JP7095063B2 - フィールド内の距離情報を収集するための光学システム - Google Patents
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Description
本出願は、2016年8月24日出願の「フィールド内の距離情報を収集するための光学システム」という表題の米国仮出願第62/379,130の優先権を主張するものである。この仮出願の内容は、当該参照によって本明細書に組み込まれる(incorporated by reference)。
本開示は、全体として、光学センサの分野に関し、特には、光学センサの分野の中で距離情報を収集するための新規で有用な光学システムに関する。
本開示の別の一態様では、前記入力チャネルの組の各入力チャネルは、前記ピクセルアレイの対応する1つのピクセルと同軸であり、その結果、前記入力チャネルの組は、前記ピクセルアレイと実質的に同様の歪曲グリッドアレイ状に位置決めされている。
本開示の更に別の一態様では、前記入力チャネルの組の各入力チャネルは、前記レンズの組のうちの1つのレンズと、前記アパーチャの組のうちの1つの対応するアパーチャと、を有しており、当該レンズは当該対応するアパーチャと略整列されている。
本開示の更に別の一態様では、前記レンズの組の各々は、第2焦点距離を有し、前記第1送信光学要素と反対側の前記焦点面を前記第2焦点長さだけオフセットして、当該光学システムの作動波長と実質的に等しい波長を有する光線を平行にするように構成されている。
本開示の更に別の一態様では、当該光学システムは、第2送信光学要素を更に備え、前記複数の照明源は、前記第2送信光学要素の焦点面に沿って位置決めされており、前記第2送信光学要素によって投影される各照明ビームは、前記入力チャネルの組のうちの対応する入力チャネルの視野と実質的に同一のサイズ及び幾何形状を有している。
距離情報を収集する例示的な方法は、光学システムを用いる工程を備え、当該光学システムは、当該光学システムの外側のフィールドから複数の照明源の反射される照明ビームを収集するように構成された第1送信光学要素と、第1ピクセル行と第2ピクセル行とを少なくとも含むピクセルアレイと、前記第1送信光学要素と前記ピクセルアレイとの間に配置された入力チャネルの組と、を備え、前記第1ピクセル行の各ピクセルは、当該第1ピクセル行の隣接ピクセルから第1ピクセルピッチだけオフセットされており、前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から水平方向に前記第1ピクセルピッチだけオフセットされており、前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から垂直方向に第1垂直ピッチだけオフセットされており、前記入力チャネルの組は、第1の複数の入力チャネルと第2の複数の入力チャネルとを少なくとも含んでおり、前記第1の複数の入力チャネルの各々は、前記第1送信光学要素から前記第1ピクセル行の対応するピクセルへと収集される照明ビームの1つを通信するように構成されており、前記第2の複数の入力チャネルの各々は、前記第1送信光学要素から前記第2ピクセル行の対応するピクセルへと収集される照明ビームの1つを通信するように構成されていることを特徴とする。
距離情報を収集する例示的な方法は、光学システムを提供する工程を備え、当該光学システムは、当該光学システムの外側のフィールドから複数の照明源の反射される照明ビームを収集するように構成された第1送信光学要素と、第1ピクセル行と第2ピクセル行とを少なくとも含むピクセルアレイと、前記第1送信光学要素と前記ピクセルアレイとの間に配置された入力チャネルの組と、を備え、前記第1ピクセル行の各ピクセルは、当該第1ピクセル行の隣接ピクセルから第1ピクセルピッチだけオフセットされており、前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から水平方向に前記第1ピクセルピッチだけオフセットされており、前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から垂直方向に第1垂直ピッチだけオフセットされており、前記入力チャネルの組は、第1の複数の入力チャネルと第2の複数の入力チャネルとを少なくとも含んでおり、前記第1の複数の入力チャネルの各々は、前記第1送信光学要素から前記第1ピクセル行の対応するピクセルへと収集される照明ビームの1つを通信するように構成されており、前記第2の複数の入力チャネルの各々は、前記第1送信光学要素から前記第2ピクセル行の対応するピクセルへと収集される照明ビームの1つを通信するように構成されていることを特徴とする。
