当理解的是，提供以上实施例和本文描述的其他实施例是出于解释的目的，而不意图限制。
II.示例光发射器和发光系统
在各种应用中检测和/或确定对象在环境中的位置可能是有益的。这些应用可以包括跟踪无人机、游戏中使用的球、指挥家的指挥棒、控制器、(例如，用于运动捕捉或手势识别的)人的身体部位或某个(某些)对象的位置。在示例应用中，可以确定设置在人体上的相应的不同位置上的多个标识物或标记的位置，并将其用于检测人和/或人体特定部位的位置和/或运动。在另一示例应用中，可以检测控制棒或其他设备相对于头戴式设备或人佩戴的其他设备的位置，并将其用作对头戴式设备或其他系统的输入。在又一示例应用中，可以确定无人机、机器人或其他移动系统在感兴趣的环境(例如，房屋、仓库或工厂的房间)内的位置，并且将其用于控制无人机、机器人或其他移动系统在环境内的运动。
确定对象在环境中的位置可以包括确定对象的绝对位置(例如，相对于环境内的定义的坐标系)和/或确定对象相对于一个或多个其他对象(例如，相对于绝对或相对位置被确定的另一对象、相对于用于生成用于确定对象的位置的数据的相机、相对于用于照射对象的光发射器)的位置。确定对象的位置可以包括确定对象的位置(例如，位移)和/或确定对象相对于环境内的定义的坐标系的角度。对象的角度还可以相对于环境中的一些其他对象或设备(例如，相对于相机、相对于光发射器、相对于人和/或人的注视方向)的位置和/或定向来确定。
可以经由各种方法确定环境内的对象的位置。在一些示例中，可以通过照射对象(例如，用具有在时间和/或空间上指定的光图案的照射)和/或从对象接收光(例如，使用相机对包括对象的环境成像)来确定对象的位置。该对象可以包括被配置为发光的标记(例如，被配置为发射用于识别标记的时间上编码的光图案的标记)和/或被配置为将来自光发射器的光反射到光检测器以便于光学上确定对象的位置的标记(例如，包括逆向反射材料的标记)。额外地或替代地，对象可以包括被配置为检测由对象接收的光的标记。可以使用这种检测到的光的强度随时间推移的图案或检测到的光的一些其他特性来确定对象的位置。
这种布置可以包括用时间和/或空间上指定的照射图案来照射环境的一个或多个光发射器，使得环境的不同区域随时间推移被不同的照射图案照射。因此，由光检测器随时间推移在对象上检测到的照射图案可以被用于确定对象在其内的环境区域。产生这种照射图案可以包括：在环境中扫描一个或多个成形光束，随时间推移向环境提供多种不同的光图案，或以某种其他方式向环境提供照射。所提供的照射可以根据相对于光发射器的角度(例如，在一个或多个方向上相对于光发射器的角度)而变化，使得随时间推移检测到的照射强度可以被用于确定光检测器(在一个或多个方向上)相对于光发射器的角度。
在特定示例中，光发射器可以被配置为在相应的不同时间段期间提供多个基本上线性的照射图案。基本上线性的照射图案中的每一个可以在第一方向上的第一角度范围内以对应角度或对应角度组向环境提供光。因此，随着由光发射器随时间推移产生不同的基本上线性的照射图案，环境的不同区域可以接收所发射的照射的强度的相应的不同的时变图案。随着基本上线性的照射图案中的每一个在第一方向上相对于第一角度范围内的角度而变化，环境的特定区域(其位于在第一方向上相对于光发射器的第一角度范围内)所接收的照射强度的时变图案可以用于确定特定区域在第一方向上相对于光发射器的角度。
图1是根据示例实施例的可单独寻址的发光元件114的弯曲阵列和弯曲的光学元件的透视图。例如，可单独寻址的发光元件114可以被布置在电路板110上。在某些实施例中，弯曲的光学元件可以是柱面透镜102，其折射由可单独寻址的发光元件114发射的光。柱面透镜102和电路板110上的可单独寻址的发光元件114的弯曲阵列一起组成光发射器100。
可以以各种方式配置和/或操作光发射器100，以在相应的时间段期间产生如本文所述的照射图案。在特定示例中，可单独寻址的发光元件114可以以弯曲阵列形式设置在电路板110上(如图1所示)。然后可以相对于柱面透镜102设置电路板110，使得当特定的可单独寻址的发光元件114或一组可单独寻址的发光元件114被操作以发射光时，光发射器产生如本文所述的相应的照射图案(例如，基本上线性的照射图案)。可以指定特定的一组可单独寻址的发光元件114中的可单独寻址的发光元件114在电路板110上相对于柱面透镜102的位置，以控制由特定的一组可单独寻址的发光元件114的发射的照射图案。
可以指定光发射器100产生每个基本上线性的照射图案的时间段的持续时间，以及重复一系列这种不同的基本上线性的照射图案的序列的速率，以便于以超过特定速率的速率确定光探测器或其他对象的角度位置。例如，可以以大于10赫兹的速率重复来自光发射器100的基本上线性的照射图案的序列。此外，如果在每次重复这样的序列期间通过6个不同的可单独寻址的发光元件产生6个或更多个不同的基本上线性的照射图案(例如，提供6个不同的所照射的环境位置，以用于确定光检测器或其他对象在第一方向上相对于光发射器的角度位置)，则可以在持续时间小于16.7毫秒的相应的时间段期间提供每个照射图案。
用于产生基本上线性的照射图案的所示光发射器100可以具有相对于用于生成这种照射图案的其他装置的许多益处。使用如本文所述的光发射器生成照射图案的能量效率可以大于生成这种照射图案的其他方法(例如，通过使用掩模吸收或以其他方式阻挡发射的光的一部分，通过反射，通过数字微镜设备，由光源产生的、要被光阱(light sink)或其他元件吸收的光的特定部分)。此外，通过在电路板110上形成可单独寻址的发光元件114，可以精确地控制可单独寻址的发光元件114的不同组之间的对准。这可以允许与可单独寻址的发光元件114的相应的不同组相对应的不同的所产生的照射图案(例如，基本上线性的照射图案)的特征(例如，角度范围)之间的对准增强。更进一步地，将可单独寻址的发光元件并入到粘附到弯曲的光学元件或以其他方式相对于弯曲的光学元件设置的单个管芯中，可以提供具有相对于例如包括多个掩模、发光元件或其他光学元件的其他发光装置的小尺寸的发光设备，或用于产生如本文所述的照射图案的其他装置。通过将可单独寻址的发光元件114经由例如电互连连接到与相应所发射的照射图案相对应的若干组可单独寻址的发光元件114中，可以在不使用存在于电路板110上的电开关(例如，晶体管)的情况下产生不同的照射图案。另外，例如，通过将可单独寻址的发光元件114围绕柱面透镜102设置在弯曲阵列中，可以减少或消除光晕误差并且可以增加视场，因为可单独寻址的发光元件114可以同心地围绕柱面透镜102多达180度。用于生成本文所述的照射图案的装置的额外优点将是显而易见的。
图1中示出的电路板110上的可单独寻址的发光元件114的所示位置和大小、电路板110的曲率和范围、以及光发射器100的其他细节意图为本文描述的方法和装置的非限制的、说明性的实施例。发明人预期电路板上的可单独寻址的发光元件的不同位置，对应于所发射的不同照射图案。此外，可以使用可单独寻址的发光元件的组的不同互连。例如，可单独寻址的发光元件的第一组和第二组可以以相反的极性连接到电路板的第一电焊盘和第二电焊盘。这可以允许可单独寻址的发光元件的第一组和第二组中所选择的一个发光元件通过控制经由第一电焊盘和第二电焊盘提供给可单独寻址的发光元件的组的电压的极性来发射光。通过使用在若干组可单独寻址的发光元件和/或可单独寻址的发光元件的成对的组之间公共的电焊盘，可以减少电路板上用于向电路板的可单独寻址的发光元件的组提供电流和/或电压的电焊盘的数量。可以使用可单独寻址的发光元件和电路板的电焊盘之间的互连的其他配置。
