JP6748222B2 - ある角度範囲を掃引するための発光素子の千鳥状アレイ - Google Patents

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Description

ある角度範囲を掃引するための発光素子の千鳥状アレイに関する。
環境および環境内の物体の幾何学的配置をマッピングするための、かつ/または環境内の対象物体の位置を決定するための、様々な技術が存在する。これらの方法は、環境に1つまたは複数のパターンの照明(たとえば、垂直および/または水平な線状の照明の配列)を適用し、1つまたは複数のカメラを使用してそのような照明を受けたときの環境を撮像することを含み得る。加えて、または代わりに、環境内の特定の物体が、放出される照明を検出するように構成されるタグを含むことがある。タグの位置が検出された照明に基づいて決定され得る。さらなる例では、環境内の特定の物体は、照明を放出するように、かつ/または照明を反射するように構成されるタグを含み得る。タグの位置は、1つまたは複数のカメラで環境を撮像することによって決定され得る。
本明細書および図面は、ある角度範囲を掃引するための発光素子の千鳥状アレイに関する実施形態を開示する。光検出デバイスを備えた角度範囲内の物体は、検出された照明と関連付けられる時間に基づいて、発光素子のアレイに対する物体の位置を特定することができる。
一態様では、本開示はデバイスを記述する。デバイスは非点収差光学素子を含む。デバイスはまた、非点収差光学素子に向かって光を放出するように配置される個別にアドレス可能な発光素子のアレイを含む。非点収差光学素子は、ある角度範囲内の異なる対応する走査角において実質的に直線的な照明パターンを産生するように、各々の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光を合焦するように配置される。デバイスはさらに、実質的に直線的な照明パターンがその角度範囲を掃引するように、個別にアドレス可能な発光素子を順番に作動させるように動作可能な制御システムを含む。個別にアドレス可能な発光素子は、実質的に直線的な照明パターンが連続的に角度範囲を掃引するように、アレイにおいて互いに対して千鳥状にされる。
別の態様では、本開示は方法を記述する。方法は、非点収差光学素子に向かって第1の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出するステップを含む。方法はまた、非点収差光学素子によって、ある角度範囲内の第1の対応する走査角において実質的に直線的な照明パターンを産生するように、第1の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光を合焦するステップを含む。方法はさらに、非点収差光学素子に向かって第2の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出するステップを含む。加えて、方法は、非点収差光学素子によって、角度範囲内の第2の対応する走査角において実質的に直線的な照明パターンを再現するように、第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光を合焦するステップを含む。第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子は、個別にアドレス可能な発光素子のアレイの中にある。第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子は、実質的に直線的な照明パターンが角度範囲の少なくとも一部分を掃引するように、制御システムによって順番に作動させられる。第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子は、実質的に直線的な照明パターンが連続的に角度範囲を掃引するように、アレイにおいて互いに対して千鳥状にされる。
第3の態様では、本開示はシステムを記述する。システムは発光デバイスを含む。発光デバイスは非点収差光学素子を含む。発光デバイスはまた、非点収差光学素子に向かって光を放出するように配置される個別にアドレス可能な発光素子のアレイを含む。非点収差光学素子は、ある角度範囲内の異なる対応する走査角において実質的に直線的な照明パターンを産生するように、各々の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を合焦するように配置される。発光デバイスはさらに、実質的に直線的な照明パターンが角度範囲を掃引するように、個別にアドレス可能な発光素子を順番に作動させるように動作可能な制御システムを含む。個別にアドレス可能な発光素子は、実質的に直線的な照明パターンが連続的に角度範囲を掃引するように、アレイにおいて互いに対して千鳥状にされる。加えて、システムは光検出器を含む。光検出器は、発光デバイスから放出された光を検出するように構成される。
これらの、ならびに他の態様、利点、および代替形態が、以下の詳細な説明を、適切な場合には添付の図面を参照しながら読むことによって、当業者には明らかになるであろう。
例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子のアレイおよび非点収差光学素子の斜視図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子のアレイおよび非点収差光学素子の上面図である。 例示的な実施形態による、環境へと投影する個別にアドレス可能な発光素子のアレイの斜視図である。 例示的な実施形態による、光検出器に向かって投影する個別にアドレス可能な発光素子のアレイの斜視図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子の千鳥状アレイの前面図である。 発光器および物体を含む例示的なシステムのブロック図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子のアレイからの光が非点収差光学素子によって合焦されている上面図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子のアレイからの光が非点収差光学素子によって合焦されている側面図である。 例示的な実施形態による、水平および垂直なプロジェクタのブロック図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子の千鳥状アレイの前面図である。 例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子の千鳥状アレイからの光が非点収差光学素子によって合焦されている上面図である。 例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による、方法のフローチャートである。
以下の発明を実施するための形態において、本明細書の一部をなす添付の図面への参照が行われる。発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲に記載される例示的な実施形態は、限定することを意図していない。本明細書で提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書で全般に説明され、図面に示されるように、本開示の態様は、そのすべてが本明細書において企図される多種多様な異なる構成において準備され、置換され、合成され、分離され、設計され得ることが、容易に理解されるであろう。
I.概要
環境における物体の位置は、複数の異なるパターンの照明で環境を経時的に照らすことによって決定され得る。照明のパターンは、環境内の異なる領域が光強度の異なる時間変化する波形に曝されるように規定され得る。光強度の時間変化する波形は、(たとえば、発光器によって)時間的に変調される照明パターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)である。環境における物体の位置は次いで、物体上の1つまたは複数の位置において受け取られる光強度の時間変化する波形を検出し、そのような検出された波形を環境内のそれぞれの領域と関連付けることによって、決定され得る。たとえば、対象物体に配設された光センサが物体に入射する光強度の時間変化する波形を検出することができ、物体の位置(たとえば、異なる照明のパターンを経時的に放出している1つまたは複数の発光器に対する物体の位置または角度)が次いで、光強度の検出された時間変化する波形に基づいて決定され得る。
そのような発光器は、発光器に対して第1の方向にある角度の第1の範囲にわたって変化する様々な照明のパターンを放出し得る。放出される照明のパターンは、発光器に対する角度に関して環境の様々な領域を符号化するように働き得る。たとえば、発光器は、複数の(たとえば、32個の)配置された、個別にアドレス可能な発光素子(たとえば、発光ダイオードすなわちLEDまたは垂直共振器面発光レーザーすなわちVCSEL)のアレイおよび非点収差光学素子(astigmatic optical element)(たとえば、シリンドリカルレンズ)を含み得る。非点収差光学素子は、個別にアドレス可能な発光素子のうちの1つによって放出された光を合焦して、実質的に直線的な照明パターンを産生することができる。さらに、各々の個別にアドレス可能な発光素子から合焦された実質的に直線的な照明パターンは、第1の角度範囲内の異なる対応する角度または対応する角度の範囲において投影され得る。したがって、個別にアドレス可能な発光素子は、第1の角度範囲を掃引するように(たとえば、制御システムによって)順番に作動させられ得る。アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子の数は、たとえば第1の角度範囲の幅および/または分解能に寄与し得る。環境の中のタグまたは他のデバイスは、環境の中の特定の点において受け取られる光を経時的に検出することができ、そのような検出された照明の時間変化する波形は、発光器に対するタグの角度を決定するために使用され得る。そのような情報は、発光器に対する、かつ/または発光器によって照らされる環境に対する、タグの1つの次元または方向における位置を決定するために、使用され得る。
たとえば、発光器から受け取られた光を検出するタグまたは他のデバイスは、発光器から同期パルスを検出するように構成され得る。同期パルスは、個別にアドレス可能な発光素子のすべてを同時に光らせ、それにより、第1の角度範囲内のエリア全体を照らすことによって、与えられ得る。タグは次いで、(たとえば、発光器が実質的に直線的な照明パターンで環境を順番に照らすにつれて)タグの角度的な場所に対応する実質的に直線的な照明パターンがタグをいつ照らすかを検出し得る。同期パルスと対応する実質的に直線的な照明パターンとの間の時間間隔は、タグの相対的な角度的な場所を決定するためにタグによって使用され得る。代替形態として、個別にアドレス可能な発光素子は、二重走査方式で角度範囲を掃引するように順番に作動させられ得る(たとえば、角度範囲は同じ時間間隔にわたって0から90度および90度から0度まで掃引される)。個別にアドレス可能な発光素子から放出される光の変調に基づいて(たとえば、個別にアドレス可能な発光素子は増大する照明角度に対しては400kHzの速さで作動させられ、減少する照明角度に対しては700kHzの速さで作動させられる)、タグによって測定されるような2つの対応する実質的に直線的な照明パターンの間の相対的な時間間隔、発光器に対する第1の角度的な場所が、タグによって決定され得る。加えて、個別にアドレス可能な発光素子は、実質的に直線的な照明パターンに対する正規分布のまたは準正規分布の照明プロファイルを産生することができ、照明パターンの発散を示し得るそのようなプロファイルの幅が、発光器からのタグの距離を決定するためにタグによって使用され得る。
発光器はさらに、追加の非点収差光学素子と、個別にアドレス可能な発光素子の追加の対応するアレイとを含み得る。これらの追加の素子は、追加の非点収差光学素子および個別にアドレス可能な発光素子の追加の対応するアレイによって産生される実質的に直線的な照明パターンが発光素子の第1のアレイに対して実質的に直交するように(たとえば、80度から100度の間だけ第1の方向から回転している第2の方向において第2のアレイが掃引するように)配設され得る。したがって、これらの追加の素子は、第1の角度範囲に対して実質的に直交する第2の角度範囲を掃引することができる(たとえば、環境に関して、第1の角度範囲は左から右に変化し、第2の角度範囲は上から下に変化する)。同様に、環境の中のタグまたは他のデバイスは、環境の中のある特定の点において、発光器の追加のアレイおよび非点収差光学素子から受け取られる光を経時的に検出することができる。そのような検出された照明の対応する時間変化する波形は、第2の方向における発光器に対するタグの角度を決定するために使用され得る。そのような情報は、発光器に対する、および/または発光器によって照らされる環境に対する、第2の次元または方向におけるタグの角度的な場所を決定するために使用され得る。
