TW202030453A - 基於垂直腔表面發射雷射的投影機 - Google Patents

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Abstract

在一個示例中，距離感測器包括投影系統、光接收系統和處理器。投影系統包括以陣列佈置的複數個雷射源，複數個雷射源發射複數個光束，當複數個光束入射在表面上時，複數個光束形成柵格狀的投影圖案；及補償光學元件，該補償光學元件在複數個光束入射在表面上之前使柵格狀的投影圖案的放大引起的曲線失真最小化。光接收系統在表面上捕捉柵格狀的投影圖案的影像。處理器基於影像中的柵格狀的投影圖案的外觀來計算從距離感測器到表面的距離。

Description

基於垂直腔表面發射雷射的投影機
本申請案要求2018年12月8日申請的美國臨時專利申請案號62/777,083和2018年12月15日申請的美國臨時專利申請案號62/780,230的優先權，其全部內容藉由引用合併於此。
本申請案涉及基於垂直腔表面發射雷射的投影機。
美國專利申請案號14/920,246、15/149,323和15/149,429描述了距離感測器的各種配置。這樣的距離感測器在各種應用中可能是有用的，該等各種應用包括安全性、遊戲、對無人駕駛車輛的控制、機器人或自主設備的操作及其他應用。
在這些應用中描述的距離感測器包括投影系統（例如，該投影系統包括雷射器、繞射光學元件及/或其他協作組件），該投影系統以人眼基本上不可見的波長（例如，紅外線）投影光束進入視野中。光束散開以形成（點、破折號或其他偽像的）圖案，該圖案可由適當的光接收系統（例如，透鏡、影像捕捉裝置及/或其他組件）偵測。當圖案入射到視野中的物體上時，可基於可由感測器的光接收系統捕捉之視野中之一或多個影像中的圖案的外觀（例如，點、破折號或其他偽像的位置關係）來計算從感測器到物體的距離。也可決定物體的形狀和尺寸。
例如，圖案的外觀可隨著到物體的距離而改變。作為示例，若圖案包括點的圖案，則當物體越靠近感測器時，點可看起來彼此更靠近；當物體離感測器更遠時，點可彼此看起來更遠。
在一示例中，距離感測器包括投影系統、光接收系統和處理器。投影系統包括以陣列佈置的複數個雷射源，複數個雷射源發射複數個光束，當複數個光束入射在表面上時，複數個光束形成柵格狀的投影圖案；及補償光學元件，該補償光學元件在複數個光束入射在表面上之前使柵格狀的投影圖案的放大引起的曲線失真最小化。光接收系統在表面上捕捉柵格狀的投影圖案的影像。處理器基於影像中的柵格狀的投影圖案的外觀來計算從距離感測器到表面的距離。
在另一示例中，由距離感測器的處理系統執行的方法包括以下步驟：將第一信號發送到該距離感測器的投影系統，該投影系統包括雷射光源陣列和補償光學元件，其中該第一信號使該雷射光源陣列發射複數個光束，當該複數個光束入射到表面上時，該複數個光束形成柵格狀的投影圖案，其中該補償光學元件在該複數個光束入射到該表面上之前使該柵格狀的投影圖案的放大引起的曲線失真最小化；向該距離感測器的光接收系統發送第二信號，其中該第二信號使該光接收系統捕捉經投影到該表面上的該柵格狀的投影圖案的影像；及基於該影像中的該柵格狀的投影圖案的外觀來計算從該距離感測器到該表面的距離。
在另一示例中，非暫態機器可讀取存儲媒體以可由處理器執行的指令編碼。當執行該等指令時，該等指令使該處理器執行操作，該等操作包括以下操作：向該距離感測器的投影系統發送第一信號，該投影系統包括雷射光源陣列和補償光學元件，其中該第一信號使該雷射光源陣列發射複數個光束，從而在該複數個光束入射在表面上時形成柵格狀的投影圖案，及其中該補償光學元件在該複數個光束入射在該表面上之前使該柵格狀的投影圖案的放大引起的曲線失真最小化；向該距離感測器的光接收系統發送第二信號，其中該第二信號使該光接收系統捕捉投影到該表面上的該柵格狀的投影圖案的影像；及根據該影像中的該柵格狀的投影圖案的外觀，計算從該距離感測器到該表面的距離。
本申請案廣泛地描述了用於三維距離感測器中的基於垂直腔表面發射雷射的投影機。如上所述，如美國專利申請案第14/920,246號、第15/149,323號和第15/149,429號中描述的那些距離感測器藉由在包括物體的視場中散開以形成（例如點、破折號或其他偽像的）圖案的投影光束來決定到物體的距離（及可能地，該物體的形狀和尺寸）。可從一或多個雷射光源投影光束，該一或多個雷射光源發射對於人眼來說基本上是不可見的波長的光，但該光對於適當的偵測器（例如，光接收系統的偵測器）來說是可見的。接著可基於圖案在偵測器上的外觀來計算到物體的三維距離。