电路板110可以包括管芯(例如，由砷化镓、硅和/或其他半导体材料构成的管芯)，在管芯上或管芯中形成光发射器100的其他组件。在一些实施例中，电路板110是印刷电路板(PCB)。在一些实施例中，这种电路板可以具有带有铜导电层的FR-4玻璃环氧基板。例如，在各种实施例中，可以蚀刻或沉积铜导电层以限定电互连。此外，电互连可以被连接到电路板上的电焊盘，使得可以通过向电路板上的对应电焊盘提供电流和/或电压来操作可单独寻址的发光元件的组中的每一个。
在替代实施例中，电路板110可以用柔性材料代替。例如，有机LED可以被形成在有机半导体基板中以限定可单独寻址的发光元件114。更进一步地，在一些替代实施例中，可单独寻址的发光元件114可以(例如，物理地和/或电气地)彼此附接以限定阵列。这可以排除对包括其上布置有可单独寻址的发光元件的结构(例如，电路板110)的需要。
可单独寻址的发光元件114可以包括LED、VCSEL、激光器、或者形成在电路板110上或电路板110具有的其他可单独寻址的发光元件。例如，如果电路板110是半导体材料，则可单独寻址的发光元件114可以包括发光二极管区域，发光量子阱，布拉格反射器，或由砷化镓、砷化铝镓、正电荷或负电荷的掺杂材料或其他材料或结构形成的其他元件。形成可单独寻址的发光元件114可以包括光图案化(photopatterning)、光刻、化学气相沉积、溅射、氧化、离子注入或用于形成集成光电子电路的元件的其他方法。
可单独寻址的发光元件114可以以使得可单独寻址的发光元件114的一部分不发光的方式封装。这可能是因为封装封闭了一些发光区域。可替换地，可以在每个可单独寻址的发光元件114内集成电气元件，这防止整个可单独寻址的发光元件114能够发光。在一些实施例中，可单独寻址的发光元件114的有效部分可称为突出表面(projecting surface)。
如本文所述，光发射器的弯曲的光学元件可以以各种方式配置，并且包括各种元件(例如，透镜、反光镜、衍射光栅和/或棱镜)，使得从光发射器的一组可单独寻址的发光元件发射的光被投射为照射图案，该照射图案在第一方向上跨第一角度范围随角度而变化(例如，在第一角度范围内的一个或多个角度范围内提供照射)。这可以包括相对于第一方向聚焦和/或偏转由可单独寻址的发光元件发射的光，使得特定的可单独寻址的发光元件的位置与环境的角度范围相关。这还可以包括相对于第二方向散焦和/或扩散来自可单独寻址的发光元件的光。如此一来，弯曲的光学元件也可以是像散光学元件。
可单独寻址的发光元件的阵列可围绕柱面透镜的一部分弯曲(如图1所示)。这种弯曲阵列可以与柱面透镜同心。可替换地，弯曲阵列的曲率可以大于或小于柱面透镜的周长的曲率。在一些实施例中，弯曲阵列可以被附接到或制造在柱面透镜本身的一段上。弯曲阵列可以包含多行和/或多列的可单独寻址的发光元件，这些可单独寻址的发光元件被配置为通过将光投射通过柱面透镜而协作地产生一个或多个基本上线性的照射图案。在一些实施例中，可单独寻址的发光元件本身可以是柔性的。在其他实施例中，可单独寻址的发光元件可以是刚性的、但是安装在柔性表面(例如，柔性PCB)上，允许阵列围着柱面透镜弯曲。
此外，互连的一组一个或多个可单独寻址的发光元件中的可单独寻址的发光元件可以以一些其他方式布置在光发射器的电路板的表面上。例如，可单独寻址的发光元件可以跨电路板分布，以便当阵列被操作以顺序地投射基本上线性的照射图案时增加从光发射器发出的光的量和/或降低可单独寻址的发光元件的阵列的温度。因为可单独寻址的发光元件可以被分布在更宽的区域上，所以可以有更多的表面积用于散热，从而可以降低可单独寻址的发光元件的阵列的整体温度。
可以提供跨越光发射器中的电路板的可单独寻址的发光元件的分布，以便当可单独寻址的发光元件被操作以发光时降低光发射器的平均温度和/或峰值温度。这可以通过将这种废热的产生扩散到电路板的更宽区域上或根据一些其他考虑(例如，以简化电路板上的电互连和/或电焊盘的布线，以提供可单独寻址的发光元件的配置、电互连或与电路板制造工艺兼容的其他特征，或者以增加从光发射器输出的光的量)来完成。
如图1-图4所示，弯曲的光学元件可以是单个折射非球面柱面透镜102。然而，如本文所述，光发射器的弯曲的光学元件可以包括被配置为聚焦、偏转或以其他方式修改从光发射器的可单独寻址的发光元件发射的光的额外的或可替换的元件。在示例实施例中，像散光学元件聚焦由可单独寻址的发光元件中的一个或多个的组所产生的光，以产生诸如本文所述的照射图案。
为此，这种弯曲的光学元件可以包括衍射光栅、全息图或一些其他的反射、折射和/或吸收性元件。弯曲的光学元件可以包括具有非球面光学表面的反射元件。弯曲的光学元件可包括单个透镜、反光镜、光栅或其他光学元件。可替换地，弯曲的光学元件可以包括多个光学组件(例如，多个透镜、多个光栅和/或多个反光镜)。
在一些示例中，弯曲的光学元件可以包括具有第一表面的单个折射或反射透镜，该第一表面具有被指定为在第一方向上聚焦和/或偏转所发射的光的几何形状(例如，圆柱形几何形状，诸如非球面圆柱形几何形状)。这种折射或反射透镜可以包括第二表面，该第二表面具有被指定为在与第一方向基本上正交的第二方向上散焦和/或扩散所发射的光的几何形状(例如，凹形几何形状)，使得每个可单独寻址的发光元件在被操作发光时，提供在第二方向上跨越相似角度范围的光。因此，例如，这种弯曲的光学元件可以将从每个可单独寻址的发光元件发射的光聚焦成基本上线性的照射图案。
可以例如使用光学透明材料将弯曲的光学元件的组件或特征形成在电路板上，或电路板表面上的其他元件上(例如，使用用于集成电路制造的方法)。额外地或替代地，可以使用粘合剂、夹子、电枢或一些其他手段将弯曲的光学元件结合到电路板。这可以包括将弯曲的光学元件(例如，使用粘合剂)直接结合到电路板，结合到装有电路板的封装(例如，包括窗口的陶瓷、金属或聚合物集成电路封装)，或者结合到光发射器的一些其他组件。除了弯曲的光学元件之外，光发射器还可以包括其他光学元件；例如，可以在电路板的表面上提供多个微透镜，以聚焦、准直或以其他方式修改从每个可单独寻址的发光元件发射的光的发射图案。
如上所述，可以操作光发射器(例如，100)以在相应的不同时间段期间向环境提供多种不同的照射图案。可以指定照射图案，使得环境中的对象(例如，这种对象的光检测器)随时间推移从光发射器接收的照射强度可以被用于确定对象在环境内的位置(例如，确定对象相对于光发射器的角度)。这可以涉及确定在与不同照射图案相对应的不同时间段期间入射在对象上的光的图案。然后可以通过基于不同的照射图案确定与接收到的光的图案相对应的环境内的区域(例如，角度范围)来确定对象的位置(例如，对象相对于光发射器的角度)。
