CN111263899A - 照明装置、飞行时间系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行时间检测的照明装置，具有：发光单元，用于发射用于生成光图案的光线图案；以及透镜部，用于将发射的用于生成光图案的光线图案聚焦在距透镜部预定距离的预定焦点处。

Description

照明装置、飞行时间系统和方法
技术领域
本公开总体涉及一种照明装置、飞行时间系统、以及飞行时间检测方法。
背景技术
通常，已知飞行时间(TOF)传感器，其能够例如基于发射光的往返时间来测量发光元件与目标之间的距离。
此外，已知TOF依赖于漫射投影仪和TOF传感器来到计算场景中所有的点的时间差或相位差。漫射光在较长距离处会迅速减弱，并且密集数量的射线可能会导致相互反射，从而引起多路径和散射。
将光聚集到点、网格、或其他诸如此类中也是已知的。这些结构通常使用照明源(激光器/LED)和衍射光学元件(DOE)来投影。
尽管存在用于飞行时间检测的技术，但通常期望改进飞行时间检测。
发明内容
根据第一方面，本公开提供了用于飞行时间检测的照明装置，包括：发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及透镜部，被配置为将用于生成光图案的发射的光线图案聚焦在距透镜部预定距离的预定焦点处。
根据第二方面，本公开提供了一种飞行时间系统，包括用于飞行时间检测的照明装置，照明装置包括：发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；透镜，被配置为将发射的光线图案聚焦在远离透镜的预定焦点处；以及飞行时间传感器，用于检测来源于发射的光线图案的反射光。
根据第三方面，本公开提供了一种用于飞行时间检测的方法，包括：通过透镜部发射光线图案，从而在距透镜部预定距离的预定焦点处生成光图案；以及检测来源于发射的光线图案的反射光。
在独立权利要求、以下描述以及附图中阐述了另外的方面。
附图说明
通过关于附图的实例的方式解释实施方式，在附图中：
图1示出了用于飞行时间检测的照明装置的第一实施方式；
图2示出了用于飞行时间检测的照明装置的第二实施方式；
图3示出了用于飞行时间检测的照明装置的第三实施方式；
图4示出了例如根据图3包括照明装置的飞行时间系统的实施方式；以及
图5示出了用于飞行时间检测的方法的流程图，其例如可通过图4的飞行时间系统执行。
具体实施方式
在参照图1详细描述实施方式之前，先进行概要说明。
正如在开头所提到的，已知将光聚集在点、网格或诸如此类中，其中，可使用照明源(激光器/LED)和衍射光学元件(DOE)来投影这种结构。
通过利用点的产生，可以测量较长的距离，由于光的密度更大，导致较远距离处信号较强，进而提高了信噪比(SNR)，并且还提高了了太阳光弹性(提高了太阳光与TOF照明之比)。然而，分辨率受到限制，因为只能在对结构或点进行投影的情况下获得信息，并且此外，由于更高的辐照度，可能无法确保眼睛安全。
因此，一些实施方式涉及用于飞行时间检测的照明装置，包括：发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及透镜部，被配置为将用于生成光图案的发射的光线图案聚焦在距透镜部预定距离的预定焦点处。
通过提供透镜部，其将用于生成光图案的发射的光线图案聚焦在远离透镜部的预定焦点处，在位于透镜部与焦点之间的更近的距离处生成漫射图案。
光图案可包括具有高(较高)光强度的多个区域以及其间具有低(较低)光强度(或没有光强度)的区域。具有高(较高)光强度的区域通常可以具有任何类型的形状，例如，线性、圆形、椭圆形、矩形、任何类型的多边形等。光图案可包括多个点，其中，点还可以具有任何类型的形状，例如，线性、圆形、椭圆形、矩形、任何类型的多边形等。光图案可具有例如光点的规则图案，或者其可具有例如光点的不规则图案，即，具有高(较高)强度图案的区域之间的距离可以相同或者至少(部分)相似(从而形成规则图案)或者该距离可以是不规则的，甚至是随机的(从而形成不规则图案)。此外，具有高(较高)强度或低(较低)强度的区域可具有相同的或相似的尺寸(或区域具有部分相同的尺寸)，或者它们可具有不同的尺寸。此外，一个区域或点内的强度可以变化，例如，可以是中间高边缘低等，不在那方面限制本公开。
在一些实施方式中，本公开适于用于汽车的基于飞行时间的距离传感器，因为其对于太阳光(强环境光)可以是稳健的并且还可以适于相对远距离检测。因此，一些实施方式涉及。
发光单元可包括至少一个(或多个)发光元件，例如，激光元件、发光二极管或诸如此类。发光单元(例如，至少一个激光元件)可包括垂直腔面发射激光器。在一些实施方式中，各个激光元件包括一个垂直腔面发射激光器。
在一些实施方式中，发光单元包括包含多个发光元件(诸如，激光元件(例如，多个垂直腔面发射激光器))的阵列。
例如，通过控制发光元件的阵列，可以发射光线图案。
光线图案可以是预定义的，并且可包括任何类型的图案。在一些实施方式中，光线图案为规则图案，例如，包含彼此的距离相同或相似的多个光点(通常，点可具有任何类型的形状，例如，线性、圆形、椭圆形、矩形、任何类型的的多边形等)。光线图案可具有预定义边界，例如，矩形、圆形、椭圆形、或诸如此类。
在下文中，出于说明的目的，还使用术语点而不是光图案示出本公开的实施方式，不在那方面限制本公开。在一些实施方式中，可以使用许多不同的光线图案，诸如，间隔可以是规则的和/或正交的、或完全随机等的直线或曲线的光栅，并且因此如所讨论的，所得到的光图案还可具有：例如区域(光点)，这些区域具有如下形式：间隔可以是规则的和/或正交的、等直线或曲线、形状(圆形、椭圆形、矩形、多边形)的光栅的形式，或是完全随机的。
发光单元可包括用于生成光线图案的至少一个衍射光学元件。
通常，衍射光学元件包括用于以预定义的方式衍射光的(衍射)光栅或诸如此类，或者衍射光学元件还可以用全息或折射光学元件或诸如此类实现。