非点収差光学素子は、非球面シリンドリカルレンズまたは他の光学部品を含み得る。非点収差光学素子は、ある特定の個別にアドレス可能な発光素子の位置が発光器に対する角度範囲内の具体的な角度または角度のセットに対応するように、個別にアドレス可能な発光素子のアレイに対して配置され得る。代わりに、発光器から放出される照明のパターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)の1つまたは複数は、アレイ内の複数の個別にアドレス可能な発光素子に対応し得る。
発光器は、対象の環境を照らすために使用される光だけを生成することによって、他の発光器の設計よりエネルギー効率が高くなり得る。たとえば、そのような発光器は、(たとえば、マイクロミラーデバイスを使用して光をライトダンプに捨てることによって)環境の照らされない領域に対する光を生成せずに捨てる。さらに、そのような発光器は、アレイおよび非点収差光学素子以外にマスク、ライトダンプ、または他の素子を必要としないので、比較的小さいことがある。アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子は、そのような発光器からそれぞれの異なるパターンの照明を生成するために相互接続(たとえば、回路基板上の)を介して電流を印加することによって動作させられ得る。
複数のそのような発光器は、たとえば、環境の中のタグもしくは他の光検知デバイスの角度および/または位置が2つ以上の角度および/または方向に関して決定され得るように、様々な照明のパターンを経時的に提供するために、設けられ得る。たとえば、1つの発光器は、1つの方向において環境の領域を符号化する1つのタイプの照明パターンをある特定の位置から提供することができる。次いで、別の発光器は、別の直交方向において環境の領域を符号化する異なるタイプの照明パターンを同じ位置から提供することができる。環境内の光検出器は、第1および第2の発光器から受け取られた光の時間変化する波形を検出し、そのような光の検出された波形を使用して発光器に対する光検出器の角度を決定することができる。
加えて、または代わりに、複数の発光器は2つ以上の異なる位置に位置し得る。2つ以上の異なる位置に対する環境の中の光検出器の位置は、(たとえば、三角測量を使用して)光検出器によって検出されるときに発光器によって放出される光の時間変化する波形から決定され得る。2つ以上の発光器から時間変化する照明の波形を受け取る光検出器は、それぞれの異なる重複しない期間の間(たとえば、時分割多重化の方法を使用して)に照明を放出する発光器、(たとえば、波長多重化の方法を使用して)異なる波長を有する光を放出する発光器、異なる搬送波周波数で光を放出する発光器、または光検出器、何らかの他の方法によって区別可能な光を放出する発光器を含み得る。
各アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子は、互いに対して千鳥状にされ得る。この千鳥状の配置は、複数の実質的に直線的な照明パターンが発光器に対して投影される対応する角（度）が、互いに隣り合うようなものであり得る。このようにして、発光器によって掃引される角度範囲は連続的に掃引され得る。したがって、発光器によって投影される実質的に直線的な照明パターンのいずれの1つによっても走査されないタグまたは他のデバイスが位置し得るような角度は、その角度範囲内には存在し得ない。アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子を千鳥状にすることは、投影面が個別にアドレス可能な発光素子(たとえば、0402 LED)のパッケージサイズより小さい場合、個別にアドレス可能な発光素子の投影面を適切に揃えるために必要であり得る。さらに、非点収差光学素子(たとえば、シリンドリカルレンズ)は、(たとえば、実質的に直線的な照明パターンを産生するために)光が第1の方向においては拡散する一方で第1の方向に直交する第2の方向においては合焦するように、個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を集中させるように構成され得る。その結果、アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子は、単一の千鳥状の列または千鳥状の行ではなく、複数の千鳥状の列および/または千鳥状の行において配列され得る。これにより、たとえば、ダイまたは回路基板内で空間を節約することができる。
上の実施形態、または本明細書で説明される他の実施形態は、例示を目的に与えられ、限定することは意図していないことを理解されたい。
II.例示的な発光器および発光システム
環境の中の物体の位置を検出および/または決定することは、様々な適用例において有益であり得る。これらの適用例は、ドローン、試合で使用されるボール、指揮棒、コントローラ、人の体の部分(たとえば、モーションキャプチャまたはジェスチャー認識のための)、または何らかの物体の位置を追跡することを含み得る。ある例示的な適用例では、人の体のそれぞれの異なる位置に配設された複数のマーカーまたはタグの角度的な場所が、人および/もしくは人の体の特定の部分の位置ならびに/または動きを検出するために、決定され使用され得る。別の例示的な適用例では、ヘッドマウンドデバイスまたは人により装着される他のデバイスに対する、制御棒または他のデバイスの角度的な場所が検出され、ヘッドマウントデバイスまたは他のシステムへの入力として使用され得る。さらに別の例示的な適用例では、対象の環境(たとえば、家の部屋、倉庫、または工場)内でのドローン、ロボット、または他の移動式システムの角度的な場所が決定され、環境内でのドローン、ロボット、または他の移動式システムの動きを制御するために使用され得る。
環境における物体の位置を決定することは、(たとえば、環境内の定められた座標系に対する)物体の絶対的な位置を決定すること、および/または1つまたは複数の他の物体に対する(たとえば、その絶対的なまたは相対的な位置が決定されている別の物体に対する、物体の位置を決定するために使用されるデータを生成するために使用されるカメラに対する、物体を照らすために使用される発光器に対する)物体の位置を決定することを含み得る。物体の位置を決定することは、物体の位置(たとえば、ずれ)を決定すること、および/または環境内の定められた座標系に対する物体の角度を決定することを含み得る。物体の角度は、環境における何らかの他の物体またはデバイスの位置および/もしくは向きに対して(たとえば、カメラに対して、発光器に対して、人および/または人の視線の向きに対して)も決定され得る。
環境内の物体の位置は、様々な方法を介して決定され得る。いくつかの例では、物体の位置は、(たとえば、時間および/または空間にわたって規定される光のパターンを有する照明で)物体を照らすことによって、かつ/または物体から光を受け取ることによって(たとえば、カメラを使用して物体を含む環境を撮像することによって)決定され得る。物体は、物体の位置の光学的な決定を容易にするために、光を放出するように構成されるタグ(たとえば、タグを特定するための光の時間符号化されたパターンを放出するように構成されるタグ)および/または発光器から光検出器に光を反射するように構成されるタグ(たとえば、再帰反射材料を含むタグ)を含み得る。加えて、または代わりに、物体は、物体によって受け取られる光を検出するように構成されるタグを含み得る。そのような検出された光の強度の経時的なパターン、または検出された光の何らかの他の性質が、物体の位置を決定するために使用され得る。
そのような配置は、環境の異なる領域が異なる照明のパターンによって経時的に照らされるように、時間および/または空間にわたって規定される照明のパターンで環境を照らす1つまたは複数の発光器を含み得る。したがって、物体の光検出器によって経時的に検出される照明のパターンは、物体が位置する環境の領域を決定するために使用され得る。そのような照明のパターンを産生することは、環境にわたって光の1つまたは複数の形成されたビームを走査すること、複数の異なるパターンの光を環境へ経時的に与えること、または、何らかの他の方法で照明を環境に与えることを含み得る。与えられる照明は、経時的な照明の検出された強度が、発光器に対する光検出器の(1つまたは複数の方向における)角度を決定するために使用され得るように、発光器に対する角度(たとえば、発光器に対する1つまたは複数の方向における角度)に従って変化し得る。
ある特定の例では、発光器は、それぞれの異なる期間の間、複数の実質的に直線的な照明パターンを与えるように構成され得る。実質的に直線的な照明パターンの各々は、第1の方向において第1の角度の範囲にわたって、対応する角度または対応する角度のセットで光を環境に与え得る。したがって、異なる実質的に直線的な照明パターンが発光器によって経時的に産生されるにつれて、環境の異なる領域は放出された照明の強度のそれぞれの異なる時間変化するパターンを受け取り得る。実質的に直線的な照明パターンの各々が第1の角度の範囲内の第1の方向における角度に関して変化するにつれて、発光器に対して第1の方向にある第1の角度の範囲内に位置する環境の特定の領域によって受け取られる照明強度の時間変化するパターンが、発光器に対する第1の方向におけるその特定の領域の角度を決定するために使用され得る。
図1は、例示的な実施形態による、個別にアドレス可能な発光素子のアレイおよび非点収差光学素子の斜視図である。個別にアドレス可能な発光素子114は各々投影面116を有する。個別にアドレス可能な発光素子114は、たとえば回路基板110上の電気相互接続118を介して電気パッド112に接続され得る。いくつかの実施形態では、非点収差光学素子は、個別にアドレス可能な発光素子114によって放出される光を屈折させるシリンドリカルレンズ102であり得る。一緒に、回路基板110上のシリンドリカルレンズ102および個別にアドレス可能な発光素子114のアレイは、発光器100を備える。
発光器100は、本明細書で説明されるような照明のパターンをそれぞれの期間の間に産生するために、様々な方法で構成され、かつ/または動作させられ得る。ある特定の例では、個別にアドレス可能な発光素子114は、(図1に示されるように)アレイ形成において回路基板110上に配設され得る。回路基板110は次いで、ある特定の個別にアドレス可能な発光素子114または個別にアドレス可能な発光素子114のセットが光を放出するように動作させられるときに発光器が本明細書で説明されるようなそれぞれの照明のパターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)を産生するように、シリンドリカルレンズ102に対して配設され得る。シリンドリカルレンズ102に対する回路基板110上での、個別にアドレス可能な発光素子114の特定のセットのうちの個別にアドレス可能な発光素子114の位置は、個別にアドレス可能な発光素子114のその特定のセットによって放出される照明のパターンを制御するように規定され得る。
発光器110が各々の実質的に直線的な照明パターンを産生する期間の長さ、およびそのような異なる実質的に直線的な照明パターンの順列が繰り返される速さは、指定された速さ以上での光検出器または他の物体の角度的な場所の決定を容易にするように規定され得る。たとえば、発光器100からの実質的に直線的な照明パターンの順列は、10ヘルツを超える速さで繰り返され得る。6つの異なる個別にアドレス可能な発光素子114を用いて、6つ以上の異なる実質的に直線的な照明パターンがそのような順列の各々の繰り返しの間に産生される(たとえば、発光器100に対する第1の方向における光検出器または他の物体の角度的な場所の決定のために6つの異なる照らされる環境的な位置を与えるために)図1の例示的な実施形態では、照明の各パターンは、時間長が16.7ミリ秒未満であるそれぞれの期間の間に与えられ得る。
実質的に直線的な照明パターンを産生するための図示される発光器100は、そのような照明のパターンを生成するための他の装置と比べていくつかの利点を有し得る。本明細書で説明されるような発光器を使用して照明のパターンを生成することのエネルギー効率は、そのような照明のパターンを生成する他の方法(たとえば、マスクを使用して放出光の一部分を吸収または別様に遮断することによる、ライトシンクまたは他の素子によって吸収されることになる光源によって産生される光の指定された部分をデジタルマイクロミラーデバイスによって反射することによる)よりも高いことがある。さらに、回路基板110上に個別にアドレス可能な発光素子114を形成することによって、個別にアドレス可能な発光素子114の異なるセットの間の整列を正確に制御することができる。これにより、個別にアドレス可能な発光素子114のそれぞれの異なるセットに対応する照明の異なる産生されるパターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)の特徴(たとえば、角度の範囲)がより揃うようになり得る。またさらに、個別にアドレス可能な発光素子を、非点収差光学素子に接着される、または別様にそれに対して配設される単一のダイへと組み込むことで、たとえば、複数のマスク、発光素子、または他の光学素子、または本明細書で説明されるような照明のパターンを産生するための他の手段を含む、他の発光装置と比べてサイズが小さい発光デバイスを提供することができる。電気相互接続118を介して、個別にアドレス可能な発光素子114を照明のそれぞれの放出されるパターンに対応する個別にアドレス可能な発光素子114のいくつかのセットへと接続することによって、照明の異なるパターンが、回路基板110上に存在する電気的なスイッチ(たとえば、トランジスタ)を使用することなく産生され得る。本明細書で説明される照明のパターンを生成するための装置の追加の利点が明らかになるであろう。