図1及び図2に示すように、フィールド内の距離情報を収集するためのシステムが、バルク受信光学要素、ピクセルブロック、第1組の入力チャネル、及び、第2組の入力チャネルを含む。ピクセルブロックは、第1ピクセル行と第2ピクセル行とを含み、第1ピクセル行の各ピクセルは、当該第1ピクセル行の隣接するピクセルからあるピクセルピッチだけ垂直方向にオフセットされており、第2ピクセル行は、第1ピクセル行から前記ピクセルピッチだけ水平方向にオフセットされると共に第1ピクセル行からある垂直ピッチだけ垂直方向にオフセットされており、第2ピクセル行の各ピクセルは、当該第2ピクセル行の隣接するピクセルからある前記ピクセルピッチだけ垂直方向にオフセットされており、前記垂直ピッチは、前記ピクセルピッチの一部である。第1組の入力チャネルは、バルク受信光学要素とピクセルブロックとの間に配置されており、第1組の入力チャネルの各入力チャネルは、バルク受信光学要素から入射される光を第1ピクセル行の対応するピクセルに通信するように構成されている。第2組の入力チャネルは、第1組の入力チャネルから水平方向にオフセットされていて、バルク受信光学要素とピクセルブロックとの間に配置されており、第2組の入力チャネルの各入力チャネルは、バルク受信光学要素から入射される光を第2ピクセル行の対応するピクセルに通信するように構成されている。
本システムは、ある1行のピクセルに平行な軸回りに回転される時に当該システムによって占有される体積の3次元距離データを収集する画像センサとして、機能する。特に、動作中、当該システムは、一連のスキャンサイクルの各々にわたって3次元距離データを収集し、例えば照明源からの照明ビームの伝送間の記録時間や各ピクセルでの同一または類似の周波数または時間パターンでのフォトン(光子)の検出に基づいて、あるいは位相ベースの測定技術を実施することによって、それらを当該システムによって占有される体積の仮想3次元表現に再構成することができる。
本システムは、歪曲グリッドアレイレイアウト内に、2以上の行のピクセルを含む。隣接するピクセル行は、垂直方向及び水平方向にオフセットされていて、ピクセルの組は、1列あたり1ピクセルで、1つの垂直ピクセル行上に投影される。当該システムはまた、ピクセルごとに1つの入力チャネルを含み、当該入力チャネルは、共通のバルク受信光学要素からの光をそれらの対応するピクセルへと通過させる。当該システムはまた、ピクセルブロック、入力チャネル及びバルク受信光学要素を垂直軸回りに回転させるアクチュエータを含み得て、当該回転式アクチュエータの一回転(以後「走査サイクル」)の間に、各ピクセル(及び各対応する入力チャネル)は、他の各々のピクセルによって当該システム内で移行される固有の円形経路に対して平行かつ垂直方向にオフセットされた固有の円形経路を移行する。本システムは、1走査サイクル内の複数の円弧状サンプリング位置の各々において各ピクセルからデータを収集することができ、当該走査サイクル内の各円弧状のサンプリング時間に対して、複数行のピクセルから収集される当該データを単一の垂直行の距離-システムの回転軸に一致する(略)単一の垂直面内の外部表面に対する-に結合することができる。従って、当該システムは、単一行のピクセルのみを含む同様の走査システムによるデータ出力と実質的に同様のフォーマットで、データ(例えば距離値)を出力することができる。一方、当該システムは、垂直方向及び水平方向にオフセットされた複数のピクセル行を含むので、システム内の各ピクセルは、同一の有効(垂直)ピクセルピッチでの同数のピクセルを含む略同一の高さの同様の走査システムにおけるピクセルよりも高い高さを定義でき、従ってより多数の検出器を含み、より大きいダイナミックレンジを示す。