发明人预期光发射器的其他配置。电路板可以包括互连的若干组可单独寻址的发光元件(例如，至少一百组)，使得可以操作可单独寻址的发光元件的组以产生相应的不同照射图案以便于确定对象在接收照射图案的环境中的位置。一个或多个可单独寻址的发光元件的这种组可以以各种方式彼此互连和/或与电路板的电焊盘互连。例如，可单独寻址的发光元件的每个组可以被连接到电路板的相应的一对电焊盘，或者若干组可单独寻址的发光元件可以被共同连接到单个电焊盘(例如，根据共阴极布置或共阳极布置)。额外地或替代地，一个或多个可单独寻址的发光元件的成对的组可以共享一个或多个电焊盘，其根据相反的极性连接到这种共享端子(即第一组的可单独寻址的发光元件的阳极可以被连接到公共端子，而第二组的可单独寻址的发光元件的阴极可以被连接到公共端子)，使得这样一对的每一组可以在相应的时间段期间被操作以通过向(多个)公共端子提供对应极性的电压来提供相应的照射图案。发明人预期如本文所述的光发射器上的电焊盘的其他配置。
图2以横截面的方式示出了光发射器100的弯曲的光学元件(例如，图1中所示的柱面透镜102)对从光发射器100的电路板110上的可单独寻址的发光元件114发射的光的影响。值得注意的是，所发射的照射的尺寸、角度，柱面透镜102折射光的操作，以及图2的其他方面意图概念性地示出通过如本文所述的光发射器产生照射图案(例如，基本上线性的照射图案)，并且不意图字面地表示这种光发射器的特定实施例的光学性质或其他性质(例如，光线的角度或位置、LED的发射图案、光学元件的表观折射率、折射元件的焦距、折射元件的和/或由这种元件产生的光场的整体发散或会聚特性、折射元件对光线的折射角度)。
图2示出了穿过光发射器100的电路板110和柱面透镜102的横截面的顶视图。电路板110的一个或多个可单独寻址的发光元件114的第一组朝向柱面透镜102投射光，如图所示。柱面透镜102被配置为聚焦、折射、偏转或以其他方式修改从可单独寻址的发光元件114发射的光，使得通过这种可单独寻址的发光元件114的操作(例如，在光检测器可位于的测量平面202处)产生基本上线性的照射图案。基本上线性的照射图案可以根据电路板110上的位置、发射分布、或电路板110上的可单独寻址的发光元件114的其他特性和/或可单独寻址的发光元件114相对于柱面透镜102的位置和定向而在角度范围内变化。例如，柱面透镜102的性质、发射器100的性质(例如，可单独寻址的发光元件114的发射分布)或光发射器100的其它元件的性质可以被指定，使得与测量平面202相交的基本上线性的照射图案的宽度更宽或更窄。
如图2所示，可单独寻址的发光元件114中的每一个可以通过柱面透镜102投射图案。当投射到测量表面202处的垂直/水平面上时，图案可以是基本上线性的(即，照射图案可以在垂直维度上拉伸并且在水平维度上聚焦)。可单独寻址的发光元件114可以相对于彼此布置，使得可以跨越角度范围。例如，当针对光发射器100来定义时，角度范围可以跨越30度、45度、60度、75度或90度。
如图1所示，可单独寻址的发光元件的阵列和/或在其上安装它们的电路板110可以是弯曲的。弯曲阵列可以至少部分地围着柱面透镜102同心地设置，如图2所示。当与可单独寻址的发光元件的平面阵列相比时，这种曲率可以增加可由光发射器在测量表面202处照射的角度范围的跨度(即，视场)。另外，阵列的弯曲本质可以进一步分离由相邻的可单独寻址的发光元件发射的光线，而不是用平面阵列分离光线。例如，这种额外的分离可以导致测量表面202处增加的空间分辨率。在各种实施例中，围着柱面透镜的弯曲阵列的角度跨度可以比图2的实施例中所示的更多或更少。例如，弯曲阵列可以围绕柱面透镜90度、135度或180度。
图3是顺序地将照射图案投射到环境302(例如，房间)中的光发射器(例如，图1中所示的光发射器100)的透视图。例如，光发射器可以包括柱面透镜102和电路板110，其上具有(视图中被遮挡的)可单独寻址的发光元件114。柱面透镜102可以聚焦由可单独寻址的发光元件114发射的光，以在相对于光发射器100的对应角度处产生基本上线性的照射图案。当可单独寻址的发光元件114被顺序激活时，基本上线性的照射可以前进穿过相对于光发射器100的角度范围(如图1中虚线箭头所示)。在各种实施例中，角度范围可以在水平/深度平面或垂直/深度平面中变化(例如，如果光发射器100在水平/垂直平面中旋转90度)。在各种实施例中，角度范围可以跨越15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度、165度或180度。其他角度范围跨度也是可能的。
提供图3中所示的基本上线性的照射图案之间的间隔、宽度和位置作为示例，并不意味着指示优选实施例。容易理解的是，当顺序地照射可单独寻址的发光元件114时，多种投影图案是可能的。在一些实施例中，例如，相邻的基本上线性的照射图案之间的间隙空间可以小于所示出的。在一个这种实施例中，基本上线性的照射图案可以彼此邻接地(conterminously)投射(例如，基本上线性的照射图案之一的左边缘可以紧邻相邻的基本上线性的照射图案的右边缘)。如果所有可单独寻址的发光元件同时被激活，这可以允许例如同步脉冲垂直地照射位于角度范围内的环境302的整个部分。
基于从光发射器100接收的时变照射图案确定对象的位置(例如，确定光检测器在第一方向上相对于光发射器100的角度)可以包括确定相对于由光发射器100产生的若干不同照射图案中的每一个的时间周期的定时的、对照射的检测的定时(例如，从对由光检测器接收的光的强度的多个测量中检测给定光强的定时)。在一些示例中，这种定时信息可以由光发射器100和光检测器420确定，这两者都包括高度精确的同步时钟。在其他示例中，光发射器100可以包括射频发送器(或用于无线信息传输的其他装置)，射频发送器被操作以发射这种定时信息。在更进一步的示例中，这种定时信息可以从由光检测器从光发射器100接收的时变照射图案中恢复。在一些实施例中，可以通过从检测到的时变照射信号的变化(例如，上升沿或下降沿)恢复脉冲定时信息来恢复定时信息。
如图4所示，光发射器100可以以基本上线性的照射图案的形式(例如，如图3所示)将光发射到环境302(例如，房间)中。例如，这可以通过光发射器100使用弯曲的光学元件(例如，柱面透镜102)和在电路板110上布置成阵列的(在图4中的视图中被遮挡的)一连串可单独寻址的发光元件114来实现。随着可单独寻址的发光元件114(例如，通过使用电互连连接到可单独寻址的发光元件114的电路板110上的控制系统)被顺序激活，基本上线性的照射图案可以在由光发射器100在环境302中限定的角度范围内照射不同的角度。顺序的扫描在图4中由虚线箭头示出。此外，可以投射基本上线性的照射图案的位置由从柱面透镜102发出的实线示出。投射到光检测器420的角度位置的基本上线性的照射图案在图4中由附图标记402指示。
如上所述，基于从光发射器接收的检测到的时变光强来确定对象(例如，光检测器402)的位置可以包括基于关于从光发射器发射的照射图案的定时的信息来做出这样的确定。这种定时信息可以基于光检测器的控制器的内部时钟，或者基于使用接收器接收的定时信息(例如，经由射频信号从光发射器发送的定时信息)。额外地或替代地，定时信息可以存在于通过光发射器发射的照射图案的定时中。例如，光发射器可以在一个或多个特定时间段期间向照射的所有角度范围提供照射，以向对象提供同步定时或其他数据。在一些示例中，提供照射图案中的一个或多个可以包括在指定频率下或根据一些其他图案随时间推移(例如，通过跨强度范围和/或在若干不同的离散照射水平之间改变所提供的照射的强度)调制所提供的照射图案中的一个或多个以提供定时信息(例如，将照射图案的一个或多个识别为照射图案的序列中的“第一”图案)或提供一些其他信息。