回路基板110上の個別にアドレス可能な発光素子114の図示される位置およびサイズ、それらの発光素子の互いおよび電気パッド112との電気相互接続118による相互接続、ならびに図1に示される発光器100の他の詳細は、本明細書で説明される方法および装置の非限定的で例示的な実施形態として意図されている。放出された照明の異なるパターンに対応する、回路基板上の個別にアドレス可能な発光素子の異なる位置が、発明者らにより予期される。さらに、個別にアドレス可能な発光素子のセットおよび回路基板の電気パッドの様々な相互接続が使用され得る。たとえば、個別にアドレス可能な発光素子の第1および第2のセットを、反対の極性で、回路基板の第1および第2の電気パッドに接続することができる。これにより、第1および第2の電気パッドを介して個別にアドレス可能な発光素子のセットに与えられる電圧の極性を制御することによって、個別にアドレス可能な発光素子の第1および第2のセットのうちの選択された方が光を放出するように動作させられることが可能になり得る。回路基板110の個別にアドレス可能な発光素子114のセットに電流および/または電圧を与えるために使用される回路基板110上の電気パッド112の数はさらに、個別にアドレス可能な発光素子114のいくつかのセットと、個別にアドレス可能な発光素子114のセットの複数のペアとの間で共通の電気パッド112を使用することによって(図1に示されるように)、減らされる。個別にアドレス可能な発光素子と回路基板の電気パッドとの間の相互接続の他の構成が使用され得る。
回路基板110はダイ(たとえば、窒化ガリウム、シリコン、および/または他の半導体材料からなるダイ)を備えることがあり、その上または中に、発光器100の他の構成要素が形成される。いくつかの実施形態では、回路基板110はプリント回路基板(PCB)である。そのような回路基板は、いくつかの実施形態では、銅の導電層を伴うFR-4ガラスエポキシ基板を有し得る。たとえば、様々な実施形態において、銅の導電層は、電気相互接続118を画定するようにエッチングまたは堆積され得る。さらに、電気相互接続118は、個別にアドレス可能な発光素子114のセットの各々が回路基板110上の対応する電気パッド112に電流および/または電圧を与えることによって動作させられ得るように、回路基板110上の電気パッド112に接続され得る。
代替の実施形態では、回路基板110は可撓性のある材料で置き換えられ得る。たとえば、個別にアドレス可能な発光素子114を画定するために、有機半導体基板において有機LEDが形成され得る。またさらに、いくつかの代替の実施形態において、個別にアドレス可能な発光素子114は、アレイを画定するために(たとえば、物理的および/または電気的に)互いに接着され得る。これにより、個別にアドレス可能な発光素子がその上に配置される構造体(たとえば、回路基板110)を含む必要がなくなり得る。
個別にアドレス可能な発光素子114は、LED、VCSEL、レーザー、または、回路基板110上に形成される、もしくは回路基板110の、他の個別にアドレス可能な発光構成要素を含み得る。たとえば、回路基板110が半導体材料である場合、個別にアドレス可能な発光素子114は、発光ダイオード領域、発光量子井戸、ブラッグ反射器、または、窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、正か負のドーピング材料、もしくは他の材料もしくは構造から形成される他の素子を含み得る。個別にアドレス可能な発光素子114を形成することは、フォトパターニング、フォトリソグラフィ、化学気相成長、スパッタリング、酸化、イオン注入、または集積光学電子回路の素子を形成するための他の方法を含み得る。
個別にアドレス可能な発光素子114は、個別にアドレス可能な発光素子114の一部分が光を放出しないような方法でパッケージングされ得る。これは、パッケージングが発光エリアの一部をふさぐからであり得る。代わりに、各々の個別にアドレス可能な発光素子114内で集積される電子部品があることがあり、それにより、個別にアドレス可能な発光素子114全体が光を放出することが可能となることが防がれる。個別にアドレス可能な発光素子114の有効な部分は、いくつかの実施形態では投影面116と呼ばれ得る。
本明細書で説明されるような、発光器の非点収差光学素子は、様々な方法で構成されることがあり、発光器の個別にアドレス可能な発光素子のセットから放出された光が第1の方向において第1の角度の範囲にわたって角度とともに変化する照明のパターン(たとえば、角度の第1の範囲内の1つまたは複数の角度の範囲内で照明を与える)として投影されるように、様々な素子(たとえば、レンズ、鏡、回折格子、および/またはプリズム)を含むことがある。これは、特定の個別にアドレス可能な発光素子の位置が環境の角度の範囲と関連するように、第1の方向に関して個別にアドレス可能な発光素子によって放出される光を合焦および/または偏向することを含み得る。これはさらに、第2の方向に関して個別にアドレス可能な発光素子からの光の焦点をずらすことおよび/またはその光を拡散することを含み得る。
投影面116は個別にアドレス可能な発光素子114の表面の全体を占有しないことがあるので、隣接する個別にアドレス可能な発光素子114によって産生される照明のパターンは、互いに対して直接隣接しないことがある。この理由で、個別にアドレス可能な発光素子114は、図1に示されるように互いに対して千鳥状にされ得る。これにより、隣接する個別にアドレス可能な発光素子114の投影面116が、1つまたは複数の方向において互いに揃うことが可能になり、これにより、照明のそれぞれのパターンが互いに対して揃うことが可能になり得る。
図1〜図4に示されるように、非点収差光学素子は、単一の屈折非球面シリンドリカルレンズ102を含む。しかしながら、本明細書で説明されるように、発光器の非点収差光学素子は、発光器の個別にアドレス可能な発光素子114から放出された光を合焦し、そらし、または別様に改変するように構成される追加のまたは代替の素子を含み得る。ある例示的な実施形態では、非点収差光学素子は、個別にアドレス可能な発光素子114の1つまたは複数のセットによって産生される光を合焦して、本明細書で説明されるものなどの照明パターンを産生する。
そうするために、そのような非点収差光学素子は、回折格子、ホログラム、または何らかの他の反射性の、屈折性の、および/もしくは吸収性の素子を含み得る。非点収差光学素子は、非球面光学面を有する反射性の素子を含み得る。非点収差光学素子は、単一のレンズ、鏡、格子、または他の光学素子を含み得る。代わりに、非点収差光学素子は、複数の光学構成要素(たとえば、複数のレンズ、複数の格子、および/または複数の鏡)を含み得る。
いくつかの例では、非点収差光学素子は、第1の方向における放出された光を合焦するように、かつ/またはそらすように規定される幾何学的形状(たとえば、非球面の円柱形の幾何学的形状などの円柱形の幾何学的形状)を有する第1の表面を有する、単一の屈折性または反射性のレンズを含み得る。そのような屈折性または反射性のレンズは、各々の個別にアドレス可能な発光素子が、光を放出するように動作させられるときに第1の方向と実質的に直交する第2の方向において同様の角度の範囲にわたって光を与えるように、第2の方向における放出された光の焦点をずらすように、かつ/またはその光を拡散させるように規定される幾何学的形状(たとえば、凹面の幾何学的形状)を有する第2の表面を含み得る。したがって、そのような非点収差光学素子は、たとえば実質的に直線的な照明パターンへと、各々の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を合焦することができる。
非点収差光学素子の構成要素または特徴は、たとえば光学的に透明な材料、または回路基板の表面上の他の素子を使用して(たとえば、集積回路の製作に使用される方法を使用して)、回路基板上に形成され得る。加えて、または代わりに、非点収差光学素子は、接着剤、クリップ、接片、または何らかの他の手段を使用して回路基板に接合され得る。これは、非点収差光学素子を(たとえば、接着剤を使用して)回路基板に直接接合すること、回路基板を収容するパッケージ(たとえば、窓を含むセラミックの、金属の、またはポリマーの集積回路パッケージ)に接合すること、または発光器の何らかの他の構成要素に接合することを含み得る。発光器は、非点収差光学素子に加えて光学素子をさらに含むことがあり、たとえば、複数のマイクロレンズが、個別にアドレス可能な発光素子の各々から放出された光の放出パターンを合焦するために、平行にするために、または別様に改変するために、回路基板の表面に設けられ得る。
上で述べられたように、発光器(たとえば、100)は、それぞれの異なる期間の間、環境にいくつかの異なる照明のパターンを与えるように動作させられ得る。照明のパターンは、発光器から環境の中の物体によって(たとえば、そのような物体の光検出器によって)経時的に受け取られる照明の強度が環境内での物体の位置を決定するために(たとえば、発光器に対する物体の角度を決定するために)使用され得るように、規定され得る。このことは、異なる照明パターンに対応する異なる期間の間に物体へ入射する光のパターンを決定することを伴い得る。次いで、物体の位置(たとえば、発光器に対する物体の角度)が、照明の異なるパターンに基づいて、受け取られた光のパターンに対応する環境内の領域(たとえば、角度の範囲)を決定することによって決定され得る。
発光器および電気相互接続、電気パッド、個別にアドレス可能な発光素子、投影面、または他の素子もしくはそれらの特徴の他の構成が、発明者らにより予期される。回路基板は、個別にアドレス可能な発光素子のセットが、照明のパターンを受け取る環境における物体の位置の決定を容易にするようにそれぞれの異なる照明のパターンを産生するために動作させられ得るように、相互接続された個別にアドレス可能な発光素子のいくつかのセット(たとえば、少なくとも100個のセット)を含み得る。1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子のそのようなセットは、様々な方法で互いに、かつ/または回路基板の電気パッドと相互接続され得る。たとえば、個別にアドレス可能な発光素子の各セットは回路基板の電気パッドのそれぞれのペアに接続されることがあり、または、(たとえば、カソード共通の配置またはアノード共通の配置に従って)いくつかのセットが単一の電気パッドに共通に接続されることがある。加えて、または代わりに、1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子のセットのペアは、反対の極性に従ってそのような共有される端子に接続されている1つまたは複数の電気パッドを共有し得る(すなわち、第1のセットの個別にアドレス可能な発光素子のアノードが共同の端子に接続されることがあり、一方で第2のセットの個別にアドレス可能な発光素子のカソードが共同の端子に接続されることがある)ので、そのようなペアの各セットは、共同の端子に対応する極性の電圧を与えることによって、それぞれの照明のパターンを与えるようにそれぞれの期間の間動作させられ得る。本明細書で説明されるように、発光器の電気パッドの他の構成が発明者らにより予期される。
図2は、発光器100の回路基板110上の個別にアドレス可能な発光素子114の投影面116から放出される光に対する、発光器100の非点収差光学素子(たとえば、図1に示されるシリンドリカルレンズ102)の影響を断面で示す。寸法、放出される照明の角度、光を屈折させるためのシリンドリカルレンズ102の動作、および図2の他の態様は、本明細書で説明されるような発光器による照明のパターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)の産生を概念的に示すことが意図されており、そのような発光器の特定の実施形態の光学的特性または他の特性(たとえば、光線の角度または位置、LEDの発光パターン、光学素子の外見上の屈折率、屈折素子の焦点距離、屈折素子および/またはそのような素子によって産生される光場の全体的な発散または収束の特徴、屈折素子による光線の屈折の角度)を文字通り表すことは意図されていない。