在一些实施方式中，为了聚焦光线图案，在透镜部中，在衍射光学元件的前面和/或后面设置(额外)透镜元件。在一些实施方式中，将准直光源与多个光源一起使用，诸如，VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光器，根据本发明，其仅需要适当聚焦在目标上。在一些实施方式中，使用漫射光源(例如，LED光源)，其通过使用一个透镜(或多个透镜)聚焦，并且随后使光穿过衍射光学元件用于生成图案，其中，可提供进一步的聚焦。
在一些实施方式中，提供了多个衍射光学元件用于生成光线图案。
在一些实施方式中，发光单元还被配置为适应光线图案的光线的方向。例如，这可通过调整一个或多个衍射光学元件的方位、通过调节发光元件的方位等来实现。在一些实施方式中，发光单元包括用于调节发射的光线图案的方向的一种或多种压电元件。压电元件可以调节发光元件和/或衍射光学元件的方向和/或方位并且从而可以调节发射的光线图案的方向或方位。
在一些实施方式中，透镜部包括至少一个透镜，其将发射的光线图案聚焦到焦点处的光图案(包含例如光点)。在一些实施方式中，透镜部包括透镜系统，透镜系统将发射的光线图案聚焦到焦点处的光点。透镜系统可包括凹透镜和凸透镜的混合物，其中，凹透镜具有至少一个凹面，并且凸透镜具有至少一个凸面。
透镜部可包括至少一个液体透镜。在一些实施方式中，液体透镜放置在刚性透镜(例如，由塑料或玻璃制成的透镜)的顶部上。液体透镜可被配置为当例如施加电流时更改形状，从而例如可以调节光线的焦点和/或方向。
如上所述，在一些实施方式中，例如，透镜部被配置为通过移动一个或多个透镜，通过适应液体透镜的形状，通过调整透镜系统中的透镜的距离等适应焦点。
通常，在一些实施方式中，透镜部被配置为适应光线方向，使得例如可以调节发射的光线图案和/或每个点的方向。
在一些实施方式中，发光单元还被配置为调节发射的光线图案的强度。例如，发光单元包括用于发光元件的一个或多个驱动器，使得可以同时调节所有的发光元件的强度或一个或多个单个发光元件、发光元件组等。
可以在诸如待测量的距离和驱动照明装置的模式(例如，用于测量近距离的近模式或用于测量长距离或远离距离的远模式等)的特定参数下调节强度。
在一些实施方式中，将强度于光线图案的光线的可调整方向一起调节。因此，可在场景中生成可变强度图案。然后可以在接收侧检测该图案，这可以通过对该图案执行例如结构光检测而允许进一步改进装置。
一些实施方式涉及飞行时间系统，其包括如上所述的用于飞行时间检测的照明装置，该照明装置具有：发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及透镜，被配置为将发射的光线图案聚焦在远离透镜的预定焦点处。另外该系统还包括飞行时间传感器，用于检测来源于发射的光线图案的反射光。
飞行时间传感器可包括距离图像摄像头，如通常已知的，其可基于电荷耦合器件(CCD)技术、互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或诸如此类。在一些实施方式中，CMOS型传感器可与通常已知的电流辅助光子调节器(CAPD)技术相结合。飞行时间传感器可包括像素阵列，其中每一个像素包括一个或多个光探测元件。像素中的每一个均可以测量例如光从发光单元行进到物体所花费的时间，或指示出物体与系统(即，照明装置和/或飞行时间传感器)之间的距离的另一往返延迟。
在一些实施方式中，飞行时间系统的发光单元还被配置为改变其焦距。可基于输入参数或测量深度来配置发射的光线图案的焦距，其中，飞行时间系统的电路可被配置为基于输入参数或测量深度配置(调节)发射的光线图案的焦距。
飞行时间系统还可以包括电路，其被配置为分析由飞行时间传感器检测的反射光。可以基于由飞行时间传感器生成的并且提供至电路的成像数据进行分析。电路可包括一个或多个处理器、逻辑电路、存储器(只读存储器和/或随机存取存储器)、存储介质(硬盘)、接口(网络、无线、红外等)以及诸如此类。
反射光的分析包括确定反射光中的光图案或谷部。通过确定图案，可以确定已反射发射的光图案的物体的部分。如上所述，例如，光图案可包括多个光点(或具有较高光强度的区域)，使得可以确定反射点。
在一些实施方式中，基于阈值检测光图案(例如点)和谷部。阈值可以适用于一个具体的实施方式。在一些实施方式中，该阈值是静态的，而在其他实施方式中，该阈值取决于一个或多个参数，诸如，发射光的强度、环境光、距物体的距离、反射光的比例等等。
同样如上所述，一些实施方式涉及用于飞行时间检测的方法，包括通过透镜部发射光线图案，从而在距透镜部预定距离的预定焦点处生成光图案(如上所述，例如，光点)，并且检测来源于发射的光线图案的反射光。
该方法可以通过如本文所讨论的飞行时间系统的电路和/或处理器、微处理器、计算机、平板电脑等执行。如上所述，该方法还可以包括分析反射光，其中，分析反射光可包括确定反射光中的光图案(例如，光点)或谷部。如所讨论的，可以基于阈值检测点和谷部。如所讨论的，可以调节发射的光线图案的强度，其中，可基于所计算的深度调节强度。此外，该方法可包括基于检测到的反射光计算深度。从而可以确定距物体的深度或距离。另外，可基于方向调制强度，从而生成可变强度图案。通过分析检测到的光中的该图案，可通过使用结构光技术改进深度的质量。
返回到图1，示出了用于飞行时间(TOF)检测的照明装置1的第一实施方式。照明装置1具有基于激光器(例如，垂直空腔表面发射激光器)的发光单元2。发光单元2发射入射到衍射光学元件3上的激光线2a，该衍射光学元件基于光栅配置。
衍射光学元件3通过相应地衍射激光线2a生成光线图案4。如上所述，在一些实施方式中，衍射光学元件可以包括在透镜部中并且还可以能够聚焦光线图案。