本システムは、走査サイクルごとに、範囲値の行列を出力することができる。当該行列の1列内の全ての範囲値は、ピクセルブロック内の1つの特定のピクセルの出力に対応し、当該行列の1列内の各範囲値は、1走査サイクル内のセンサブロックの特有の角度位置における対応するピクセルの出力に対応する。システム内の隣接するピクセル行は、水平方向及び垂直方向に互いにオフセットされているので、システムは、同時にではなくその都度(すなわち目標角度サンプリング位置ごとに)1つの範囲値で走査サイクルの行列の各列を代入(入力)する。隣接するピクセル行間の水平方向及び垂直方向のオフセットはまた、システム内の各ピクセルがシステムの所与の有効垂直ピッチに対してより大きな面積(従ってより多くの検出器を含む)にまたがることを可能にする。これにより、光学システムのサイズに対するダイナミックレンジの相対的に大きな比を生み出す。さらに、ピクセルブロック上の各ピクセルの面積は比較的広い面積に及ぶが、各ピクセルは、ピクセルが比較的高い空間選択性を保持するようにピクセルの視野を制限するアパーチャを含み、入力チャネルと対になっている。従って、本システムは、水平方向及び垂直方向にオフセットされたピクセル行と、対応する入力チャネルと、を含むことができ、大きなピクセル面積による高いダイナミックレンジと、各ピクセルの小さな視野による高い空間選択性と、コンパクトなシステム内の小さな有効ピクセル垂直ピッチによる高解像度と、を可能にすることができる。
本システムは、複数のピクセルを含み、各ピクセルは、入射光を検出するように構成された1または複数の検出器を含むことができる。例えば、ピクセルは、入射フォトンの数、入射フォトン間の時間、入射フォトンの時間(例えば照明出力時間に対する)、または、他の関連データを出力することができ、システムは、これらのデータを、当該システムからこれらのピクセルの視野内の外面までの距離に変換することができる。これらの距離を、当該データが発生したピクセルの位置及び当該データが収集された時点でのこれらのピクセルの相対位置と融合することによって、システム(またはこれらのデータにアクセスする他の装置)は、当該システムによって占有される空間の3次元(仮想的または数学的)モデルを、例えば範囲値の矩形行列によって表される3D画像の形態などで、再構築できる。当該行列内の各範囲値が、3D空間内の極座標に対応する。
ピクセル内の各検出器は、サンプリング周期ごとに、単一のフォトンを検出するように構成され得る。従って、ピクセルは、当該ピクセルのダイナミックレンジを増大するために、複数の検出器を含むことができる。特に、各ピクセルに統合される検出器の数が増大するにつれて、ピクセルの(従ってシステムの)ダイナミックレンジは増大することができ、そしてピクセルに統合され得る検出器の数は、ピクセルの面積と共に線形に増大することができる。例えば、ピクセルは、図4に示すように、6×6グリッドアレイ上で4個のコーナーの各々において1個の検出器を減らした32個の検出器のような、単一フォトンアバランシェダイオード検出器(「SPAD」)のアレイを含むことができる。直径10ミクロンの検出器では、ピクセルは約400ミクロン平方のフットプリント(設置面積)を画定することができる。もっとも、本システムは、他の任意の数の検出器を含む他の任意のタイプのピクセルを含むことができる。
本システムは、第1ピクセル行と第2ピクセル行とを含むピクセルブロックを備えている。第1ピクセル行の各ピクセルは、当該第1ピクセル行の隣接するピクセルからあるピクセルピッチだけ垂直方向にオフセットされており、第2ピクセル行は、第1ピクセル行から前記ピクセルピッチだけ水平方向にオフセットされると共に第1ピクセル行からある垂直ピッチだけ垂直方向にオフセットされており、第2ピクセル行の各ピクセルは、当該第2ピクセル行の隣接するピクセルからある前記ピクセルピッチだけ垂直方向にオフセットされており、前記垂直ピッチは、前記ピクセルピッチの一部である。全体として、ピクセルブロックは、歪曲グリッドアレイ状に複数列及び複数行のピクセルを含んでいる。図1、図2及び図4に示すように、各行は、垂直方向に整列された複数のピクセルを含み、各列は、バルク受信光学要素の公称軸からの固有の垂直距離に対応して、単一のピクセルを含んでいる。特に、ピクセルブロックは、単一のピクセル行と比較して、横方向及び垂直方向にオフセットされた複数行のピクセルを含むことができ、各ピクセルをより高く及びより幅広にすることが可能であり、これによって、各ピクセルがより多数の検出器を含むことを可能にして、システムのダイナミックレンジを-ピクセル間のそのようなより大きい垂直ピッチに対応するためのより高いピクセルブロックを必要とすること無しで- 増大する。
一実施態様では、ピクセルブロック及びピクセルは、単一の集積回路に統合される。例えば、ピクセルブロック及びピクセルは、単一の特定用途向け集積回路(すなわち「ASIC」)内に画定され得る。この例では、各入力チャネルが、当該ピクセルにおけるより大きな空間選択性を達成するために、ASIC上の対応するピクセルの視野を制限するアパーチャを含むことができる。