図2は、発光器100の回路基板110およびシリンドリカルレンズ102の断面の上面図を示す。示されるように、回路基板110の1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子114の第1のセットが、投影面116からシリンドリカルレンズ102に向かって光を投影している。シリンドリカルレンズ102は、実質的に直線的な照明パターンが個別にアドレス可能な発光素子114の動作により産生される(たとえば、光検出器が位置し得る測定面202において)ように、そのような個別にアドレス可能な発光素子114から放出された光を合焦し、屈折させ、そらし、または別様に改変するように構成される。実質的に直線的な照明パターンは、回路基板110上での位置、発光プロファイル、もしくは回路基板110上の個別にアドレス可能な発光素子114の他の特性、ならびに/または、シリンドリカルレンズ102に対する個別にアドレス可能な発光素子114の位置および向きに従って、ある角度範囲にわたって変化し得る。シリンドリカルレンズ102、発光器100の性質(たとえば、個別にアドレス可能な発光素子114の発光プロファイル)、または発光器100の他の要素は、たとえば、測定面202と交差する実質的に直線的な照明パターンの幅がより広くなるように、または狭くなるように規定され得る。
図2に示されるように、投影面116の各々は、対応する個別にアドレス可能な発光素子114からあるパターンへと光を形成し得る。各表面116から放出されるパターンは、測定面202における垂直/水平の面へと投影されると、実質的に直線になり得る(すなわち、照明パターンは垂直の次元において細長くなり、水平の次元において合焦し得る)。個別にアドレス可能な発光素子114の投影面116は、その角度範囲に及び得るように互いに対して配置され得る。角度範囲は、たとえば発光器100に関して定義されるとき、30度、45度、60度、75度、または90度に及び得る。
図3は、環境302(たとえば、部屋)へと照明パターンを順番に投影する発光器(たとえば、図1に示される発光器100)の斜視図である。たとえば、発光器はシリンドリカルレンズ102および回路基板110を含むことがあり、その上に個別にアドレス可能な発光素子114がある(図では遮られている)。シリンドリカルレンズ102は、発光器100に関して対応する角度で実質的に直線的な照明パターンを産生するように、個別にアドレス可能な発光素子114によって放出される光を合焦し得る。個別にアドレス可能な発光素子114が順番に作動させられるにつれて、実質的に直線的な照明は、(破線の矢印により図1において示されるように)発光器100に関してある角度範囲を通って進行し得る。様々な実施形態において、角度範囲は、水平/深度面または垂直/深度面において変化することがある(たとえば、発光器100が水平/垂直面において90度回転された場合)。様々な実施形態において、角度範囲は、15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度、165度、180度、または195度に及び得る。他の大きさの角度範囲が可能である。
図3に示される実質的に直線的な照明パターンの間隔、幅、および位置は例として与えられ、好ましい実施形態を示すことは意図していない。個別にアドレス可能な発光素子114を順番に光らせるとき、複数の投影パターンが可能であることが容易に理解されるであろう。いくつかの実施形態では、たとえば、隣接する実質的に直線的な照明パターンの間に介在する空間は、図示されているものより小さいことがある。実際には、個別にアドレス可能な発光素子114が回路基板110上のアレイにおいて互いに対して千鳥状にされるとき、実質的に直線的な照明パターンは、互いに対して隣接して投影され得る(たとえば、実質的に直線的な照明パターンのうちの1つの左端が、隣接する実質的に直線的な照明パターンの右端に直接隣接し得る)。これにより、個別にアドレス可能な発光素子114のすべてが同時に作動させられた場合に、同期パルスが角度範囲内にある環境302の部分全体を垂直に照らすことを可能にし得る。
発光器100から受け取られる照明の時間変化するパターンに基づく物体の位置の決定(たとえば、発光器100に対して第1の方向にある光検出器の角度の決定)は、いくつかの異なる照明のパターンの各々が発光器100によって産生される期間のタイミングに対して相対的に、照明の検出のタイミング(たとえば、光検出器により受け取られる光の強度の複数の測定結果から所与の光強度を検出するタイミング)を決定することを含み得る。いくつかの例では、そのようなタイミング情報は、高度に正確で同期されたクロックをともに含む発光器100および光検出器420によって決定され得る。他の例では、発光器100は、そのようなタイミング情報を放出するように動作させられる高周波送信機(またはワイヤレス情報送信のための他の手段)を含み得る。またさらなる例では、そのようなタイミング情報は、発光器100から光検出器により受け取られる照明の時間変化するパターンから復元され得る。いくつかの実施形態では、タイミング情報は、検出された時間変化する照明信号の変化(たとえば、立ち上がりまたは立ち下がりのエッジ)からパルスタイミング情報を復元することによって、復元され得る。
図4に示されるように、発光器100は(図3に示されるように)実質的に直線的な照明パターンの形で環境302(たとえば、部屋)へと光を放出し得る。これは、たとえば、回路基板110上でアレイへと配置される非点収差光学素子(たとえば、シリンドリカルレンズ102)および一連の個別にアドレス可能な発光素子114(図4の図示では遮られている)を使用して、発光器100によって達成され得る。個別にアドレス可能な発光素子114が順番に作動させられるにつれて(たとえば、電気相互接続118を使用して個別にアドレス可能な発光素子114に接続される回路基板110上に同様にある制御システムによって)、実質的に直線的な照明パターンは、環境302における発光器100によって定義される角度範囲内の異なる角度を照らし得る。順番の走査が破線の矢印によって図4において示されている。さらに、実質的に直線的な照明パターンが投影され得る位置が、シリンドリカルレンズ102から出ている実線によって示されている。光検出器420の角度的な場所に投影される実質的に直線的な照明パターンは、参照番号402によって図4において示されている。
上で説明されたように、発光器から受け取られた光の検出された時間変化する強度に基づいて物体(たとえば、光検出器420)の角度的な場所を決定することは、発光器から放出された照明のパターンのタイミングについての情報に基づいてそのような決定を行うことを含み得る。そのようなタイミング情報は、物体のコントローラの内部クロックに基づくことがあり、または受信機を使用して受信されるタイミング情報(たとえば、発光器から高周波信号を介して送信されるタイミング情報)に基づくことがある。加えて、または代わりに、タイミング情報は、発光器による照明のパターンの放出のタイミングにおいて存在し得る。たとえば、発光器は、同期タイミングまたは他のデータを物体に提供するために、1つまたは複数の特定の期間の間、照明の第1の範囲のすべてに照明を与えることができる。いくつかの例では、照明のパターンのうちの1つまたは複数を与えることは、タイミング情報を提供するために(たとえば、照明のパターンの順列における「最初の」パターンとして照明のパターンのうちの1つまたは複数を特定するために)、または何らかの他の情報を提供するために、指定された周波数で、または経時的な何らかの他のパターンに従って、与えられる照明のパターンの1つまたは複数を(たとえば、ある強度の範囲にわたって、かつ/またはいくつかの異なる具体的な照明のレベルの間で与えられる照明の強度を変化させることによって)変調することを含み得る。
示されるように、検出された実質的に直線的な照明パターン402は、本明細書で説明されるような発光器100によって与えられ得るパターンの非限定的な例として意図されていることに留意されたい。代替の例として、発光器によって与えられる照明のパターンのセットは、第1の角度の範囲にわたって変化することがあり、照明のさらなるパターンが第1の角度の範囲のすべてに照明を与えることができる。そのようなパターンは、上で説明されたように、環境の中の物体にタイミング情報または他の情報を提供するために与えられ得る。加えて、または代わりに、そのような照明のパターンは、所与の物体が第1の角度の範囲内にあるかどうかを、したがって、発光器から放出された光が所与の物体の角度的な場所を決定するために使用され得るかどうかを決定するために使用され得る。
いくつかの異なる照明のパターン(および発光器の1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子の対応する数のセット)は、少なくとも指定された分解能または正確さで対象の環境における物体の角度的な場所の決定を行うように規定され得る。たとえば、10個以上の異なる実質的に直線的な照明パターンが、それぞれの異なる期間の間に(たとえば、異なる実質的に直線的な照明パターンを産生する時間的に繰り返す順列に従って、複数の繰り返されるそれぞれの期間の間に)、発光器によって(たとえば、発光器の1つまたは複数の発光素子の1つまたは複数の対応するセットから)与えられ得る。与えられた実質的に直線的な照明パターンの各々は、それぞれの期間の間に環境の中の物体の光検出器によって検出されると、発光器に対して相対的に物体が位置する対応する角度範囲を与え得る。物体が位置する角度範囲は、対応する実質的に直線的な照明パターンの幅に基づいてある大きさの角度を占有し得る。上で述べられたように、与えられる異なる照明のパターンの数は、指定された程度の分解能でのそのような物体の角度的な場所の決定を容易にするように規定され得る。たとえば、10個以上の異なる実質的に直線的な照明パターンを与えることで、発光器によって掃引される完全な角度範囲が90度である場合、9度の分解能での物体の角度的な場所の決定が容易になり得る。9度の角度分解能は、そのような物体が実質的に直線的な照明パターンを提供している発光器から1メートル以内にあるとき、15.6センチメートルの直線距離の分解能に相当し得る。加えて、実質的に直線的な照明パターンの強度プロファイルが角度に関して変化し(たとえば、レーザーなどの個別にアドレス可能な発光素子の正規分布の性質により)、物体の光検出器が強度の変化を検出できる場合、角度分解能はさらに向上し得る。
図1に関して上で説明されたように、個別にアドレス可能な発光素子114の投影面116は、個別にアドレス可能な発光素子114の面全体を占有しないことがある。したがって、それぞれの個別にアドレス可能な発光素子114によって投影される照明パターン(たとえば、個別にアドレス可能な発光素子114がシリンドリカルレンズによって合焦される場合、実質的に直線的な照明パターン)は、対応する個別にアドレス可能な発光素子114ほど幅が広くないことがあり、または高くないことがある。さらに、個別にアドレス可能な発光素子114が互いに直接隣接して配置される場合でも、それぞれの照明パターンは互いに隣接しないことがある。埋め合わせるために、回路基板110上の個別にアドレス可能な発光素子114のアレイ500は、図5に示されるように設計され得る。
示されるように、個別にアドレス可能な発光素子114は、一方の投影面116の端(たとえば、下部)が別の投影面116の端(たとえば、上部)と揃うように、ダイ内の一次の方向において(たとえば、垂直に)間隔を置かれ得る。これは図5において破線により示されている。さらに、個別にアドレス可能な発光素子114は、一次の方向に実質的に直交する二次の方向において(たとえば、水平に)互いに接し得る。しかしながら、個別にアドレス可能な発光素子114のパッケージサイズにより、個別にアドレス可能な発光素子114は、揃えるために、二次の方向において増大する範囲に、付加的に配設される必要があり得る。この増大する範囲は、一次の方向におけるある位置に達した結果、別の個別にアドレス可能な発光素子114を置くための空間が二次の方向における開始位置(たとえば、一番左の個別にアドレス可能な発光素子116の左側)にできると、その二次の方向における開始位置にリセットされ得る。図5の例示的な実施形態では、4つの個別にアドレス可能な発光素子114のばらばらな行が揃えられると、新しいばらばらな行が始まり得る。個別にアドレス可能な発光素子114が揃うように設計されるダイの方向は、たとえば、それぞれの非点収差光学素子に対する拡散の方向に対応し得る。たとえば垂直ではなく水平に環境を走査するために使用される他の実施形態では、個別にアドレス可能な発光素子114は、行ではなくばらばらな列において水平に揃えられ得る。たとえば、図5に示されるアレイ500、および対応するシリンドリカルレンズは、時計回りまたは反時計回りに90度回転されて、垂直ではなく水平に環境を走査するために使用され得る(図7に関してさらに示される)。