光线图案4入射到照明装置1的形成透镜部的透镜5上。如在光学领域通常已知的，透镜5由玻璃制成，并且在该实施方式中，仅设置了一个透镜5，该透镜为凸透镜，使得行进通过透镜5的光线图案4分别聚焦在距透镜5具有一预定距离(焦距)的焦点或焦平面6中。如上所述，在一些实施方式中，例如，通过在衍射光学元件(未示出)的前面还设置透镜(或多个透镜)来提供衍射光学元件前面的焦点调节。在一些实施方式中，例如，依据精确的要求，可能不需要在衍射光学元件后面的透镜。
如在图1中可见的，在焦平面6中，光线图案4的光线聚焦到单个点7。如在图1中示出的，点7有规律地分布在二维平面中，并且从而形成光图案。点7可具有彼此相等的垂直和/或水平距离，不在那方面限制本公开。
在平面8中，其更靠近透镜5，即，在透镜5与焦平面6之间，光线图案4没有被聚焦而是被漫射，这导致在例如来源于光线图案的光盘彼此重叠的情况下的漫射或漫射图案9。例如，可通过发光单元和/或通过衍射光学元件等自然地提供漫射。
因此，如通过散射图案9可以看出，根据距透镜5的距离，光线图案4要么被聚焦到点7(如对于焦平面6的情况)，要么被漫射(如在平面8上的情况)。
在图2中示出照明装置1’的第二实施方式，其中，用相同的参考标号表示与图1的照明装置1相同的部件。
图1的照明装置1与图2的照明装置1’之间的区别在于发光单元2’，其具有能够生成光线图案4的VCSEL激光元件的阵列。换言之，在图2的实施方式中，不需要衍射光学元件3。
所有其他部件均与图1相同，即，照明装置1’具有透镜5，该透镜将光线图案4聚焦在焦平面6中以生成点7，并且生成光线图案4，从而在平面8中生成散射图案9。
在图3中示出照明装置1”的第三实施方式，其中，用相同的参考标号表示与图1的照明装置1或图2的照明装置1’相同的部件。
图3的第三实施方式(照明装置1”)与图2的第二实施方式(照明装置1’)之间的区别在于照明装置1”在其透镜部具有两个透镜：第一透镜5a和第二透镜5b，第一透镜是玻璃透镜并且聚焦光线图案4；第二透镜是液体透镜并且其设置在第一透镜5a的顶部上(在光线的行进方向上的透镜5a的表面的顶部上)。
通过向第二透镜5b施加电能，第二透镜5b的形状可以变形，从而可调节焦平面和/或可相应地修改光线图案的方向。
所有其他的部件与图1相同，即，照明装置1”具有发光单元2’，该发光单元生成光线图案4，该光线图案4被透镜5a和5b聚焦在焦平面6中以生成点7。透镜5a和5b使光线图案散射，使得在平面8中生成散射图案9。在其他实施方式中，如上所述，透镜部可包括多个透镜(包括液体透镜)，其中，可调节一个或多个透镜之间的距离以适应焦平面。
在图4中示出飞行时间(TOF)系统10的实施方式。
TOF系统10具有发光单元，诸如，图3的发光单元1”和TOF传感器11。TOF传感器11具有可检测入射的光的多个成像元件(像素)。
TOF系统10还具有电路12，该电路包括处理器、存储介质、存储器等，并且连接至TOF传感器11和发光单元1”，并且因此可控制TOF传感器11以及发光单元1”。
电路12控制发光单元1”发射光线图案，该光线图案随后被物体反射，其中，图4示出位于焦平面(参见图3，焦平面6)中的第一物体13a和位于光线漫射的平面8(参见图3)中的第二物体13b。
还如图4所示，由于物体13a在焦平面中，因此光点7投影在物体13a上。与此相反，由于与物体13a相比，物体13b接近或更接近发光单元1”的透镜，使得光线图案由发光单元1”的透镜漫射，因此散射图案9被投影在物体13b上。
在两者情况下，光线被物体(即，物体13a或物体13b)反射。然而，由于在物体13b的情况下光线图案被漫射，如从图4中的散射图案9中可得知，物体13b基本被均匀地照射。与此相反，由于只有光点7被投影到在焦平面中的物体13a上，因此物体13a仅在点7的区域中被照射。
如通常已知的(也参见图4，在图4中示例性地示出了落在物体13a上的一个光线的路径和落在物体13b上的一个光线的路径)，照射物体13a和13b的光线图案的光线被反射回到TOF系统10，使得可由TOF传感器11检测反射光。
如所讨论的，物体13b由散射图案9照射使得可由TOF传感器11获得或生成物体13b的高分辨率图像。
与此相反，物体13a仅在点区域中照射，因此，TOF传感器11只能捕获或生成物体13a的低分辨率图像。
在由点7照射的物体13a的情况下，由于只有点区域被照射，因此更难以获得足够的信息，并且因此，由TOF传感器获得的图像将包括与物体13a反射光线的点区域对应的明亮区域和与点区域之间的谷部区域对应的黑暗区域。
因此，在一些实施方式中，电路12被配置为将由TOF传感器11提供的图像数据中的点区域和谷部区域区分开。
例如，这可通过相应图像分析算法完成。例如，可针对光强度(亮度)定义阈值，使得将具有大于阈值的光强度(亮度)的区域识别为点区域，而将具有小于阈值(或低于另一阈值)的光强度(亮度)的区域识别为谷部区域。如果需要例如点之间的信息，该信息可通过在例如一个或多个周围的点收集的信息之间进行插补来提供。
此外，在一些实施方式中，电路12被配置为进行图案识别，以便例如检测由TOF传感器11提供的图像数据中的点和/或谷部区域从而确定是否从近物(即，物体13b)或从焦平面中的物体(即，物体13a)中获得图像。因此，可检测高分辨率图像或低分辨率图像或两者间的图像是否包含在由TOF传感器11提供的图像数据中。
如上所述，由物体13b反射光将会生成高分辨率图像，因为物体13b用散射图案9照射使得整个物体13b将会被照射，而由焦平面中的物体13a反射光将生成低分辨率图像，因为基本上只能获得来自物体13a上的点区域的信息。
在一些实施方式中，如上所述，可以调节焦平面。在这种实施方式中，电路12被配置为相应地控制发光单元1”，使得例如可以调节距TOF系统10不同距离的不同的焦平面(例如，5m、10m、15m、20m等，而不限于此方面的本公开内容)。
电路12可以根据一个或多个参数(例如，根据速度，)控制发光单元1”来调节不同的焦平面，例如，在TOF放置在小汽车或其他交通工具上的情况下，根据物体和/或被检测的物体的深度/距离以及环境光条件等。