值得注意的是，如图所示的检测到的基本上线性的照射图案402意图作为可由如本文所述的光发射器100提供的图案的非限制性示例。作为替代示例，由光发射器提供的一组照射图案可以在第一角度范围内变化；另外的照射图案可以对所有第一角度范围提供照射。如上所述，可以提供这种图案，以向环境中的对象提供定时或其他信息。额外地或替代地，这种照射图案可以被用于确定给定对象是否在第一角度范围内，并且因此确定从光发射器发射的光是否可以被用于确定给定对象的位置。
可以指定不同的照射图案的数量(以及光发射器的一个或多个可单独寻址的发光元件的组的对应数量)以提供至少对指定的分辨率或准确度感兴趣的环境中的对象的角度位置的确定。例如，在相应的不同时间段期间(例如，在多个重复的相应的时间段期间，根据产生不同的基本上线性的照射图案的重复时间序列)，可以由光发射器(例如，从光发射器的一个或多个发光元件的10个或更多个对应组)提供10个或更多个不同的基本上线性的照射图案。当在相应的时间段期间由环境中的对象的光检测器检测到时，所提供的基本上线性的照射图案中的每一个可以提供对象相对于光发射器所位于的对应角度范围。对象所位于的角度范围可以基于对应的基本上线性的照射图案的宽度占据角度跨度。如上所述，可以指定所提供的不同照射图案的数量，以便于将这种对象的角度位置确定为指定的分辨度。例如，如果由光发射器扫出的完整角度范围是90度，则提供10个或更多个不同的基本上线性的照射图案可以便于将对象的角度位置确定为9度的分辨率。当这种对象在提供基本上线性的照射图案的光发射器的1米内时，9度的角度分辨率可以对应于15.6厘米的线性距离分辨率。另外，如果基本上线性的照射图案的强度分布相对于角度变化(例如，由于可单独寻址的发光元件(诸如激光器)的高斯性质)，并且对象上的光检测器可以检测到强度的变化，角度分辨率可以进一步提高。
图5是包括光发射器550的系统的框图，光发射器550被配置为将如本文其他地方所述的多个不同照射图案提供给对象510所位于的环境。对象510包括光检测器514和控制器512，光检测器514和控制器512被配置为检测从光发射器550发射的照射520。对象510还包括收发器516，收发器516被配置为向一些其他设备发送信息和/或从一些其他设备(例如，从光发射器550)接收信息。光检测器514被配置为检测从光发射器550接收的光520(例如，在相应的不同的时间段期间从光发射器550作为一个或多个基本上线性的照射图案发射的光)的属性(例如，强度)。可以检测这种光并将其用于确定对象510的位置(例如，在第一方向上相对于光发射器550的角度)。光发射器550包括管芯554，管芯554例如可以设置在包括一个或多个可单独寻址的发光元件的电路板上，该发光元件被配置为经由弯曲的光学元件556(例如，柱面透镜)提供光，以将相应的照射图案再现到包含对象510的环境(例如，基本上线性的照射图案)。光发射器550还包括处理器552和存储器560，该存储器560被配置为便于管芯554产生这种照射图案的操作。
光发射器550被配置为在相应的时间段期间产生不同的照射图案。发射每种不同的照射图案包括在第一方向上相对于设备的第一角度范围的一个或多个角度范围内发射照射。因此，每个照射图案在第一方向上变化，使得对象(例如，510)可以检测在这种不同时间段期间从光发射器550接收的光的强度，并使用检测到的光强来确定对象510在环境中的位置(例如，确定对象510在第一方向上相对于光发射器550的角度)。产生特定照射图案的光发射器550包括从管芯554的一组一个或多个互连的可单独寻址的发光元件(例如，LED、激光器、VCSEL)生成光。
光发射器550的处理器552被配置为操作管芯554(例如，将电压和/或电流施加到管芯554的一个或多个可单独寻址的发光元件的不同组)以产生不同的来自光发射器550的照射图案。处理器552可以包括一个或多个微控制器、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)或被配置为操作管芯554在不同时间段期间产生不同照射图案的其他电子组件。处理器552可以包括被配置为使用程序指令562或包含在存储器560内的其他信息来执行这种动作(例如，根据存储的伪随机序列或根据一些其他序列生成照射图案序列，或者通过使用管芯554发射照射520来指示一些定时信息或其他信息)的元件。可替换地，光发射器550可以包括若干触发器、定时器、多路复用器、计数器或被配置为操作管芯554以根据通过这种电路的结构静态地设置(例如，以重复序列在指定的时间段内提供一组照射图案中的每一个)的序列产生照射图案的其他电路，而不是处理器552和存储器560。
存储器560可以包括程序指令562，以用于由处理器552执行，以使得光发射器550通过从管芯554上的一个或多个可单独寻址的发光元件的相应的不同组发射光来在相应的不同时间段期间产生不同的照射图案，或者执行一些其他操作。在各种实施例中，存储器560可以包括非易失性和/或易失性存储器。在一些示例中，程序指令562可以包括根据设定序列(例如，使得不同的照射图案中的每一个依次重复呈现)提供不同照射图案的指令。可替换地，程序指令562可以包括根据随机或伪随机序列提供不同照射图案的指令。在又一示例中，程序指令562可以包括用于提供不同照射图案的子组的指令。例如，如果知道对象的位置为低分辨率(例如，基于检测先前从光发射器550发射的光，知道对象位于感兴趣的角度范围的后半部分内)，则可以仅提供不同照射图案的子组，以便于随时间推移促使对于对象的位置的确定为更高的分辨率和/或处于更高的速率。
在又一示例中，程序指令562可以包括用于在感兴趣的角度范围上提供照射以向环境中的对象发信号通知一些信息的指令。向对象发信号通知信息可以包括指示关于从光发射器560发射的先前或后续照射图案的定时信息，或者提供关于身份的信息或关于从光发射器550发射的照射图案的其他信息和/或关于产生这种图案的顺序的信息(例如，种子值(seed value)或关于照射图案的伪随机序列的其他信息)。
在一些示例中，光发射器550可以包括收发器、通信接口、用户接口、一个或多个另外的管芯或一些其他的组件，并且程序指令562可以包括用于操作这种另外的组件以提供一些功能的指令。例如，光发射器550可以包括被配置为(例如，经由对象510的收发器516)与对象510通信的收发器。程序指令562可以包括用于操作收发器以通过光发射器550将定时信息、关于照射图案和/或产生这种图案的序列的信息、或者一些其他信息发送到对象510的指令。额外地或替代地，程序指令562可以包括指令，该指令用于操作收发器以基于使用光检测器514检测到的光强接收由对象510的控制器512确定的位置信息，发送关于这种检测到的强度的信息使得处理器552可以基于这种检测到的强度来确定对象510的位置，或者从对象510接收一些其他信息。程序指令562可以包括用于操作这种收发器以与一些其他系统通信的指令(例如，用于将关于所确定的对象510的位置的信息发送到电话、计算机或一些其他系统)。