さらに、1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子の相互接続されたセットの個別にアドレス可能な発光素子は、発光器の回路基板の表面全体に何らかの他の方式で配置され得る。たとえば、個別にアドレス可能な発光素子は、発光器から放出される光の量を増やすために、かつ/または、アレイが実質的に直線的な照明パターンを順番に投影するように動作させられるときに個別にアドレス可能な発光素子のアレイの温度を下げるために、複数の列/行に配置されることがあり、または回路基板全体に別様に分布することがある。個別にアドレス可能な発光素子はより広いエリアにわたって分布し得るので、熱放散のための表面積をより広くすることができ、これにより、個別にアドレス可能な発光素子のアレイの全体的な温度を下げることができる。
上の分散設計は、図5に示される千鳥状設計に加えて、またはその代わりに利用され得る。たとえば、図5の8個の千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子のパターンは、同じ水平方向の位置を有する回路基板の異なるセクションにおいて、しかし異なる垂直方向の位置で再現され得る(すなわち、図5の8個の千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子のパターンは複製されるが、上または下にシフトしている)。発光器の非点収差光学素子は水平方向に光を拡散できるので、そうするためにアレイに従って配向される場合、8個の千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子の再現されるパターンは、8個の千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子の元のパターンによってすでに産生されている対応する実質的に直線的な照明パターンの強度を強化する/高めるように働き得る。
発光器の中の回路基板にわたる個別にアドレス可能な発光素子の分散は、個別にアドレス可能な発光素子が光を放出するように動作させられているときに、発光器の平均温度および/またはピーク温度を下げるために行われ得る。これは、回路基板のより広いエリアにわたってそのような無駄な熱の産生を拡散することによって、または、何らかの他の考慮事項に従って(たとえば、回路基板上の電気相互接続および/もしくは電気パッドのルーティングを簡単にするように、個別にアドレス可能な発光素子、電気相互接続、もしくは回路基板製造プロセスに適合する他の特徴の構成を提供するように、または発光器から出力される光の量を増やすように)、行われ得る。
図6は、物体610が位置する環境に本明細書の他の箇所で説明されるような照明の複数の異なるパターンを与えるように構成される、発光器650を含むシステムのブロック図である。物体610は、発光器650から放出された照明620を検出するように構成される光検出器614およびコントローラ612を含む。物体610はさらに、何らかの他のデバイス(たとえば、発光器650)に、かつ/またはそれから、情報を送信および/または受信するように構成される、トランシーバ616を含む。光検出器614は、発光器650から受け取られる光620(たとえば、それぞれの異なる期間の間に発光器650から1つまたは複数の実質的に直線的な照明パターンとして放出される光)の性質(たとえば、強度)を検出するように構成される。そのような光は、物体610の位置(たとえば、発光器650に対する第1の方向における角度)を決定するために検出され使用され得る。発光器650はダイ654を含み、これは、たとえば、非点収差光学素子656(たとえば、シリンドリカルレンズ)を介して光を与え、物体610を含む環境へのそれぞれの照明のパターン(たとえば、実質的に直線的な照明パターン)を再現するように構成される、1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子を含む回路基板上に配設され得る。発光器650はさらに、そのような照明のパターンを産生するためのダイ654の動作を支援するように構成される、プロセッサ652およびメモリ660を含む。
発光器650は、それぞれの期間の間、異なる照明のパターンを産生するように構成される。各々の異なる照明のパターンを放出することは、デバイスに対して第1の方向における第1の角度の範囲の角度のうちの1つまたは複数の角度内で照明を放出することを含む。したがって、照明の各パターンは、物体(たとえば、610)がそのような異なる期間の間に発光器650から受け取られた光の強度を検出でき、環境における物体610の位置を決定するために(たとえば、第1の方向における発光器650に対する物体610の角度を決定するために)検出された光強度を使用できるように、第1の方向にわたって変化する。特定の照明のパターンを産生する発光器650は、ダイ654の1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子(たとえば、LED、レーザー、VCSEL)のセットから光を生成することを含む。
発光器650のプロセッサ652は、発光器650から異なる照明のパターンを産生するために、ダイ654を動作させる(たとえば、ダイ654の1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子の異なるセットに電圧および/または電流を印加する)ように構成される。プロセッサ652は、異なる期間の間に異なる照明のパターンを産生するための、1つまたは複数のマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはダイ654を動作させるように構成される他の電気構成要素を含み得る。プロセッサ652は、プログラム命令662またはメモリ660に含まれる他の情報を使用してそのような活動を実行するように(たとえば、記憶されている疑似ランダムな順列もしくは何らかの他の順列に従って照明のパターンの順列を生成するように、または、ダイ654を使用して照明620を放出することによって何らかのタイミング情報もしくは他の情報を示すように)構成される要素を含み得る。代わりに、発光器650は、プロセッサ652およびメモリ660の代わりに、いくつかのフリップフロップ、タイマー、マルチプレクサ、カウンタ、または、そのような回路の構造によって静的に設定される順列に従って照明のパターンを産生するようにダイ654を動作させるように(たとえば、繰り返しの順列において指定された期間の間照明のパターンのセットの各々を与えるように)構成される他の回路を含み得る。
メモリ660は、発光器650に、ダイ654上の1つまたは複数の個別にアドレス可能な発光素子のそれぞれの異なるセットから光を放出することによってそれぞれの異なる期間の間異なる照明のパターンを産生させるための、または、何らかの他の動作を実行させるための、プロセッサ652により実行されるプログラム命令662を含み得る。様々な実施形態において、メモリ660は、不揮発性メモリおよび/または揮発性メモリを含み得る。いくつかの例では、プログラム命令662は、(たとえば、異なる照明のパターンの各々が繰り返し順番に提示されるように)設定された順列に従って異なる照明のパターンを与えるための命令を含み得る。代わりに、プログラム命令662は、ランダムまたは疑似ランダムな順列に従って異なる照明のパターンを与えるための命令を含み得る。さらに別の例では、プログラム命令662は、異なる照明のパターンのサブセットを与えるための命令を含み得る。たとえば、物体の角度的な場所が低分解能で知られている(たとえば、発光器650から以前に放出された光の検出に基づいて、物体が対象の角度の範囲の後半に位置することが知られている)場合、より高い分解能で、かつ/またはより高速に物体の角度的な場所を経時的に決定するのを容易にするために、異なる照明のパターンのサブセットのみが与えられ得る。
またさらなる例では、プログラム命令662は、対象の角度の範囲にわたって照明を与えて何らかの情報を環境の中の物体にシグナリングするための命令を含み得る。物体に情報をシグナリングすることは、発光器560から放出された照明の以前のもしくは後続のパターンについてのタイミング情報を示すこと、または、発光器650から放出された照明のパターンについての識別情報もしくは他の情報および/もしくはそのようなパターンの産生の順序についての情報(たとえば、シード値または疑似ランダムな照明のパターンの順列についての他の情報)を提供することを含み得る。
いくつかの例では、発光器650は、トランシーバ、通信インターフェース、ユーザインターフェース、1つまたは複数のさらなるダイ、または何らかの他の構成要素を含むことがあり、プログラム命令662は、そのようなさらなる構成要素を動作させて何らかの機能を提供するための命令を含むことがある。たとえば、発光器650は、(たとえば、物体610のトランシーバ616を介して)物体610と通信するように構成されるトランシーバを含み得る。プログラム命令662は、タイミング情報、照明のパターンおよび/もしくは発光器650によるそのようなパターンの産生の順列についての情報、または何らかの他の情報を物体610に送信するようにトランシーバを動作させるための命令を含み得る。加えて、または代わりに、プログラム命令662は、光検出器614を使用して検出された光強度に基づいて物体610のコントローラ612によって決定される位置情報を受け取るように、プロセッサ652がそのような検出された強度に基づいて物体610の角度的な場所を決定できるようにそのような検出された強度についての情報を送信するように、または物体610から何らかの他の情報を受け取るように、トランシーバを動作させるための命令を含み得る。プログラム命令662は、何らかの他のシステムと通信するように(たとえば、電話、コンピュータ、または何らかの他のシステムに、物体610の決定された角度的な場所についての情報を送信するように)そのようなトランシーバを動作させるための命令を含み得る。
発光器650は、スマートフォン、デジタルアシスタント、ヘッドマウントディスプレイ、ロボットもしくは他のシステムのためのコントローラ、または何らかの他のコンピューティングデバイスの一部であり得る。そのような例では、発光器650から(たとえば、照明の異なるパターンとして)放出された光がそのような他の物体に対する物体の(たとえば、光検出器を含む物体の)位置(たとえば、発光器650を含むヘッドマウントディスプレイが配設されるユーザの頭に対する、光検出器が配設されるユーザの手の位置)を決定するために使用され得る。代わりに、発光器650は、発光器650の位置が対象の環境に対して比較的静的であるように、床、壁、天井、または他の物体もしくは建物に取り付けられるシステムの一部であり得る。そのような例では、発光器650から放出される光は、環境に対する物体の(たとえば、光検出器を含む物体の)位置(たとえば、環境内での人の体の動きの検出を支援するために、いくつかのそれぞれの光検出器が配設される人の体の一部分の位置)を決定するために使用され得る。本明細書で説明される発光器の他の構成および／または用途が発明者らによって予見される。
物体610は、システム(たとえば、ドローン)の一部であることがあり、もしくはそれに配設されることがあり、対象の物体もしくは人物に(たとえば、モーションキャプチャを支援するために人の体の一部分に)取り付けられるタグもしくは他のデバイスであることがあり、または、発光器650から受け取られた光の時間変化する強度に基づいて物体610の位置の決定を支援するように何らかの他の方法で構成されることがある。これは、物体610の光検出器614を使用して光のそのような強度を検出することを含む。光検出器614は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または、発光器650から放出された光(たとえば、発光器650のダイ654の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光の波長に対応する波長の光)を検知する何らかの他の素子を含み得る。
コントローラ612は、発光器650から受け取られた光の強度もしくは他の性質を検出するように、かつ/または何らかの他の動作を実行するように、光検出器614を動作させるように構成される様々な素子を含み得る。たとえば、コントローラ612は、論理ゲート、算術論理演算装置、マイクロプロセッサ、レジスタ、デジタル発振器、カウンタ、論理バス、増幅器、アナログデジタルコンバータ(ADC)、ミキサ、アナログ発振器、バッファ、メモリ、プログラム命令、または何らかの他の1つまたは複数の構成要素を含み得る。コントローラ612は、発光器650からのそのような検出された照明に基づいて物体610の位置を決定するように、かつ/または、トランシーバ616を使用して、検出された照明についての情報(たとえば、複数の時点における受け取られた照明の強度についての、タイミング、順列についての、またはそのような受け取られた照明の強度の一連の経時的な変化についての他の情報)を何らかの他のシステム(たとえば、発光器650、電話、コンピュータ)に送信するように構成され得る。コントローラ612は、何らかの他の動作を実行するように構成され得る。