如上所述，发光单元1”还能够调节发射的光线的方向。因此，电路12可被配置为控制发光单元1”，从而调节光线图案方向。例如，在物体13a处于焦平面中并且被点7照射的情况下，由于可以照射物体13a的更大的区域，因此可以通过例如在垂直和水平方向上跨越物体13a移动点来提高分辨率，以得到更多的信息。还可以在其方向上移动和调节光线图案，通过这样的方式使得子图案被投影到物体13a(例如，由另外数量的点(5或诸如此类)包围的点)上。因此，可以提高由TOF传感器11提供的图像数据中的物体13a上的图案的检测，因为在图像数据中可检测该特定图案。因而，可以提高深度/距离测量的准确度。
此外，如上所述，在一些实施方式中，可以调节由发光单元(例如，1”)发射的光的强度。在一些实施方式中，在发光单元和/或TOF系统10中设置特定激光驱动器，TOF系统能够控制光线的强度。
电路12可被配置为控制激光驱动器，使得可以调节发光单元(诸如，发光单元1”)发射的光的强度。
可以基于至少一个参数(诸如，距离(高或低分辨率图像)、焦平面等)调节光强度。此外，光强度还可以用于生成特定图案，具体地，焦平面中的物体13a的特定图案。例如，如上文进一步讨论的，点7可包括高强度和低强度点，或者例如与进行光线方向调节一起生成图案。特定图案的生成可以提高深度/距离测量的准确度，因为尤其对于(由点7照射的物体13a反射光生成的)低分辨率图像数据，可以提高这种图案的检测能力，并且如果需要，可以应用结构光算法以进一步提高准确度。
在一些实施方式中，例如，对于光线图案的方向的每种变化，还可以改变强度，由此可以生成可容易检测的图案。
在下文中，参照图5阐明用于TOF检测的方法20，该方法可由TOF系统10(例如，其电路12)执行。
在21中，电路12控制TOF传感器11获得图像数据。获得图像数据的启动可以与对场景进行照射的22一致。在一些实施方式中，还根据调制频率照射场景，并且因此电路获得图像数据。
在22中，如上文讨论的，电路12控制发光单元1”向场景发射光线图案，如上所述，该光线图案被聚焦在焦平面中作为点。
在23中，如上所述，电路12可以控制光线图案聚焦的焦点(即，焦距)，光线图案的强度和/或方向。
如上所述，发射的光线图案可由场景中的物体(诸如，物体13a和/或13b)反射。
然后在24中，该方法检测由对象反射的光，对象例如为被光线图案照射的对象。用TOF传感器11检测反射光，TOF传感器相应地生成图像数据。
在25中，分析反射光，即，由TOF传感器11生成的图像数据，并且确定例如是否可以发现点/谷部。如上所述，可基于阈值(或基于例如点、黑暗区域、点之间的中间黑暗区域的两个或两个以上的阈值)检测点/谷部。
在26中，确定图像数据是否表示焦平面中的物体的低分辨率图像或被漫射光线图案照射的物体的高分辨率图像。
如上所述，如果检测到低分辨率图像，可进行插补以提高低分辨率图像的图像质量。
在27中，如通常已知的(例如计算基于从发光单元发射的、由物体反射的并且由TOF传感器检测的光线的往返延迟)，基于TOF传感器11检测的反射光线计算深度或距离。
在28中，如上所述，可以例如基于计算深度调节强度(和/或方向和/或焦平面)。
此后，该方法可以在21再次开始。
应认识到，实施方式描述了具有方法步骤的示例性顺序的方法。方法步骤的特定顺序仅仅是为了说明的目的，不应被解释为具有约束力。例如，26和27和/或28的顺序可互换或者可省略步骤，例如，可省略步骤23。
请注意控制/电路12可以分成子单元并且本公开不限于特定单元中的任何特定功能划分。
在一些实施方式中，如本文中所描述的方法也实现为当在计算机和/或处理器和/或电路上执行时促使计算机和/或处理器和/或电路执行该方法的计算机程序。在一些实施方式中，还设置在其中存储计算机程序产品的非瞬时性计算机可读记录介质，当通过处理器和/或电路(诸如以上描述的处理器和/或电路)执行时，计算机程序产品促使执行本文中所描述的方法。
如果不另外陈述，例如，本说明书中描述的以及所附权利要求中要求保护的所有单元和实体可以在芯片上实现为集成电路逻辑，并且如果不另外陈述，由这样的单元和实体提供的功能性可以通过软件实现。
迄今为止，以上描述的本公开的实施方式至少部分使用软件控制的数据处理设备实现，将认识到，设置这种软件控制的计算机程序以及提供这种计算机程序的传输、存储或者其他介质设想为本公开的方面。
应当注意，本技术也可以如以下描述配置。
(1)一种用于飞行时间检测的照明装置，包括：
发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及
透镜部，被配置为将用于生成光图案的发射的光线图案聚焦在距透镜部预定距离的预定焦点处。
(2)根据(1)所述的照明装置，其中，发光单元包括用于生成光线图案的至少一个衍射光学元件。
(3)根据(1)或(2)所述的照明装置，其中，发光单元包括至少一个激光元件。
(4)根据(3)所述的照明装置，其中，至少一个激光元件包括垂直腔面发射激光器。
(5)根据(3)或(4)中任一项所述的照明装置，其中，发光单元包括布置成阵列的多个激光元件。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的照明装置，其中，透镜部包括透镜系统。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的照明装置，其中，透镜部包括至少一个液体透镜。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的照明装置，其中，透镜部被配置为适应光线方向。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的照明装置，其中，发光单元还被配置为调节发射的光线图案的强度。
(10)一种飞行时间系统，包括：
照明装置，用于飞行时间检测，包括：
发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及