光发射器550可以是智能电话、数字助理、头戴式显示器、用于机器人或其他系统的控制器或一些其他便携式计算设备的一部分。在这样的示例中，从光发射器550发射的光(例如，作为不同的照射图案)可以被用于确定对象(例如，包括光检测器的对象)相对于这种其他对象的位置(例如，在其上设置有光检测器的用户的手相对于在其上设置有包括光发射器550的头戴式显示器的用户的头部的位置)。可替换地，光发射器550可以是安装到地板、墙壁、天花板或其他对象或建筑物的系统的一部分，使得光发射器550的位置相对于感兴趣的环境是相对静止的。在这样的示例中，从光发射器550发射的光可以被用于确定对象(例如，包括光检测器的对象)相对于环境的位置(例如，人体的部位的位置，在其上设置若干相应的光检测器以便于检测环境内人体的运动)。发明人预期如本文所述的光发射器的其他配置和/或应用。
对象510可以是系统、标记或附接到感兴趣的对象或人(例如，人的身体部位，以便于动作捕捉)的其他设备(例如，无人机)的一部分或设置在其上，或者以一些其他方式被配置以便基于从光发射器550接收的光的时变强度来确定对象510的位置。这包括使用对象510的光检测器514检测这种光强。光检测器514可以包括光电二极管、光电晶体管、或对于从光发射器550发射的光(例如，对于处于与从光发射器550的管芯554的可单独寻址的发光元件发射的光的波长相对应的波长的光)敏感的一些其他元件。
控制器512可以包括被配置为操作光检测器514以检测从光发射器550接收的光的强度或其他属性和/或执行一些其他操作的各种元件。例如，控制器512可以包括逻辑门、算术逻辑单元、微处理器、寄存器、数字振荡器、计数器、逻辑总线、放大器、模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)、混频器、模拟振荡器、缓冲器、存储器、程序指令、或某个(某些)其他组件。控制器512可以被配置为基于这种检测到的来自光发射器550的照射来确定对象510的位置，和/或使用收发器516来发送关于检测到的照射的信息(例如，关于在多个时间点处接收到的照射的强度的信息，关于定时、序列的信息，或关于这种随时间推移而接收到的照射的强度的一系列变化的其他信息)到一些其他系统(例如，光发射器550、电话、计算机)。控制器512可以被配置为执行一些其他操作。
控制器512可以包括用于检测由光检测器514接收的、来自光发射器550的照射的各种组件。光检测器514可以包括光电二极管，光电晶体管，光阻元件，或被配置为输出与接收到的光520的强度或其他属性相关的电压、电流或一些其他电信号的一些其他组件。控制器512可以包括放大器、跨阻抗放大器、滤波器、缓冲器、电压参考、ADC、或被配置为操作光检测器514以检测从光发射器550接收的照射520的其他组件。控制器512可以包括另外的电路系统(例如，时钟恢复电路系统，用于根据检测到的照射的强度的转变确定相对定时信息；异步串行接收器电路系统，用于检测接收到的照射的强度相对于对象510的位置的一系列变化)。
控制器512可以被配置为使用光检测器514检测来自多个光发射器和/或来自光发射器的多个不同管芯的照射。在一些示例中，控制器512可以包括数字或模拟滤波器，该滤波器被配置为便于检测从多个不同的光发射器和/或从光发射器的多个不同管芯接收的照射。这可以通过检测由光检测器514接收的照射的分量来完成，该分量在与从这种不同管芯和/或不同光发射器发射的照射的调制频率相对应的相应的不同频率处变化。额外地或替代地，光检测器514可以包括多个不同的光敏元件(例如，耦合到这种光电二极管的不同光电二极管和/或光学滤波器)，该光敏元件对于与由不同光发射器和/或光发射器的不同管芯产生的照射的波长相对应的相应的不同波长的照射敏感。这可以便于检测从这种多个不同的光发射器和/或从光发射器的多个不同的管芯接收的照射。
值得注意的是，为了便于描述，结合功能模块描述了图6中所示的框图。然而，对象510和/或光发射器550的实施例可以被布置有在单个集成电路(例如，包括光检测器的集成电路和用于检测经由光检测器接收的光的强度的电路系统)中、在多个集成电路或电子装配件(例如，在其上设置有电子组件的印刷电路板)中、或根据一些其他考虑来实施的功能模块(“子系统”)的一个或多个。
值得注意的是，对象510和光发射器550的所示组件意图作为非限制性示例实施例。还要注意的是，被配置为向环境提供照射图案的光发射器、位于这种环境中的对象和/或位于如本文所述的这种环境中的光检测器可以包括更多或更少的所示元件和/或可以包括另外的元件。例如，位于环境中并且包括被配置为检测从光发射器发射的光的光检测器的对象可能缺少控制器或者被配置为操作光检测器和/或确定对象的位置的其他元件。在这种示例中，光发射器可以经由电缆连系(tether)到一些其他系统(例如，到光发射器550)，其他系统被配置为检测经由光检测器接收的光并确定光检测器的位置。发明人预期了光发射器、光检测器、标记和/或被配置为产生和/或检测如本文所述的照射图案的其他对象或系统的另外的示例。
如本文其他地方所述，光发射器可以包括管芯和弯曲的光学元件，该弯曲的光学元件被配置为提供来自光发射器的照射图案，该照射图案根据在指定方向上相对于光发射器的角度而变化。这可以通过从管芯的对应可单独寻址的发光元件生成光来完成。这种可单独寻址的发光元件在管芯上的位置可以与当可单独寻址的发光元件被操作以发射光时从光发射器产生的照射的角度或角度范围相对应。以这种方式配置的光发射器可以以更小的形状因子(form factor)、以最小的组件和最小的成本、或者根据以相对于用于产生这种照射图案的其他装置或方法改进的方式(例如，使用数字微镜设备来控制由光源产生的光的哪些部分将被提供给环境)的一些其他考虑来更有效地提供这种图案。这种管芯和/或弯曲的光学元件可以以各种方式配置，以便于产生各种不同的照射图案。
例如，虽然这种光发射器在本文其他地方描述为包括相对于弯曲的光学元件设置的单个管芯，但是多个管芯也可以相对于这种弯曲的光学元件来设置。这些多个管芯可以提供来自不同管芯的发光元件的相应的组的相应的照射图案。可以提供这种不同管芯以增加管芯的功率消耗程度，增加管芯上的可单独寻址的发光元件的组的总数以及可以由光发射器提供的不同照射图案的对应总数，或提供一些其他功能。这在图7中以示例的方式示出，图7示出了第一管芯714和第二管芯724，每个管芯包括相应的多个发光元件并且每个管芯都分别设置在第一弯曲的光学元件710和第二弯曲的光学元件720的后面。
如上所述，图6a是布置在电路板610上的可单独寻址的发光元件614的阵列的俯视图，该发光元件朝向柱面透镜602投射光。如果被顺序地激活，可单独寻址的发光元件614的阵列可以在相对于光发射器的角度范围内重复投射基本上线性的照射图案(如箭头所示)。图6a中由光发射器扫出的角度范围位于水平/深度平面(图6a中所示的轴)。如图所示，可单独寻址的发光元件614沿着位于水平/深度平面内的弯曲的轴排列在电路板610上。另外，柱面透镜602的主轴基本平行于垂直轴。