コントローラ612は、光検出器614により受け取られる発光器650からの照明を検出するために使用される様々な構成要素を含み得る。光検出器614は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光非伝導性素子、または、電圧、電流、もしくは受け取られた光620の強度もしくは他の性質に関する何らかの他の電気信号を出力するように構成される、何らかの他の構成要素を含み得る。コントローラ612は、増幅器、トランスインピーダンス増幅器、フィルタ、バッファ、電圧基準、ADC、または発光器650から受け取られた照明620を検出するように光検出器614を動作させるように構成される他の構成要素を含み得る。コントローラ612はさらに、回路(たとえば、検出された照明の強度の遷移から相対的なタイミング情報を決定するためのクロック復元回路、物体610の位置に対する受け取られた照明の強度の変化の順列を検出するための非同期直列受信機回路)を含み得る。
コントローラ612は、光検出器614を使用して、複数の発光器からの、および/または発光器の複数の異なるダイからの照明を検出するように構成され得る。いくつかの例では、コントローラ612は、複数の異なる発光器から、および/または発光器の複数の異なるダイから受け取られる照明の検出を支援するように構成される、デジタルフィルタまたはアナログフィルタを含み得る。これは、異なるダイおよび/または異なる発光器から放出された照明の変調の周波数に対応するそれぞれの異なる周波数において変化する、光検出器614により受け取られる照明の成分を検出することによって行われ得る。加えて、または代わりに、光検出器614は、異なる発光器および/または発光器の異なるダイによって産生される照明の波長に対応するそれぞれの異なる波長の照明を検知する、複数の異なる光検知素子(たとえば、異なるフォトダイオードおよび/またはそのようなフォトダイオードに結合される光学フィルタ)を含み得る。これは、そのような複数の異なる発光器から、および/または発光器の複数の異なるダイから受け取られる照明の検出を容易にし得る。
図6に示されるブロック図は、説明の便宜上機能モジュールに関連して説明されることに留意されたい。しかしながら、物体610および/または発光器650の実施形態は、単一の集積回路(たとえば、光検出器と、光検出器を介して受け取られた光の強度を検出するための回路とを含む集積回路)、複数の集積回路もしくは電子アセンブリ(たとえば、電子部品が配設されているプリント回路基板)において実装される機能モジュール(「サブシステム」)の1つまたは複数とともに、または何らかの他の考慮事項に従って配置され得る。
物体610および発光器650の図示される構成要素は、非限定的な例示の実施形態として意図されていることに留意されたい。また、照明のパターンを環境に与えるように構成される発光器、そのような環境に位置する物体、および/または本明細書で説明されるようなそのような環境に位置する光検出器は、図示される素子のより多数もしくは少数を含むことがあり、かつ/または別の素子を含むことがあることにも留意されたい。たとえば、環境の中に位置し、発光器から放出された光を検出するように構成される光検出器を含む物体は、光検出器を動作させるように構成される、かつ/もしくは物体の位置を決定するように構成される、コントローラまたは他の素子を欠いていることがある。そのような例では、発光器は、光検出器を介して受け取られた光を検出して光検出器の位置を決定するように構成される何らかの他のシステムに(たとえば、発光器650に)ケーブルを介してつながれ得る。発光器、光検出器、タグ、および/または、本明細書で説明されるような照明のパターンを産生かつ/もしくは検出するように構成される、他の物体もしくはシステムのさらなる例が、発明者らにより予期される。
本明細書の他の箇所で説明されるように、発光器は、発光器に対する指定された方向における角度に従って変化する、発光器からの照明のパターンを与えるように構成されるダイおよび非点収差光学素子を含み得る。これは、ダイの対応する個別にアドレス可能な発光素子から光を生成することによって行われ得る。ダイ上のそのような個別にアドレス可能な発光素子の位置は、個別にアドレス可能な発光素子が光を放出するように動作させられるとき、発光器から産生される照明の角度または角度の範囲に対応し得る。このように構成される発光器は、より小さいフォームファクタで、最小限の構成要素および最小限のコストで、または、照明のそのようなパターンを産生するための他の装置もしくは方法に関して改善される方式で何らかの他の考慮事項に従って(たとえば、光源により産生されるどの光の部分が環境に与えられるかを制御するためにデジタルマイクロミラーデバイスを使用して)、より効率的にそのようなパターンを与えることができる。そのようなダイおよび/または非点収差光学素子は、様々な異なる照明のパターンの産生を容易にするように、様々な方法で構成され得る。
たとえば、そのような発光器は非点収差光学素子に対して配設される単一のダイを含むものとして本明細書の他の箇所では説明されるが、複数のダイが非点収差光学素子などに対して配設され得る。これらの複数のダイは、異なるダイの発光素子のそれぞれのセットから照明のそれぞれのパターンを提供することができる。そのような異なるダイは、ダイからの電力の放散の度合いを高めるように、ダイ上の個別にアドレス可能な発光素子のセットの総数および発光器により提供され得る異なる照明のパターンの対応する総数を増やすように、または何らかの他の機能を提供するように設けられ得る。これは、図8において例として示されており、図8は、それぞれの複数の発光素子を各々含み、それぞれ第1の非点収差光学素子810および第2の非点収差光学素子820の背後に各々置かれる、第1のダイ814および第2のダイ824を示す。
上で説明されたように、図7aは、シリンドリカルレンズ702に向かって光を投影する回路基板710上に配置された個別にアドレス可能な発光素子714のアレイの上面図である。順番に作動させられる場合、個別にアドレス可能な発光素子714のアレイは、(矢印により示されるように)発光器に関してある角度範囲にわたって実質的に直線的な照明パターンを繰り返し投影することができる。図7aの中の発光器によって掃引される角度範囲は、水平/深度面(図7aにおいて示される軸)の中にある。示されるように、個別にアドレス可能な発光素子714は水平軸に沿って付加的に間隔を空けられ、シリンドリカルレンズ702の主要軸は実質的に垂直軸に平行である。
代わりに、同じ発光器が、垂直/深度面(図7bにおいて示される軸)の中にある角度範囲を走査する実質的に直線的な照明パターンを投影するために使用され得る。図7bに示されるように、発光器は、個別にアドレス可能な発光素子764が回路基板760上の垂直軸(図7bに示される軸)に沿って配列されるように、方向を変えられる。加えて、シリンドリカルレンズ752の主要軸は水平軸に平行である。
加えて、図7aおよび図7bに提示される2つの発光器の構成が2つの別々の発光器である場合、それらは直交する角度範囲を同時に走査することができる。さらに、図8に示されるように、2つの別々の発光器は、環境を走査するために単一の回路基板に配置され得る。
上で論じられたように、発光器(たとえば、図8に示される発光器800)のいくつかの実施形態では、第2のシリンドリカルレンズ820の背後に配設される千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子824の第2のアレイと同じ回路基板上に、第1のシリンドリカルレンズ810の背後に配設される千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子814の第1のアレイがあり得る。第1および第2のアレイは、それらのアレイがそれぞれ第1および第2の方向に照明のそれぞれのパターンを放出するように、第1および第2の方向が互いに対して回転されるように(たとえば、第1および第2の方向が実質的に直交するように、すなわち第1および第2の方向が80度から100度の間の角度だけ異なるように)配向され得る。これにより、光検出器は、2つの直交する方向において発光器に対する物体の角度を決定することが可能になり得る。別の例では、発光器の2つのアレイは、環境の中の異なる位置に位置することがあり、2つのアレイから物体によって受け取られる照明に基づいて物体の位置を決定することは、検出された照明に基づいて、かつ環境内の2つのアレイの相対的な位置および向きにも基づいて、物体が環境内の特定の平面または線上に位置すると決定することを含み得る。さらに、他の実施形態では、3つ以上の非点収差光学素子を伴う個別にアドレス可能な発光素子の3つ以上のアレイが、1つまたは複数の発光器にわたって利用され得る。
2つ(以上)の異なるアレイおよび/または発光器から物体によって(たとえば、物体の発光器によって)受け取られる照明は、様々な方法で検出され得る。ある例示的な実施形態では、異なるアレイは、異なるそれぞれの期間の間照明のパターンを放出し得る。そのような例では、2つの異なるアレイから照明を検出することは、異なるそれぞれの期間の間に物体によって受け取られる光を検出するように物体の光検出器を動作させることを含み得る。別の例では、異なるアレイは異なるそれぞれの波長で照明を放出することができ、2つの異なるアレイからの照明を検出することは、異なるそれぞれの波長で物体に入射する光を検出するように、物体の複数の光検出器(たとえば、発光器によって放出される光の異なる波長に対応するそれぞれの波長選択性フィルタに結合される光検出器)を動作させることを含み得る。さらに別の例では、アレイの各々から放出される照明は、異なるそれぞれの周波数で変調されることがあり、2つの異なる発光器からの照明を検出することは、異なるそれぞれの周波数において物体の光検出器を使用して検出される光強度信号をフィルタリングすることを含み得る。本明細書で説明されるような2つ以上のアレイから物体によって受け取られる光の経時的な強度を検出する追加のまたは代替の方法が、発明者らにより予期される。
さらに、個別にアドレス可能な発光素子814/824のシリンドリカルレンズ810/820および対応するアレイが、回路基板800へとパッケージングされ得る。回路基板800は、制御システム860(たとえば、環境を走査するために照明パターンを生成するためのメモリ864に記憶されている命令を実行するように構成されるプロセッサ862を含む制御システム860)から個別にアドレス可能な発光素子814/824に変調信号を送信するための通信相互接続802を含み得る。回路基板800はまた、電源870から個別にアドレス可能な発光素子814/824に電圧を供給する電力相互接続802を含み得る。電源870は、いくつかの実施形態では、電池またはウルトラキャパシタを含み得る。代替の実施形態では、電源870は、壁のコンセントおよび交流から直流への(ACからDCへの)コンバータに接続するように構成されるプラグを含み得る。
図5に示される実施形態と同様に、個別にアドレス可能な発光素子はアレイ内で千鳥状にされ得る。図9aに示されるように、個別にアドレス可能な発光素子914は、対応する投影面916が一次の方向に(たとえば、水平に)互いに重複するように、回路基板910上のアレイにおいて互いに関して千鳥状にされる。図9b(上面図)に示されるように、光がシリンドリカルレンズ952を通って隣接する個別にアドレス可能な発光素子914から放出されるとき、(図5の実施形態にように)隣り合う実質的に直線的な照明パターンを投影するのではなく、重複する実質的に直線的な照明パターンは、環境内の垂直/水平面960へと投影される。この効果が、破線の2つのペアによって示されている。このような設計が、たとえば、環境内のある位置において出力される強度を高めるために使用され得る。加えて、そのような重複する設計は、環境内で異なる照明強度の領域を達成するために、図5に示される整列された設計と交互にされ得る。
III.例示的な方法
図10は、本明細書の他の箇所で説明されるような照明のパターンを産生するように発光器を動作させるための方法1000のフローチャートである。そのような照明のパターンは、それぞれの期間の間、発光器から経時的に物体により受け取られる照明に基づいて、発光器に対する第1の方向において、物体の位置を決定するのを容易にするように与えられ得る。照明のパターンは、発光器から照明の異なる時間変化するパターンを環境の異なる領域(たとえば、発光器に対して、第1の方向の異なる角度の範囲)が受け取るように、発光器の環境を空間的に符号化するように規定される。そのような時間変化するパターンは、環境のどの領域から時間変化するパターンが検出されたかを決定するために、したがって、発光器に関して時間変化するパターンを検出するために使用される光検出器または他の装置の位置(たとえば、第1の方向における角度)を決定するために、検出され使用され得る。