一形態において、本システムは、例えば共通のバルク受信光学要素を共有する32×2個のピクセルアレイ及び対応する32×2個の入力チャネルアレイなどの、2行のピクセルを含む。この形態で、本システムは、同じ有効垂直ピクセルピッチで略同じ高さのピクセルブロック上に配置された同数のピクセルを含む1行システムのそれと同じバルク解像度を示すことができる。一方、2行システムは、1行システムよりも大きなダイナミックレンジを示し得る。特に、2行システムの第1行と第2行の両方のピクセルは、1行システムの第1垂直ピッチの2倍の第2垂直ピッチ(例えば、200ミクロン対100ミクロン)だけ垂直にオフセットされ得て、第2ピクセル行は、第2垂直ピッチの半分だけ、第1ピクセル行から垂直方向にオフセットされ得て、それによって、同数のピクセルが略同じ高さのピクセルブロック上に配置される場合、1行システムのピクセルの高さの2倍のピクセルのための2行システムのスペースを提供する。従って、正方形ピクセルの場合、2行システムの各ピクセルは、1行システムのピクセルのそれの約4倍の面積を画定することができ、これにより、1行システムのピクセルの約4倍の数の検出器を含むことができ、これにより、1行システムのピクセルのダイナミックレンジの約4倍を示すことができる。 例えば、高さが約640ミクロンで64個のピクセルを含むピクセルブロック(すなわち100ミクロンの垂直ピッチ)の場合、1行システムは64個の100ミクロン平方ピクセルを含むことができ、各ピクセルは、4個の50ミクロン幅の検出器を含む。一方、2行システムは、32個の200ミクロン平方ピクセルの第1列と32個の200ミクロン平方ピクセルの第2列とを含むことができ、各ピクセルは、8(16?)個の50ミクロン幅の検出器を含む。
もっとも、2行システムは2行のピクセルを含み、両方の行がシステムの水平方向中心(すなわち、ピクセルブロックのy軸)から水平方向にオフセットされているので、第1行のピクセルは、-水平面内で-第2行のピクセルの視野から角度オフセットされた視野を示し得る。従って、第1行のピクセルの視野は、システムからの距離が大きくなるにつれて、第2行のピクセルの視野からより大きな量だけ横方向にオフセットされ得る。同じバルク受信光学要素を共有する2行のピクセル間の水平方向のオフセットは、従って、-水平面内で-第1行のピクセルの視野と第2行のピクセルの視野との間の角度オフセットとして現れ得る(以下「水平歪み」)。
更に、そのような水平方向の歪みは、1つのピクセル行内の複数のピクセルに亘って均一ではない場合がある。特に、第1ピクセル行のピクセルの視野は、バルク光学要素の中心軸からのピクセルの距離の関数として、バルクレンズの中心(例えば、法線)軸から角度的にオフセットされ得て、第1ピクセル行の底部のピクセルが、水平面内で最大の負の角度オフセットを示し、第1ピクセル行の頂部のピクセルが、水平面内で同様の最大の正の角度オフセットを示す。もっとも、本システムは、後述されるように、補正マトリックス内の各行内のピクセルの視野の水平オフセット角度(例えば「ヨー」角度)のそのような変動を補償することができる。
図1及び図2に示される別の一形態において、本システムは、例えば共通のバルク受信光学要素を共有する16×4個のピクセルアレイ及び対応する16×4個の入力チャネルアレイなどの、4行のピクセルを含む。この形態で、本システムは、同じ有効垂直ピクセルピッチで略同じ高さのピクセルブロック上に配置された同数のピクセルを含む1行システム及び2行システムのそれと同じバルク解像度を示すことができる。一方、4行システムは、1行システム及び2行システムよりも大きなダイナミックレンジを示し得る。特に、4行システムの各行のピクセルは、2行システムの第2垂直ピッチの2倍の第4垂直ピッチ(例えば、400ミクロン対200ミクロン)だけ垂直にオフセットされ得て、4行システムの各ピクセル行は、第4垂直ピッチの4分の1だけ、隣接するピクセル行から垂直方向にオフセットされ得て、それによって、同数のピクセルが略同じ高さのピクセルブロック上に配置される場合、2行システムのピクセルの高さの2倍のピクセルのための4行システムのスペースを提供する。従って、正方形ピクセルの場合、4行システムの各ピクセルは、2行システムのピクセルのそれの約4倍の面積を画定することができ、これにより、2行システムのピクセルの約4倍の数の検出器を含むことができ、これにより、2行システムのピクセルのダイナミックレンジの約4倍を示すことができる。前述の例において、高さが約640ミクロンで64個のピクセルを含むピクセルブロック(すなわち100ミクロンの垂直ピッチ)の場合、4行システムは4行のピクセルを含み得て、各行は、16個の400ミクロン平方ピクセルを含むことができ、各ピクセルは、32(64?)個の50ミクロン幅の検出器を含むことができる。