可替换地，可以使用相同的光发射器来投射基本上线性的照射图案，该照射图案扫描位于垂直/深度平面(图6b中所示的轴)的角度范围。如图6b所示，光发射器被重新定向，使得可单独寻址的发光元件664沿着位于垂直/深度平面内的弯曲的轴排列在电路板660上。另外，柱面透镜652的主轴基本平行于水平轴。
另外，如果图6a和图6b中呈现的两个发射器配置是两个分离的发射器，则它们可以同时扫描正交的角度范围。此外，两个分离的发射器可以被放置在单个电路板上以扫描环境，如图7所示。
如上所述，在光发射器(例如，图7中所示的光发射器700)的一些实施例中，在相同的电路板上可以存在设置在第一柱面透镜710后面的可单独寻址的发光元件714的第一弯曲阵列与设置在第二柱面透镜720后面的可单独寻址的发光元件724的第二弯曲阵列。第一弯曲阵列和第二弯曲阵列可以被定向成使得弯曲阵列分别在第一方向和第二方向上发射相应的照射图案，使得第一方向和第二方向相对于彼此旋转(例如，使得第一方向和第二方向基本上正交，也就是说，使得第一方向和第二方向相差80度到100度之间)。这可以允许光检测器确定对象在两个正交方向上相对于光发射器的角度。在另一示例中，光发射器的两个弯曲阵列可以位于环境中的不同位置，并且基于对象从两个阵列接收的照射来确定对象的位置可以包括，基于检测到的照射并且还基于环境内的两个弯曲阵列的相对位置和定向来确定对象位于环境内的特定平面或线上。此外，在其他实施例中，可以在一个或多个光发射器上采用具有3个或更多个弯曲的光学元件的可单独寻址的发光元件的3个或更多个弯曲阵列。
可以以各种方式检测对象(例如，对象的光检测器)从两个(或更多个)不同阵列和/或光发射器的接收的照射。在示例实施例中，不同阵列可以在不同相应的时间段期间发射照射图案。在这种示例中，检测来自两个不同阵列的照射可以包括操作对象的光检测器以检测对象在不同的相应时间段期间接收的光。在另一示例中，不同的阵列可以以不同的相应波长发射照射，并且检测来自两个不同阵列的照射可以包括操作对象的多个光检测器(例如，耦合到与由光发射器发射的光的不同波长相对应的相应的波长选择滤波器的光检测器)检测以不同的相应波长入射在对象上的光。在又一示例中，从阵列中的每一个发射的照射可以以不同的相应频率来调制，并且检测来自两个不同光发射器的照射可以包括以不同的相应频率过滤使用对象的光检测器检测到的光强信号。发明人预期检测对象从如本文所述的两个或更多个阵列接收的光随时间推移的强度的额外或替代方法。
此外，柱面透镜710/720和可单独寻址的发光元件714/724的对应弯曲阵列可以被封装到电路板700上。电路板700可以包括通信互连702，用于将调制信号从控制系统760(例如，包括处理器762的控制系统760，处理器762被配置为执行存储在存储器764上的指令以生成用于扫描环境的照射图案的)发送到可单独寻址的发光元件714/724。电路板700还可以包括电力互连702，电力互连702从电源770向可单独寻址的发光元件714/724提供电源电压。在一些实施例中，电源770可以包括电池或超级电容器。在替代实施例中，电源770可以包括被配置为连接到墙壁插座的插头和连接到直流(AC到DC)转换器的交流电。
III.示例方法
图8是用于操作光发射器以产生如本文其他地方所述的照射图案的方法800的流程图。可以在相应的时间段期间提供这种照射图案，以便于基于由对象随时间推移从光发射器接收的照射，确定对象在第一方向上相对于光发射器的位置。照射图案被指定为对光发射器的环境进行空间编码，使得环境的不同区域(例如，在第一方向上相对于光发射器的不同角度范围)从光发射器接收不同的时变照射图案。可以检测这种时变图案并将其用于确定从环境的哪个区域中检测到时变图案，从而确定光检测器或用于检测时变图案的其他装置相对于光发射器的位置(例如，在第一方向上的角度)。
光发射器包括若干组一个或多个互连的可单独寻址的发光元件，这些发光元件被设置在光发射器的阵列中，并且每个发光元件对应于从光发射器发射的照射图案中相应的一个。阵列相对于光发射器的弯曲的光学元件来设置，使得当阵列的特定的一组一个或多个互连的可单独寻址的发光元件被操作以发射光时，所发射的光被弯曲的光学元件聚焦，以从光发射器产生照射图案的对应的一个。
在框802处，方法800包括从第一可单独寻址的发光元件朝向弯曲的光学元件发射光。在一些实施例中，框802可以包括在第一可单独寻址的发光元件上提供电压差。此外，从第一可单独寻址的发光元件发射的光可以处于例如由控制系统确定的对应强度和/或对应波长。对应强度和/或对应波长可以基于所发射的光将被引导到的环境内的位置(例如，朝向环境的角度范围的中心引导的所发射的光可以具有比朝向角度范围的边缘引导的所发射的光更大的强度)。
在框804处，方法800包括通过弯曲的光学元件聚焦从第一可单独寻址的发光元件发射的光，来以在角度范围内的第一对应扫描角度产生基本上线性的照射图案。框804可以包括将由第一可单独寻址的发光元件发射的光在一个方向上(例如，水平方向)聚焦，并且将光在正交方向上(例如，垂直方向)扩散。为了实现这一点，在一些实施例中，弯曲的光学元件可以是柱面透镜。
基本上线性的照射图案可以在一个维度(例如，垂直)上延伸穿过环境的维度(例如，房间内的墙壁)。角度范围内的第一对应扫描角度的宽度可以与第一可单独寻址的发光元件上的突出表面的宽度相互关联。可替换地，角度范围内的第一对应扫描角度的宽度可以与由第一可单独寻址的发光元件发射的光的物理特性(例如，由第一可单独寻址的发光元件发射的激光束的光束腰(beam waist)或波长的衍射极限)相互关联。
在框806处，方法800包括从第二可单独寻址的发光元件朝向弯曲的光学元件发射光。类似于框802，从第二可单独寻址的发光元件发射的光可以处于对应强度和/或对应波长。对应强度和/或对应波长可以与环境内的给定位置相互关联，将朝向该给定位置投射由第二可单独寻址的发光元件发射的光。
在一些实施例中，例如，第二可单独寻址的发光元件可以紧邻第一可单独寻址的发光元件设置在阵列内。此外，第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件都可以位于电路板上。第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件还可以相对于彼此交错，使得第一可单独寻址的发光元件上的第一突出表面和第二可单独寻址的发光元件上的第二突出表面是彼此对准的。额外地或替代地，第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件可以位于围着弯曲的光学元件的不同的同心位置处(例如，第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件两者可以与弯曲的光学元件距离相同，但是设置在弯曲的光学元件周围的不同角度位置处)。