発光器が、発光器のアレイに配設され、発光器から放出された照明のパターンのうちのそれぞれ1つに各々対応する、1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子のいくつかのセットを含む。アレイは、アレイの1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子の特定のセットが光を放出するように動作させられるときに、放出された光が発光器から照明のパターンのうちの対応する1つを産生するように非点収差光学素子によって合焦されるように、発光器の非点収差光学素子に対して配設される。
ブロック1002において、方法1000は、非点収差光学素子に向かって第1の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出することを含む。ブロック1002は、いくつかの実施形態では、第1の個別にアドレス可能な発光素子にわたって電位差を与えることを含み得る。さらに、第1の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光は、たとえば、制御システムによって決定される対応する強度および/または対応する波長にあり得る。対応する強度および/または対応する波長は、放出された光が向けられる環境内の位置に基づき得る(たとえば、環境の角度範囲の中心に向けられる放出された光は、角度範囲の端に向けられる放出された光より大きな強度を有し得る)。
ブロック1004において、方法1000は、非点収差光学素子によって、角度範囲内の第1の対応する走査角において実質的に直線的な照明パターンを産生するために、第1の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を合焦することを含む。ブロック1004は、ある方向に(たとえば、水平に)第1の個別にアドレス可能な発光素子によって放出される光を合焦し、直交する方向に(たとえば、垂直に)その光を拡散することを含み得る。これを達成するために、いくつかの実施形態では、非点収差光学素子はシリンドリカルレンズであり得る。
実質的に直線的な照明パターンは、環境の次元(たとえば、部屋の壁)にわたって1つの次元に(たとえば、垂直に)延び得る。角度範囲内の第1の対応する走査角の幅は、第1の個別にアドレス可能な発光素子上の投影面の幅と相関し得る。代替的に、角度範囲内の第1の対応する走査角の幅は、第1の個別にアドレス可能な発光素子によって放出される光の物理的特性(たとえば、レーザービームのビームウェストまたは第1の個別にアドレス可能な発光素子によって放出される波長の回折限界)と相関し得る。
ブロック1006において、方法1000は、非点収差光学素子に向かって第2の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出することを含む。ブロック1002と同様に、第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光は、対応する強度および/または対応する波長にあり得る。対応する強度および/または対応する波長は、第2の個別にアドレス可能な発光素子によって放出される光が投影される環境内の所与の位置に相関し得る。
いくつかの実施形態では、第2の個別にアドレス可能な発光素子は、たとえばアレイ内の第1の個別にアドレス可能な発光素子に直接隣接して配設され得る。さらに、第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子はともに回路基板に配置され得る。第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子はさらに、第1の個別にアドレス可能な発光素子の第1の投影面および第2の個別にアドレス可能な発光素子の第2の投影面が互いに揃うように、互いに関して千鳥状にされ得る。
ブロック1008において、方法1000は、非点収差光学素子によって、第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出される光を合焦して、角度範囲内の第2の対応する走査角で実質的に直線的な照明パターンを再現することを含む。ブロック1004と同様に、合焦することは、ある方向に(たとえば、水平に)光を合焦することと、直交する方向に(たとえば、垂直に)光を拡散することとを含み得る。再現される実質的に直線的な照明パターンは、たとえば、ブロック1004によって投影される実質的に直線的な照明パターンに直接隣接する環境の一部分に投影され得る。これは、第1および第2の個別にアドレス可能な発光素子のそれぞれの第1および第2の投影面が揃う場合に起こり得る。
方法1000はさらなるステップを含むことがあり、照明のさらなるパターンが、発光器の1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子のそれぞれのさらなるセットから光を生成することによって、発光器からそれぞれの期間の間に生成される。照明のそのようなさらなるパターンは、光検出器または環境の中の他の物体の位置が決定され得る分解能を高める(たとえば、環境のより小さい部分へ選択的に照明を与える照明のパターンを与えることによって)ように与えられ得る。
さらに、方法1000は、特定の1つまたは複数の期間の間、第1の角度の範囲のすべてに照明を与える(たとえば、そのような照明を受け取る光検出器または他の物体に同期情報またはタイミング情報を提供するために)ステップを含み得る。方法1000は加えて、1つまたは複数の与えられた照明のパターンを介して、環境の中の光検出器に情報の光学的送信を行うことを含み得る。またさらに、方法1000は、高周波送信を介して、照らされる環境のタイミング、順列、角度についての情報、または、与えられる照明のパターンについての他の情報を、それぞれの異なる期間の間、発光器から与えることを含み得る。方法1000は、さらなるステップを、またはここに列挙されるものの代わりのステップを含み得る。
図11は、発光器によって環境を照らし、物体(たとえば、光検出器)が位置する環境内の位置を検出するための方法1100のフローチャートである。発光器および物体は位置検出システムを備え得る。照明のパターンは、環境の異なる領域(たとえば、発光器に対して第1の方向の異なる角度の範囲)が発光器からの異なる時間変化する照明のパターンを受け取るように、発光器の環境を空間的に符号化するように規定され得る。さらに、発光器および物体は、照明および環境内での照明パターンの検出以外の、追加の方法で互いに通信し得る。
発光器は、発光器のアレイにおいて配設され、発光器から放出された実質的に直線的な照明パターンのそれぞれ1つに各々対応する、1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子のいくつかのセットを含む。アレイは、アレイの1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子の特定のセットが光を放出するように動作させられるときに、放出された光が発光器からの実質的に直線的な照明パターンのうちの対応する1つを産生するように発光器の非点収差光学素子と相互作用するように、その非点収差光学素子に対して配設される。
ブロック1102において、方法1100は、アレイから同期照明を放出するステップを含む。ブロック1102は、アレイ内の複数の個別にアドレス可能な発光素子(たとえば、アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子のすべて)を光らせるステップを含み得る。さらに、アレイ内の複数の個別にアドレス可能な発光素子は、対応する同期周波数、強度、および/またはパターンで変調された、一連のパルスにおいて光を放出し得る。対応する同期周波数、強度、および/またはパターンは、たとえば、ブロック1102においてアレイ内の個別にアドレス可能な発光素子によって与えられる照明が同期照明であると決定する方法として、1つまたは複数の光検出器によって認識可能であり得る。
ブロック1104において、方法1100は、光検出器を使用して同期照明を検出するステップを含む。光検出器は、環境内の特定の位置に配設され得る。上で説明されたように、光検出器は、たとえば、メモリ内に記憶されている命令を実行するプロセッサなどのコントローラを含み得る。さらに、光検出器は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光導電性素子、または、電圧、電流、もしくは受け取られる光の強度、波長、もしくは他の特性に関する何らかの他の電気信号を出力するように構成される、何らかの他の構成要素を含み得る。方法1100のいくつかの実施形態では、ブロック1104は、複数の光検出器から同期照明を検出することを含み得る。たとえば、環境内の物体は、物体上の異なる位置に配置される複数の光検出器(たとえば、人の左腕にある光検出器および右腕にある別の光検出器)を有し得る。
さらに、同期照明を検出することは、照明の対応する波長、強度、および/または時間長を検出することを含み得る。加えて、同期照明を検出することは、時間に関して波長および/または強度プロファイルを検出することを含み得る。そのようなプロファイルを検出することは、光検出器が、環境内の光検出器の角度的な場所をより正確に特定することを可能にし得る。
ブロック1106において、方法1100は、同期時刻を検出された同期照明と関連付けるステップを含む。ブロック1106は、現在時刻を決定するためにネットワーク(たとえば、公衆インターネット)にアクセスする光検出器と関連付けられるトランシーバを含み得る。代わりに、光検出器は、現在時刻を記憶する内部時計を有し得る。ブロック1106はまた、メモリに関連する同期時刻を記憶することを含み得る。いくつかの実施形態では、メモリは光検出器にオンボードで配置され得る。代わりに、メモリは遠隔(たとえば、光検出器が同期時刻を通信する先のクラウドストレージデバイス)に配置され得る。
ブロック1108において、方法1100は、実質的に直線的な照明パターンである角度範囲を掃引するように、制御システムを使用してアレイ内の個別にアドレス可能な発光素子を順番に光らせるステップを含む。いくつかの実施形態では、ブロック1108は、異なる時間の長さの間、異なる個別にアドレス可能な発光素子を光らせることを含み得る。たとえば、アレイ内の第1の個別にアドレス可能な発光素子は500ミリ秒の間作動させられることがあり、各々の連続する個別にアドレス可能な発光素子は連続してそれより5ミリ秒短く作動させられることがある。そのような照明計画により、1つまたは複数の光検出器が発光器に対する光検出器のそれぞれの角度的な場所を検出することが可能になり得る。時間の変調に加えて、波長の変調(たとえば、個別にアドレス可能な発光素子の各々がわずかに異なる光の波長を放出する)は、アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子の順次的な照明の間に使用され得る。
ブロック1110において、方法1100は、光検出器を使用してアレイ内の発光素子のうちの1つによって再現される実質的に直線的な照明パターンを検出するステップを含む。ブロック1104と同様に、実質的に直線的な照明パターンを検出することは、照明の対応する波長、強度、および/または時間長を検出することを含み得る。さらに、実質的に直線的な照明パターンを検出することは、時間に関して波長および/または強度のプロファイルを検出することを含み得る。そのようなプロファイルを検出することで、光検出器が環境内の光検出器の角度的な場所をより正確に特定することが可能になり得る。
ブロック1112において、方法1100は、検出された実質的に直線的な照明パターンを検出時刻と関連付けるステップを含む。波長および/または強度のプロファイルが時間に関して検出される場合、ブロック1112は、実質的に直線的な照明パターンを検出時刻のセットと関連付けることを含み得る。ブロック1106と類似して、ブロック1108は、現在時刻を決定するためにネットワーク(たとえば、公衆インターネット)にアクセスする光検出器と関連付けられるトランシーバを含み得る。代わりに、光検出器は現在時刻を記憶する内部時計を有し得る。ブロック1108はまた、関連する検出時刻をメモリに記憶することを含み得る。いくつかの実施形態では、メモリは光検出器にオンボードで配置され得る。代わりに、メモリは遠隔(たとえば、光検出器が同期時刻を通信する先のクラウドストレージデバイス)に配置され得る。