更に別の一形態において、本システムは、例えば共通のバルク受信光学要素を共有する8×8個のピクセルアレイ及び対応する8×8個の入力チャネルアレイなどの、8行のピクセルを含む。この形態で、本システムは、同じ有効垂直ピクセルピッチで略同じ高さのピクセルブロック上に配置された同数のピクセルを含む1行システム、2行システム及び4行システムのそれと同じバルク解像度を示すことができる。一方、8行システムは、1行システム、2行システム及び4行システムよりも大きなダイナミックレンジを示し得る。特に、8行システムの各行のピクセルは、4行システムの第4垂直ピッチの2倍の第8垂直ピッチ(例えば、800ミクロン対400ミクロン)だけ垂直にオフセットされ得て、8行システムの各ピクセル行は、第8垂直ピッチの8分の1だけ、隣接するピクセル行から垂直方向にオフセットされ得て、それによって、同数のピクセルが略同じ高さのピクセルブロック上に配置される場合、4行システムのピクセルの高さの2倍のピクセルのための8行システムのスペースを提供する。従って、正方形ピクセルの場合、8行システムの各ピクセルは、4行システムのピクセルのそれの約4倍の面積を画定することができ、これにより、4行システムのピクセルの約4倍の数の検出器を含むことができ、これにより、4行システムのピクセルのダイナミックレンジの約4倍を示すことができる。前述の例において、高さが約640ミクロンで64個のピクセルを含むピクセルブロック(すなわち100ミクロンの垂直ピッチ)の場合、8行システムは8行のピクセルを含み得て、各行は、8個の800ミクロン平方ピクセルを含むことができ、各ピクセルは、120(256?)個までの50ミクロン幅の検出器を含むことができる。
図1、図3A及び図3Bに示されるように、本システムは、また、バルク受信光学要素と、当該バルク受信光学要素とピクセルブロックとの間に配置された第1組の入力チャネルと、第1組の入力チャンネルから水平方向にオフセットされると共にバルク受信光学要素とピクセルブロックとの間に配置された第2組の入力チャネルと、を備えている。第1組の入力チャネルの各入力チャネルは、バルク受信光学要素から入射する光を第1ピクセル行の対応するピクセルに通信するように構成されている。第2組の入力チャネルの各入力チャネルは、バルク受信光学要素から入射する光を第2ピクセル行の対応するピクセルに通信するように構成されている。一般に、バルク受信光学要素は、システムの外部から光(すなわち電磁放射)を収集するように機能する。そして、各入力チャネルは、バルク受信光学要素からの光を集めて、当該光をフィルタリングし、比較的狭い波長帯域に亘る光をピクセルブロック内の対応するピクセルへと通過させる、というように機能する。
図1に示されるように、本システムは、バルク送信光学要素及び照明源を含む出力回路を含み得る。一実施態様では、バルク送信光学要素は、材料、幾何形状(例えば、焦点長さ)、光学特性、及び/または、熱絶縁性等において、バルク受信光学要素と実質的に同一であり、バルク受信光学要素から横方向及び/または垂直方向に隣接してオフセットされている。
動作中、本システムは、単一のサンプリング期間中に、1組のピクセルから光データを収集し、これらの光データを距離値に変換することができる。一実施態様では、サンプリング期間中に、システムは、各ピクセル及び入力チャネルの視野内に光を投影するために、出力回路の照明源を起動して、照明源が起動された時間を記録する(「照明タイムスタンプ」)。そして、各ピクセル内の各検出器を読み取り、例えば、前回(最後)のサンプリング期間以降の入射フォトンを記録した各ピクセル内の幾つかの検出器、及び、これらのフォトンの入射時間をメモリ内に記憶して、各ピクセル内のすべての検出器をクリアする。サンプリング期間中、システムはまた、ピクセルごとに、照明タイムスタンプと前回のサンプリング期間以降の入射フォトンのピーク周波数の時間との間の差に基づいて、ピクセルの視野内の表面までの距離を計算することができる。例えば、ピクセルごとに、サンプリング期間の終了時に、システムは、現在のサンプリング期間と前回のサンプリング期間との間でピクセルにおける照明タイムスタンプ及びピーク入射フォトンレートの時間を、当該ピクセルの視野内の外部表面までの当該システムからの距離に変換する、飛行時間技術を実施することができる。もっとも、本システムは、サンプリング期間中に各ピクセル及び入力チャネルの視野を照らして、1組のピクセルから収集されたデータを距離値または関連値に処理するための、任意の他の技術方法を実施することができる。