透镜，被配置为将发射的光线图案聚焦在远离透镜的预定焦点处；以及
飞行时间传感器，用于检测来源于发射的光线图案的反射光。
(11)根据(10)所述的飞行时间系统，其中，发光单元还被配置为改变其焦距。
(12)根据(11)所述的飞行时间系统，其中，基于输入参数或测量深度来配置发射的光线图案的焦距。
(13)根据(10)至(12)中任一项所述的飞行时间系统，还包括电路，所述电路被配置为分析飞行时间传感器检测到的反射光。
(14)根据(13)所述的飞行时间系统，其中，反射光的分析包括确定反射光中的光图案或谷部。
(15)根据(14)所述的飞行时间系统，其中，基于阈值检测光图案和谷部。
(16)一种用于飞行时间检测的方法，包括：
通过透镜部发射光线图案，从而在距透镜部预定距离的预定焦点处生成光图案；并且
检测来源于发射的光线图案的反射光。
(17)根据(16)所述的方法，还包括分析反射光。
(18)根据(17)所述的方法，其中，分析反射光包括确定反射光中光图案或谷部。
(19)根据(18)所述的方法，其中，基于阈值来检测光图案和谷部。
(20)根据(16)至(19)中任一项所述的方法，还包括调节发射的光线图案的强度。
(21)根据(20)所述的方法，其中，基于计算深度调节强度。
(22)根据(20)或(21)所述的方法，其中，与光线方向一起调节强度。
(23)根据(21)或(22)所述的方法，还包括基于检测到的反射光计算深度。
(24)一种计算机程序，其包括当在计算机上执行时促使计算机执行根据(16)至(23)中任一项所述的方法的程序代码。
(25)一种永久性计算机可读记录介质，在其内存储计算机程序产品，当由处理器执行时，所述计算机程序产品促使执行根据(16)至(23)中任一项所述的方法。

Claims (20)

1.一种用于飞行时间检测的照明装置，包括：
发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及
透镜部，被配置为将发射的光线图案聚焦在距所述透镜部预定距离的预定焦点处以用于生成所述光图案。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述发光单元包括用于生成所述光线图案的至少一个衍射光学元件。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述发光单元包括至少一个激光元件。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其中，所述至少一个激光元件包括垂直腔面发射激光器。
5.根据权利要求3所述的照明装置，其中，所述发光单元包括布置成阵列的多个激光元件。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述透镜部包括透镜系统。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述透镜部包括至少一个液体透镜。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述透镜部被配置为适应光线方向。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述发光单元还被配置为调节所述发射的光线图案的强度。
10.一种飞行时间系统，包括：
用于飞行时间检测的照明装置，所述照明装置包括：
发光单元，被配置为发射用于生成光图案的光线图案；以及
透镜，被配置为将发射的光线图案聚焦在远离所述透镜的预定焦点处；以及
飞行时间传感器，用于检测来源于所述发射的光线图案的反射光。
11.根据权利要求10所述的飞行时间系统，其中，所述发光单元还被配置为改变所述发光单元的焦距。
12.根据权利要求11所述的飞行时间系统，其中，基于输入参数或测量深度来配置所述发射的光线图案的焦距。
13.根据权利要求10所述的飞行时间系统，还包括电路，所述电路被配置为分析由所述飞行时间传感器检测的反射光。
14.一种用于飞行时间检测的方法，包括：
通过透镜部发射光线图案，从而在距所述透镜部预定距离的预定焦点处生成光图案；并且
检测来源于发射的光线图案的反射光。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括分析所述反射光。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，分析所述反射光包括确定所述反射光中的光图案或谷部。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，基于阈值检测所述光图案和所述谷部。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括调节所述发射的光线图案的强度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述强度与所述光线方向一起调节。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括基于检测到的反射光来计算深度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111432144A (zh) * 2020-06-12 2020-07-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 成像系统以及相关电子装置及成像系统的操作方法