ブロック1114において、方法1100は、コンピューティングデバイスを使用して、光検出器の角度的な場所を決定するために検出時刻を同期時刻と比較するステップを含む。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは光検出器にオンボードで配置され得る。代替の実施形態では、コンピューティングデバイスは、たとえば、複数のそれぞれの検出時刻および同期時刻に基づいて複数の光検出器の角度的な場所を決定する、中央サーバであり得る。そのような実施形態では、コンピューティングデバイスは、たとえば、光検出器のトランシーバを通じて光検出器と通信し得る。ブロック1114は、同期照明が検出されたときと、実質的に直線的な照明パターンが検出されたときとの間の時間長を決定するために、コンピューティングデバイスが同期時刻を検出時刻から差し引くことを含み得る。さらに、ブロック1114は、コンピューティングデバイスが、同期照明の検出と実質的に直線的な照明パターンの検出との間の時間長を、発光器の中の個別にアドレス可能な発光素子の各々の照明時間で割り、光検出器の角度的な場所を決定することを含み得る。個別にアドレス可能な発光素子の各々の照明時間は、以前に発光器から光検出器に送信されていることがある。加えて、または代わりに、照明時間は、同期照明に含まれる情報に基づいて生成/変更されていることがある(たとえば、同期照明の波長は、対応する照明の順列において使用される個別にアドレス可能な発光素子の各々の照明時間についての、発光器から光検出器への指示として機能する)。
方法1100はさらなるステップを含むことがあり、照明のさらなるパターンは、発光器の1つまたは複数の相互接続される個別にアドレス可能な発光素子のそれぞれのさらなるセットから光を生成することによって、発光器からそれぞれの期間の間に生成される。そのような照明のさらなるパターンは、環境の中の光検出器または他の物体の角度的な場所が決定され得る分解能を高める(たとえば、環境のより小さい部分へ選択的に照明を与える照明のパターンを与えることによって)ために提供され得る。
方法1100は、1つまたは複数の与えられた照明のパターンを介して、環境の中の光検出器への情報の光学的送信を行うステップをさらに含み得る。またさらに、方法1100は、高周波送信を介して、タイミング、順列、照明される環境の角度についての情報、または与えられる照明のパターンについての他の情報を、発光器からそれぞれの異なる期間の間に提供するステップを含み得る。方法1100は、さらなるステップ、またはここに列挙されるものの代わりのステップを含み得る。
IV.結論
図面に示される具体的な配置は、限定するものとして見なされるべきではない。他の実施形態は、与えられた図面に示される各要素のより多数または少数を含み得ることを理解されたい。さらに、図示される要素の一部は組み合わされることがあり、または省略されることがある。またさらに、例示的な実施形態は、図面に示されない要素を含むことがある。
加えて、様々な態様および実施形態が本明細書で開示されるが、他の態様および実施形態が当業者に明らかになるであろう。本明細書で開示される様々な態様および実施形態は、説明を目的とするものであり、限定的であることは意図されておらず、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。本明細書で提示される主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書で全般的に説明され、図面に示される本開示の態様は、そのすべてが本明細書において企図される多種多様な異なる構成において準備され、置換され、合成され、分離され、設計され得ることが容易に理解されるであろう。
100 発光器
102 シリンドリカルレンズ
110 回路基板
112 電気パッド
114 個別にアドレス可能な発光素子
116 投影面
118 電気相互接続
202 測定面
302 環境
402 照明パターン
420 光検出器
500 アレイ
610 物体
612 コントローラ
614 光検出器
616 トランシーバ
620 照明
650 発光器
652 プロセッサ
654 ダイ
660 メモリ
662 プログラム命令
702 シリンドリカルレンズ
710 回路基板
714 個別にアドレス可能な発光素子
752 シリンドリカルレンズ
760 回路基板
764 個別にアドレス可能な発光素子
800 発光器
802 通信相互接続
810 第1の非点収差光学素子
814 千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子の第1のアレイ
820 第2の非点収差光学素子
824 千鳥状の個別にアドレス可能な発光素子の第2のアレイ
860 制御システム
862 プロセッサ
864 メモリ
870 電源
910 回路基板
914 個別にアドレス可能な発光素子
916 投影面
952 シリンドリカルレンズ
960 垂直/水平面
1000 方法
1100 方法

Claims (20)

  1. 非点収差光学素子と、
    前記非点収差光学素子に向かって光を放出するように配置される個別にアドレス可能な発光素子のアレイであって、前記非点収差光学素子が、ある角度範囲内の異なる対応する走査角で直線的な照明パターンを産生するように各々の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を合焦するように配置される、アレイと、
    前記直線的な照明パターンが前記角度範囲を掃引するように、前記個別にアドレス可能な発光素子を順番に作動させるように動作可能な制御システムとを備え、
    前記個別にアドレス可能な発光素子が、前記個別にアドレス可能な発光素子の投影面が前記直線的な照明パターンに沿った方向において互いに接するまたは重複することで前記直線的な照明パターンが連続的に前記角度範囲を掃引するように、前記アレイにおいて互いに対して千鳥状にされる、デバイス。
  2. 前記角度範囲を連続的に掃引する前記直線的な照明パターンが、物理空間を水平に走査するために使用される、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記角度範囲を連続的に掃引する前記直線的な照明パターンが、物理空間を垂直に走査するために使用される、請求項1に記載のデバイス。
  4. 前記アレイがプリント回路基板上で製作される、請求項1に記載のデバイス。
  5. 前記アレイが32個の個別にアドレス可能な発光素子を含む、請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子の数が、前記角度範囲の角度分解能に寄与する、請求項1に記載のデバイス。
  7. 前記アレイ内の個別にアドレス可能な発光素子の数が前記角度範囲のサイズに寄与する、請求項1に記載のデバイス。
  8. 前記個別にアドレス可能な発光素子のうちの1つから合焦される前記直線的な照明パターンの幅が、前記直線的な照明パターンが隣接する個別にアドレス可能な発光素子から合焦された前記直線的な照明パターンと少なくとも部分的に重複するようなものである、請求項1に記載のデバイス。
  9. 前記非点収差光学素子がシリンドリカルレンズである、請求項1に記載のデバイス。
  10. 前記角度範囲が90度である、請求項1に記載のデバイス。
  11. 非点収差光学素子に向かって第1の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出するステップと、
    前記非点収差光学素子によって、ある角度範囲内の第1の対応する走査角で直線的な照明パターンを産生するように前記第1の個別にアドレス可能な発光素子から放出された前記光を合焦するステップと、
    前記非点収差光学素子に向かって第2の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出するステップと、
    前記非点収差光学素子によって、前記角度範囲内の第2の対応する走査角で前記直線的な照明パターンを再現するように、前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出された前記光を合焦するステップとを備え、
    前記第1の個別にアドレス可能な発光素子および前記第2の個別にアドレス可能な発光素子が、個別にアドレス可能な発光素子のアレイの中にあり、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子および前記第2の個別にアドレス可能な発光素子が、前記直線的な照明パターンが前記角度範囲の少なくとも一部分を掃引するように制御システムによって順番に作動させられ、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子および前記第2の個別にアドレス可能な発光素子が、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子および前記第2の個別にアドレス可能な発光素子の投影面が前記直線的な照明パターンに沿った方向において互いに接するまたは重複することで前記直線的な照明パターンが前記角度範囲を連続的に掃引するように、前記アレイにおいて互いに関して千鳥状にされる、方法。
  12. 前記第1の個別にアドレス可能な発光素子から合焦された前記直線的な照明パターンの幅が、前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から合焦された前記直線的な照明パターンと少なくとも部分的に重複する、請求項11に記載の方法。
  13. 前記アレイがプリント回路基板上に製作される、請求項11に記載の方法。
  14. 光検出器によって、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子から、または前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出された前記光を検出するステップと、
    前記第1の個別にアドレス可能な発光素子または前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出された前記検出された光を検出時刻と関連付けるステップとをさらに備える、請求項11に記載の方法。
  15. 同期照明を生成するために、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子と前記第2の個別にアドレス可能な発光素子の両方から同時に光を放出するステップと、
    前記非点収差光学素子によって、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子と前記第2の個別にアドレス可能な発光素子の両方から放出された前記光を合焦するステップと、
    前記光検出器によって、前記同期照明を検出するステップと、
    前記検出された同期照明を同期時刻と関連付けるステップと、
    コンピューティングデバイスによって、前記検出時刻を前記同期時刻と比較して前記光検出器の角度的な場所を決定するステップとをさらに備える、請求項14に記載の方法。
  16. 同期照明を生成するために、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子と前記第2の個別にアドレス可能な発光素子の両方から同時に光を放出するステップと、
    前記非点収差光学素子によって、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子と前記第2の個別にアドレス可能な発光素子の両方から放出された前記光を合焦するステップとをさらに備える、請求項11に記載の方法。
  17. 前記制御システムによって、前記第1の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出することと、前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から光を放出することとの間の時間間隔を変調するステップをさらに備える、請求項11に記載の方法。
  18. 前記第1の個別にアドレス可能な発光素子から放出される前記光の波長と前記第2の個別にアドレス可能な発光素子から放出される前記光の波長が異なる、請求項11に記載の方法。
  19. 前記第1の個別にアドレス可能な発光素子および前記第2の個別にアドレス可能な発光素子が発光ダイオード(LED)である、請求項11に記載の方法。
  20. システムであって、
    発光デバイスであって、
    非点収差光学素子と、
    前記非点収差光学素子に向かって光を放出するように配置される個別にアドレス可能な発光素子のアレイであって、前記非点収差光学素子が、ある角度範囲内の異なる対応する走査角で直線的な照明パターンを産生するように各々の個別にアドレス可能な発光素子から放出された光を合焦するように配置される、アレイと、
    前記直線的な照明パターンが前記角度範囲を掃引するように、前記個別にアドレス可能な発光素子を順番に作動させるように動作可能な制御システムとを備え、
    前記個別にアドレス可能な発光素子が、前記個別にアドレス可能な発光素子の投影面が前記直線的な照明パターンに沿った方向において互いに接するまたは重複することで前記直線的な照明パターンが連続的に前記角度範囲を掃引するように、前記アレイにおいて互いに対して千鳥状にされる、
    発光デバイスと、
    前記発光デバイスから放出された光を検出するように構成される、光検出器とを備える、システム。
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