在框808处，方法800包括通过弯曲的光学元件聚焦从第二可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内的第二对应扫描角度处再现基本上线性的照射图案。类似于框804，聚焦可以包括将光聚焦在一个方向上(例如，水平方向)，并将光在正交方向上(例如，垂直方向)扩散。例如，所再现的基本上线性的照射图案可以被投射在紧邻由框804投射的基本上线性的照射图案的环境的一部分上。如果第一可单独寻址的发光元件和第二可单独寻址的发光元件的相应的第一突出表面和第二突出表面是对准的，则可能发生这种情况。
方法800可以包括另外的步骤，其中，在相应的时间段期间，通过从光发射器的一个或多个互连的可单独寻址的发光元件的相应的另外的组生成光来从光发射器生成另外的照射图案。可以提供这种另外的照射图案以增加光检测器或环境中的其他对象的位置可被确定的分辨率(例如，通过提供选择性地向环境的较小部分提供照射的照射图案)。
此外，方法800可以包括在特定的一个或多个时间段期间向所有第一角度范围提供照射的步骤(例如，向光检测器或接收这种照射的其他对象提供同步或定时信息)。方法800可以另外包括经由一个或多个提供的照射图案、向环境中的光检测器提供信息的光学传输。更进一步地，方法800可以包括经由射频传输提供关于所照射的环境的定时、序列、角度的信息，或者在相应的不同时间段期间从光发射器提供的关于照射图案的其他信息。方法800可以包括另外的步骤，或者替代这里列出的步骤。
图9是用于通过光发射器照射环境并检测对象(例如，光检测器)位于环境内的角度位置的方法900的流程图。光发射器和对象可以包括位置检测系统。可以指定照射图案以对光发射器的环境进行空间编码，使得环境的不同区域(例如，在第一方向上相对于光发射器的不同角度范围)从光发射器接收不同的时变照射图案。此外，光发射器和对象可以以除了照射和检测环境内的照射图案以外的其他方式彼此通信。
光发射器包括若干组一个或多个互连的可单独寻址的发光元件，这些发光元件被设置在光发射器的阵列中，并且每个发光元件对应于从光发射器发射的基本上线性的照射图案中的相应的一个。阵列相对于光发射器的弯曲的光学元件来设置，使得当阵列的特定的一组一个或多个互连的可单独寻址的发光元件被操作以发射光时，所发射的光与弯曲的光学元件相互作用，以从光发射器产生基本上线性的照射图案中对应的一个。
在框902处，方法900包括从阵列发射同步照射。框902可以包括照射阵列内的多个可单独寻址的发光元件(例如，阵列内的所有可单独寻址的发光元件)。此外，阵列内的多个可单独寻址的发光元件可以以一系列脉冲发射以对应的同步频率、强度和/或图案调制的光。对应的同步频率、强度和/或图案可以由一个或多个光检测器识别，例如，作为确定在框902中由阵列中的可单独寻址的发光元件提供的照射是同步照射的方式。
在框904处，方法900包括使用光检测器检测同步照射。光检测器可以被设置在环境内的特定角度位置。如上所述，例如，光检测器可以包括控制器，诸如执行存储在存储器内的指令的处理器。此外，光检测器可以包括光电二极管，光电晶体管，光阻元件，或被配置为输出与接收到的光的强度、波长或其他性质相关的电压、电流或一些其他电信号的某个(某些)其他组件。在方法900的一些实施例中，框904可以包括检测来自多个光检测器的同步照射。例如，环境内的对象可以具有位于对象上的不同角度位置处的多个光检测器(例如，人的左臂上的光检测器和右臂上的另一光检测器)。
此外，检测同步照射可以包括检测照射的对应波长、强度和/或持续时间。另外，检测同步照射可以包括检测相对于时间的波长和/或强度分布。检测这种分布可以允许光检测器更精确地找准光检测器在环境内的角度位置。
在框906处，方法900包括将同步时间与检测到的同步照射相关联。框906可以包括与光检测器相关联的收发器，该光检测器访问网络(例如，公共因特网)以确定当前时间。可替换地，光检测器可以具有存储当前时间的内部时钟。框906还可以包括将关联的同步时间存储在存储器中。在一些实施例中，存储器可以装载在光检测器上。可替换地，存储器可以远程定位(例如，光检测器传达同步时间到云存储设备)。
在框908处，方法900包括使用控制系统顺序地照射阵列中的可单独寻址的发光元件，以用基本上线性的照射图案扫出角度范围。在一些实施例中，框908可以包括照射不同的可单独寻址的发光元件达不同的时间量。例如，阵列中的第一可单独寻址的发光元件可以被激活500毫秒，并且每个连续的可单独寻址的发光元件可以接连地被激活少5毫秒。这种照射方案可以允许一个或多个光检测器检测它们相对于光发射器的相应角度位置。除了时间上的调制之外，在阵列中的可单独寻址的发光元件的顺序照射期间还可以使用波长(例如，可单独寻址的发光元件中的每一个发射波长稍微不同的光)上的调制。
在框910处，方法900包括使用光检测器检测由阵列中的发光元件中的一个再现的基本上线性的照射图案。类似于框904，检测基本上线性的照射图案可以包括检测照射的对应波长、强度和/或持续时间。此外，检测基本上线性的照射图案可以包括检测相对于时间的波长和/或强度分布。检测这种分布可以允许光检测器更精确地找准光检测器在环境内的角度位置。
在框912处，方法900包括将检测到的基本上线性的照射图案与检测时间相关联。如果相对于时间检测到波长和/或强度分布，则框912可以包括将基本上线性的照射图案与一组检测时间相关联。类同于框906，框908可以包括与光检测器相关联的收发器，该光检测器访问网络(例如，公共因特网)以确定当前时间。可替换地，光检测器可以具有存储当前时间的内部时钟。框908还可以包括将相关联的检测时间存储在存储器中。在一些实施例中，存储器可以装载在光检测器上。可替换地，存储器可以远程定位(例如，光检测器传达同步时间到云存储设备)。
在框914处，方法900包括使用计算设备将检测时间与同步时间进行比较以确定光检测器的角度位置。在一些实施例中，计算设备可以装载在光检测器上。在替代实施例中，计算设备可以是中央服务器，例如，其基于多个相应的检测时间和同步时间来确定多个光检测器的角度位置。例如，在这种实施例中，计算设备可以通过光检测器上的收发器与光检测器通信。框914可以包括计算设备从检测时间减去同步时间以确定检测到同步照射时与检测到基本上线性的照射图案时之间的持续时间。此外，框914可以包括计算设备将同步照射检测和基本上线性的照射图案检测之间的持续时间除以发射器中的可单独寻址的发光元件中的每一个的照射时间，以确定光检测器的角度位置。可单独寻址的发光元件中的每一个的照射时间可以预先从光发射器传输到光检测器。额外地或替代地，照射时间可以已经基于同步照射内包含的信息而生成/变更(例如，同步照射的波长充当从光发射器到光检测器的、关于以对应的照射序列使用的可单独寻址的发光元件中的每一个的照射时间的指示)。
方法900可以包括另外的步骤，其中在相应的时间段期间，通过从光发射器的一个或多个互连的可单独寻址的发光元件的相应的另外的组生成光，来从光发射器生成另外的照射图案。可以提供这种另外的照射图案来增加光检测器或环境中的其他对象的位置可以被确定的分辨率(例如，通过提供选择性地向环境的较小部分提供照射的照射图案)。
方法900可以另外包括经由一个或多个所提供的照射图案、向环境中的光检测器提供信息的光学传输。更进一步地，方法900可以包括经由射频传输提供关于所照射的环境的定时、序列、角度的信息，或者在相应的不同时间段期间从光发射器提供的关于照射图案的其他信息。方法900可以包括另外的步骤，或者替代这里列出的步骤。