US11943551B2 (en) 2020-06-12 2024-03-26 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Depth-sensing device and related electronic device and method for operating depth-sensing device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019236563A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Magik Eye Inc. Distance measurement using high density projection patterns
EP3911920B1 (en) 2019-01-20 2024-05-29 Magik Eye Inc. Three-dimensional sensor including bandpass filter having multiple passbands
US11698441B2 (en) * 2019-03-22 2023-07-11 Viavi Solutions Inc. Time of flight-based three-dimensional sensing system
WO2020197813A1 (en) * 2019-03-25 2020-10-01 Magik Eye Inc. Distance measurement using high density projection patterns
US20200344405A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-29 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus of measuring distance from subject to image pickup surface of image pickup device and method for controlling the same
JP7321834B2 (ja) * 2019-08-26 2023-08-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 照明装置、および、測距モジュール
US20230262311A1 (en) * 2020-06-04 2023-08-17 Lg Electronics Inc. Camera apparatus and electronic device including the same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6052189A (en) * 1996-12-16 2000-04-18 Fujitsu Limited Height measurement device and height measurement method
JP2008209162A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Matsushita Electric Works Ltd 距離画像センサ
US20090201588A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-13 Sony Corporation Illuminating device, illuminating method, image signal processing device, image signal processing method, and image projecting apparatus
JP2010271306A (ja) * 2009-04-24 2010-12-02 Panasonic Electric Works Co Ltd 距離画像センサ
US20110156923A1 (en) * 2007-10-26 2011-06-30 Lite-On It Corporation Information feedback or message to end-user for led light-control systems
US20140346334A1 (en) * 2011-12-15 2014-11-27 Pebbles Ltd. Controllable optical sensing
CN105572926A (zh) * 2016-01-12 2016-05-11 洪煦 基于可控液晶透镜的虚拟现实装置及其调节方法
CN105629469A (zh) * 2016-01-12 2016-06-01 杭州维素投资管理合伙企业（有限合伙） 基于液晶透镜阵列的头戴式显示设备
US20160178358A1 (en) * 2013-09-02 2016-06-23 Asahi Glass Company, Limited Diffraction optical element, projection device, and measurement device
KR20160101312A (ko) * 2015-02-16 2016-08-25 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 거리 측정 장치
WO2016172960A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 SZ DJI Technology Co., Ltd. System and method for enhancing image resolution
DE102016219518A1 (de) * 2015-11-12 2017-05-18 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitkamerasystem

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6839127B1 (en) 2003-09-15 2005-01-04 Deere & Company Optical range finder having a micro-mirror array
JP5175562B2 (ja) * 2008-01-28 2013-04-03 シャープ株式会社 人物位置検出装置および空気調和機
KR101694797B1 (ko) * 2010-12-21 2017-01-11 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 구동 방법
US9140795B2 (en) 2011-09-20 2015-09-22 Mesa Imaging Ag Time of flight sensor with subframe compression and method
US20140303522A1 (en) 2011-11-29 2014-10-09 Toyo University Scoliosis evaluation system and evaluation apparatus applied to the same system
US9057784B2 (en) * 2012-08-14 2015-06-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Illumination light shaping for a depth camera
KR101925028B1 (ko) 2012-08-29 2018-12-04 엘지전자 주식회사 깊이 영상 생성 장치 및 방법
US8761594B1 (en) * 2013-02-28 2014-06-24 Apple Inc. Spatially dynamic illumination for camera systems
US9268012B2 (en) 2013-07-12 2016-02-23 Princeton Optronics Inc. 2-D planar VCSEL source for 3-D imaging
KR102101865B1 (ko) 2014-01-28 2020-04-20 엘지이노텍 주식회사 카메라 장치
DE102014104027B4 (de) 2014-03-24 2020-10-29 Sick Ag Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Objektinformationen
CN105202444A (zh) * 2014-06-26 2015-12-30 中强光电股份有限公司 车用照明装置
US9841496B2 (en) * 2014-11-21 2017-12-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Multiple pattern illumination optics for time of flight system
DE102014119126B3 (de) 2014-12-19 2015-08-06 Sick Ag Streifenprojektor zum Beleuchten einer Szenerie mit einem veränderlichen Streifenmuster
US9635231B2 (en) * 2014-12-22 2017-04-25 Google Inc. Time-of-flight camera system and method to improve measurement quality of weak field-of-view signal regions
US9674415B2 (en) 2014-12-22 2017-06-06 Google Inc. Time-of-flight camera system with scanning illuminator
US10895643B2 (en) * 2015-08-05 2021-01-19 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Intelligent illumination systems using modulated light
US10503265B2 (en) 2015-09-08 2019-12-10 Microvision, Inc. Mixed-mode depth detection
DK3264135T3 (da) * 2016-06-28 2021-07-12 Leica Geosystems Ag Langtrækkende lidarsystem og fremgangsmåde til kompensation for virkningen af scannerbevægelse
US10827163B2 (en) * 2016-08-09 2020-11-03 Facebook Technologies, Llc Multiple emitter illumination source for depth information determination
US11303859B2 (en) * 2016-09-29 2022-04-12 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Time of flight sensing for brightness and autofocus control in image projection devices