システムは複数のピクセル行を含むので、単一のサンプリング期間中に1組のピクセルによって出力されるデータは、複数行の距離値に対応し、各行は、ピクセルブロックに対する固有のヨー角に対応する。同様に、システム内の各ピクセルは、固有の垂直位置に配置されているため(すなわち、ピクセルのアレイが重なり合っていない単一行のピクセルに突き出しているため)、単一のサンプリング期間中に1組のピクセルによって出力されるデータは、複数列の距離値に対応し、各列は、単一の距離値を含み、ピクセルブロックに対する固有のピッチ角に対応する。特に、本システムは、単一のサンプリング期間中に1組のピクセルから収集されるデータを、距離値の複数の不完全な行に組み立てることができ、各不完全な行の距離値は、1つの固有のヨー角に対応する。
本システムは、共通のバルク受信光学要素を共有する横方向にオフセットされた複数のピクセル行を含むので、図3Aに示すように、2つの隣接するピクセル行のピクセルの視野は、ピクセルブロックに対して同じヨー角を共有しない。従って、1走査サイクル中の一連のサンプリング期間にわたって収集されるデータから構築される公称行列内の行は、ピクセルブロックに対する複数の異なる真のヨー角を表す1組の距離値を含むことができる。例えば、ピクセルの16×4の歪曲グリッドアレイを含む前述のシステムでは、特定の動作温度が与えられる場合、第1行のピクセルは、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に-0.3°オフセットされた視野を示すことができ、第2行のピクセルは、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に-0.1°オフセットされた視野を示すことができ、第3行のピクセルは、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に+0.1°オフセットされた視野を示すことができ、第4行のピクセルは、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に+0.3°オフセットされた視野を示すことができる。この実施例では、前記特定の動作温度において、公称行列内の(1,1)距離値は、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に-0.3°だけ角度的にオフセットされた視野内の表面までの距離を表すことができ、公称行列内の(2,1)距離値は、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に-0.1°だけ角度的にオフセットされた視野内の表面までの距離を表すことができ、公称行列内の(63,1)距離値は、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に+0.1°だけ角度的にオフセットされた視野内の表面までの距離を表すことができ、公称行列内の(64,1)距離値は、バルク受信光学要素の公称軸からヨー方向に+0.3°だけ角度的にオフセットされた視野内の表面までの距離を表すことができる。
一変形例では、システムは、走査サイクル中に生成される公称行列の解像度(分解能)を高めるために、1回転当たりの角度サンプリング実行位置の数を増やす。一実装形態では、システムは、ピクセルの歪曲グリッドアレイを含み、隣接するピクセル行(及び対応する入力チャネル行)は、1回転においてX回の半径方向ステップに対応する距離だけ横方向にオフセットされる(例えばステップ間0.176°で2048ステップ)が、1回転あたり2Xに等しい円弧状サンプリング位置を実行する(例えば、走査サイクルごとにステップ間0.088°で4096個の円弧状サンプリング位置)。
Claims (20)
- 光学システムを用いて、距離値の距離行列によって表される画像を生成する方法であって、
前記光学システムは、複数のピクセルの複数のピクセル行を有するピクセルアレイを有しており、
前記ピクセルアレイは、走査サイクル中に走査するように構成されており、
当該方法は、
前記ピクセルアレイの走査の結果である異なる角度サンプリング位置に対応する複数のサンプリング周期の各々の間に、