IV.结论
附图中所示的特定布置不应视为限制。应该理解的是，其他实施例可以包括给定附图中所示的每个元件的更多或更少的元件。此外，可以组合或省略一些所示元件。此外，示例性实施例可以包括图中未示出的元件。
另外，虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的各种方面和实施例是出于说明的目的而不是限制性的，而真正的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文一般描述的并且在附图中示出的，本公开的方面可以以各种各样不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
弯曲的光学元件；
可单独寻址的发光元件的弯曲阵列，被布置成朝向所述弯曲的光学元件发射光，其中所述弯曲阵列的曲率与所述弯曲的光学元件的圆周的至少一部分基本上同心，其中所述弯曲的光学元件被布置成聚焦从每个可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以不同的对应扫描角度产生基本上线性的照射图案；以及
控制系统，可操作以顺序地激活可单独寻址的发光元件，使得基本上线性的照射图案扫出所述角度范围。
2.根据权利要求1所述的设备，其中扫出所述角度范围的基本上线性的照射图案被用于水平地扫描物理空间。
3.根据权利要求1所述的设备，其中扫出所述角度范围的基本上线性的照射图案被用于垂直地扫描物理空间。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲阵列被制造在弯曲的印刷电路板上。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲阵列包含32个可单独寻址的发光元件。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲阵列中的可单独寻址的发光元件的数量有助于所述角度范围的角分辨率。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲阵列中的可单独寻址的发光元件的数量有助于所述角度范围的大小。
8.根据权利要求1所述的设备，其中从所述可单独寻址的发光元件中的一个发光元件聚焦的基本上线性的照射图案的宽度使得所述基本上线性的照射图案将至少部分地与从相邻的可单独寻址的发光元件聚焦的基本上线性的照射图案重叠。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述角度范围是90度、135度或180度。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲的光学元件是柱面透镜。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲阵列中的所有可单独寻址的发光元件被设置在距所述弯曲的光学元件恒定的距离处。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述可单独寻址的发光元件在所述弯曲阵列中相对于彼此交错，使得所述基本上线性的照射图案连续地扫出所述角度范围。
13.一种方法，包括：
从第一可单独寻址的发光元件朝向弯曲的光学元件发射光；
通过所述弯曲的光学元件聚焦从所述第一可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以第一对应扫描角度产生基本上线性的照射图案；
从第二可单独寻址的发光元件朝向所述弯曲的光学元件发射光；以及
通过所述弯曲的光学元件聚焦从所述第二可单独寻址的发光元件发射的光，以在所述角度范围内的第二对应扫描角度再现基本上线性的照射图案，
其中所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件在可单独寻址的发光元件的弯曲阵列中，其中所述弯曲阵列的曲率与所述弯曲的光学元件的圆周的至少一部分基本上同心，并且其中所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件由控制系统顺序地激活，使得基本上线性的照射图案扫出角度范围的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
通过光检测器检测从所述第一可单独寻址的发光元件或从所述第二可单独寻址的发光元件发射的光；以及
将检测到的从所述第一可单独寻址的发光元件或所述第二可单独寻址的发光元件发射的光与检测时间相关联。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
从所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件两者同时发射光，以生成同步照射；
通过所述弯曲的光学元件聚焦从所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件两者发射的光；
通过所述光检测器检测所述同步照射；
将检测到的同步照射与同步时间相关联；以及
通过计算设备将所述检测时间与所述同步时间进行比较，以确定所述光检测器的角度位置。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括：
从所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件两者同时发射光，以生成同步照射；以及
通过所述弯曲的光学元件聚焦从所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件两者发射的光。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括由所述控制系统调制从所述第一可单独寻址的发光元件发射光和从所述第二可单独寻址的发光元件发射光之间的时间间隔。
18.根据权利要求13所述的方法，其中从所述第一可单独寻址的发光元件发射的光和从所述第二可单独寻址的发光元件发射的光具有不同的波长。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一可单独寻址的发光元件和所述第二可单独寻址的发光元件是发光二极管(LED)。
20.一种系统，包括：
发光设备，其中所述发光设备包括：
弯曲的光学元件；
可单独寻址的发光元件的弯曲阵列，被布置成朝向所述弯曲的光学元件发射光，其中所述弯曲阵列的曲率与弯曲的光学元件的圆周的一部分基本上同心，其中所述弯曲的光学元件被布置成聚焦从每个可单独寻址的发光元件发射的光，以在角度范围内以不同的对应扫描角度产生基本上线性的照射图案；以及
控制系统，可操作以顺序地激活所述可单独寻址的发光元件，使得基本上线性的照射图案扫出所述角度范围；以及
光检测器，其中所述光检测器被配置为检测从所述发光设备发射的光。
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