US10448824B2 (en) * 2016-12-29 2019-10-22 Intel Corporation Focus adjustment method and apparatus
US20180217234A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 4Sense, Inc. Diffractive Optical Element for a Time-of-Flight Sensor and Method of Operation of Same
DE102017204073A1 (de) * 2017-03-13 2018-09-13 Osram Gmbh Tof-kamera, kraftfahrzeug, verfahren zum herstellen einer tof-kamera und verfahren zum ermitteln eines abstands zu einem objekt
JP6953209B2 (ja) * 2017-07-10 2021-10-27 株式会社日立エルジーデータストレージ 距離測定装置及びその角度調整方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6052189A (en) * 1996-12-16 2000-04-18 Fujitsu Limited Height measurement device and height measurement method
JP2008209162A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Matsushita Electric Works Ltd 距離画像センサ
US20110156923A1 (en) * 2007-10-26 2011-06-30 Lite-On It Corporation Information feedback or message to end-user for led light-control systems
US20090201588A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-13 Sony Corporation Illuminating device, illuminating method, image signal processing device, image signal processing method, and image projecting apparatus
JP2010271306A (ja) * 2009-04-24 2010-12-02 Panasonic Electric Works Co Ltd 距離画像センサ
US20140346334A1 (en) * 2011-12-15 2014-11-27 Pebbles Ltd. Controllable optical sensing
US20160178358A1 (en) * 2013-09-02 2016-06-23 Asahi Glass Company, Limited Diffraction optical element, projection device, and measurement device
KR20160101312A (ko) * 2015-02-16 2016-08-25 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 거리 측정 장치
WO2016172960A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 SZ DJI Technology Co., Ltd. System and method for enhancing image resolution
DE102016219518A1 (de) * 2015-11-12 2017-05-18 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitkamerasystem
CN105572926A (zh) * 2016-01-12 2016-05-11 洪煦 基于可控液晶透镜的虚拟现实装置及其调节方法
CN105629469A (zh) * 2016-01-12 2016-06-01 杭州维素投资管理合伙企业（有限合伙） 基于液晶透镜阵列的头戴式显示设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111432144A (zh) * 2020-06-12 2020-07-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 成像系统以及相关电子装置及成像系统的操作方法
US11943551B2 (en) 2020-06-12 2024-03-26 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Depth-sensing device and related electronic device and method for operating depth-sensing device

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Publication number Publication date
WO2019106033A1 (en) 2019-06-06
US20200319309A1 (en) 2020-10-08
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