複数の照明源から光を投影する工程と、
前記光学システムの外側のフィールドから反射される照明ビームを収集することで前記ピクセルアレイによる光データを生成する工程と、
前記ピクセルアレイ内の前記ピクセルの距離値を計算する工程と、
を備え、
当該方法は、
前記走査サイクルに対応するように、
前記異なる角度サンプリング位置での距離値を利用して、距離値の距離行列を生成する工程
を備え、
前記距離行列を生成する工程は、前記距離行列の各距離行毎に、前記距離行内の異なるサンプリング周期での異なるピクセル行に対応する距離値を用いる工程を有しており、
前記距離行列の前記距離行内の距離値の数は、前記ピクセルアレイのピクセルの数に対応しており、
前記距離行列内の距離行の数は、前記走査サイクル中のサンプリング周期の数に対応している
ことを特徴とする方法。 - 前記サンプリング周期毎に、前記距離行列の各列は、同時に1つの距離値が出力される
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記走査サイクルの前記複数のサンプリング周期は、第1サンプリング周期と第2サンプリング周期とを有しており、
前記ピクセルアレイは、第1方向に延びる第1軸に沿って整列された第1ピクセル行と前記第1軸に平行な第2軸に沿って整列された第2ピクセル行とを有しており、
第1角度サンプリング位置に対応する前記第1サンプリング周期において、第1距離値が前記ピクセルアレイの前記ピクセルのために計算され、
第2角度サンプリング位置に対応する前記第2サンプリング周期において、第2距離値が前記ピクセルアレイの前記ピクセルのために計算され、
前記距離行列を生成する工程は、前記距離行列の特定の距離行を、前記第2ピクセル行に対応する第1距離値と前記第1ピクセル行に対応する第2距離値とで出力する工程を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 複数のピクセル行の各々は、第1方向に延びる軸に沿って整列されており、
隣接する角度サンプリング位置間の角度オフセットと、隣接するピクセル行間の第1方向角度オフセットとは、第1角度サンプリング位置での第1ピクセル行が第2角度サンプリング位置での第2ピクセル行と前記第1方向とは垂直な第2方向に整列されるようになっている
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 隣接するピクセル行間の第1方向オフセットは、バルク受信光学系の焦点長さと、隣接する角度サンプリング位置間の角度ピッチと、に対応している
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記距離行列内の1または複数の距離値を、補正行列内の1または複数の角度オフセット値で融合することによって、前記照明ビームを反射した表面の位置を計算する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記補正行列は、前記距離行列内のエントリ毎に、ピッチ方向及びヨー方向のオフセット角度を画定する
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記表面の位置を計算する工程は、前記光学システムのバルク受信光学系の公称軸からの横方向の距離オフセットを判定するために、距離値を角度オフセット値で乗算する工程を含む
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から第1方向ピッチだけ前記第1方向にオフセットされており、
前記第1ピクセル行及び前記第2ピクセル行のピクセルは、前記第1方向に垂直な第2方向に移動される時、1列に1ピクセルの単一の第1方向行上に整列され得る
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 第1ピクセル行の各ピクセルは、第1ピクセルピッチだけ、前記第1ピクセル行内の隣接するピクセルからオフセットされており、
第2ピクセル行は、前記第1ピクセルピッチだけ、前記第1方向に垂直な第2方向に前記第1ピクセル行からオフセットされている
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 距離値の距離行列によって表される画像を生成するための光学システムであって、
当該光学システムの前方のフィールド内に選択的に照明ビームを投影するように構成された複数の光学エミッタを有する照明源と、
焦点長さを有するバルク受信光学系と、
前記フィールド内の外部表面までの距離値を計算するための光データを生成するように構成されている、複数のピクセルを有するピクセルアレイと、
複数の走査サイクル中、前記ピクセルアレイと前記バルク受信光学系とを回転させるように構成されたアクチュエータと、
プロセッサ及び当該プロセッサに結合されたコンピュータ可読媒体と、
を備え、
前記ピクセルアレイ内の前記複数のピクセルは、少なくとも第1方向に延びる第1軸に沿って整列された第1ピクセル行と前記第1軸に平行な第2軸に沿って整列された第2ピクセル行とに配置されており、
前記第1ピクセル行及び前記第2ピクセル行は、当該第1ピクセル行及び当該第2ピクセル行間の前記第1方向とは垂直な方向の距離と前記バルク受信光学系の前記焦点長さとに対応する第1方向ピッチ角だけオフセットされており、
前記第1ピクセル行及び前記第2ピクセル行は、前記距離行列の単一の距離行のために前記第1方向に整列される視野を有しており、
各走査サイクル中、前記ピクセルアレイ及び前記バルク受信光学系は、360°回転され、
前記コンピュータ可読媒体は、そこに記憶された複数の命令を有しており、
前記複数の命令は、前記プロセッサによって実行される時、前記ピクセルアレイを回転させる前記アクチュエータの帰結である異なる角度サンプリング位置に対応する複数のサンプリング周期の各々の間に、当該光学システムに、
前記複数の光学エミッタから前記フィールド内に照明ビームを投影させ、
前記複数の光学エミッタによって放射された前記照明ビームから、前記フィールド内の表面から反射された後で、フォトンを収集させることで、前記ピクセルアレイで光データを生成させ、
前記ピクセルアレイ内の前記ピクセルの距離値を計算させ、
前記異なる角度サンプリング位置での前記距離値を利用して、前記距離行列を生成させ、
前記距離行列を生成する工程は、前記距離行列の複数の距離行の各々毎に、当該距離行内に異なるサンプリング周期での異なるピクセル行に対応する距離値を用いる工程を有しており、
当該距離行内の距離値の数は、前記ピクセルアレイ内のピクセルの数に対応しており、
前記距離行列内の距離行の数は、前記走査サイクル中のサンプリング周期の数に対応している
ことを特徴とする光学システム。 - 走査サイクルからの距離値を距離行列内に記憶するように構成された回路
を更に備え、
前記距離行列は、前記走査サイクルの円弧状のサンプリング位置の数に等しい第1方向分解能を有するシーンを表している
ことを特徴とする請求項11に記載の光学システム。 - 前記距離行列の距離行の距離値の数は、前記ピクセルアレイのピクセルの数に対応している
ことを特徴とする請求項12に記載の光学システム。 - 前記距離行列の各距離行は、異なるサンプリング期間の異なるピクセル行に対応する距離値を含んでいる
ことを特徴とする請求項12に記載の光学システム。 - 前記回路は、前記走査サイクル毎に同時に、1つの距離値を用いて、前記距離行列の各列を出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の光学システム。 - 前記回路は、前記距離行列内の1または複数の距離値を、補正行列内の1または複数の角度オフセット値で融合することによって、照明ビームを反射した表面の位置を計算するように構成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の光学システム。 - 前記補正行列は、前記距離行列内のエントリ毎に、ピッチ方向及びヨー方向のオフセット角度を画定する
ことを特徴とする請求項16に記載の光学システム。 - 前記バルク受信光学系の前記焦点長さは、温度で変化し、
1組の補正行列が、様々な温度に対応している
ことを特徴とする請求項16に記載の光学システム。 - 前記複数のピクセル行の各ピクセル行は、前記バルク受信光学系の公称軸からの特有の第1方向角度に対応している
ことを特徴とする請求項11に記載の光学システム。 - 前記第2ピクセル行は、前記第1ピクセル行から第1方向ピッチだけ前記第1方向にオフセットされており、
前記第1ピクセル行及び前記第2ピクセル行のピクセルは、前記第1方向に垂直な第2方向に移動される時、1列に1ピクセルの単一の第1方向行上に整列され得る
ことを特徴とする請求項11に記載の光学システム。
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