圖1示出了可在如上述之任何感測器的距離感測器中使用的投影系統100的一個示例的側視圖。如圖所示，投影系統100可投影複數個光束102。當每個光束102入射到表面104上時，每個光束可在表面104上產生如點、破折號等的偽影。由所有光束102所產生的偽影共同地形成上述圖案，從中可計算出到物體的距離。
如圖1所示，投影系統100通常可包括雷射器陣列106和透鏡108。在圖1的插圖中示出了示例性雷射器陣列106的更詳細的圖示；圖1示出了雷射器陣列106的俯視圖。如圖所示，在一個示例中，雷射器陣列106包括垂直腔表面發射雷射器（VCSEL）陣列。 VCSEL陣列可包括以二維柵格圖案以預定間隔佈置的複數個孔1101 -110n （以下分別稱為「孔110」或統稱為「多個孔110」）。雷射發射器（未示出）可置於每個孔110後方。已簡化圖1中示出的示例；雷射器陣列106可包括未示出的附加組件，如金屬觸點、布拉格(Bragg)反射器等。
VCSEL陣列的每個雷射發射器發射穿過雷射陣列106的相應孔110的相干光的光束1021 -102n （以下分別稱為「光束102」或統稱為「多個光束102」）。每個光束102具有預定的發散角和投影角。在一個示例中，隨著多個光束102從雷射器陣列106傳播，多個光束102彼此平行。隨後透鏡108收集多個光束102。
將VCSEL陣列用於投影系統100的光源的一個優勢（與使用不同類型的雷射源(如邊緣發射雷射器)相反）是尺寸。具體來說，VCSEL往往比其他類型的雷射器更小（成本更低、溫度更穩定）。這允許以相對較小的形狀因子來製造投影系統100（且因此，投影系統100是其一部分的距離感測器）。然而，由於VCSEL非常小，因此可能需要放大由多個光束102產生的投影圖案，以使在表面104上產生的投影圖案足夠大以進行有效的距離測量。
如此一來，透鏡108可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。在這種情況下，穿過透鏡108的准直光束102可在從焦點114散開或發散以放大投影圖案之前會聚到透鏡108後方的焦點114。隨著多個光束102從焦點114散開，該散開可具有隨著多個光束102朝向表面104的投影角116。
儘管透鏡108有效地放大了投影圖案，但透鏡108也可能使投影圖案失真。例如，圖2A示出目標投影圖案200的示例，而圖2B示出失真的投影圖案200的示例，該失真的投影圖案200的示例係由圖1的投影系統100所形成。目標投影圖案200可表示在表面或物體上的投影偽像的期望佈置，而失真的投影圖案202可表示由於投影系統100的光學（更具體來說，由透鏡108導致失真）而已失真的投影偽像的佈置。
在一個示例中，以與美國專利申請案號16/150,918和16/164,113中所揭露的投影圖案一致的方式來佈置目標投影圖案200。如圖所示，以柵格圖案佈置投影偽像2041 -204m （以下分別稱為「投影偽像204」或統稱為「多個投影偽像204」），其中該柵格圖案具有基本上矩形的形狀，該基本上矩形的形狀中所有列彼此平行且所有行彼此平行。柵格圖案中的投影偽影204的位置關係可以是基本上規則的。進而，投影偽像204的軌跡（即，投影偽像204的移動與物體之間的距離）將彼此平行，這允許容易地將投影點204與光束相關聯並有效地計算距離。
相反，在失真的投影圖案204中，以柵格圖案佈置投影偽像2061 -206m （以下分別稱為「投影偽像206」或統稱為「多個投影偽像206」），其中該柵格圖案具有由曲線失真所引起的大體上銷墊形狀。在這種情況下，柵格圖案的列和行向內彎曲(例如，朝向失真的投影圖案202的中心彎曲)。如圖2A所示，某些列和行可能比其他列和行彎曲更多。因此，許多投影偽像206的軌跡將不會彼此平行，且實際上在某些情況下可能會彼此重疊。如此一來，為了計算距離，可能需要更複雜的計算（並因此需要更多時間）。
然而，應注意，失真的投影圖案204的一部分（即，具體來說，中間部分208）可保持相對不變形。即，出現在失真的投影圖案204的中間部分208中的投影偽像206的軌跡可相對彼此平行。因此，失真的投影圖案204的中間部分208仍可用於距離計算；然而，有用性限於中間部分208，因此失真的投影圖案204的使用可能不一定是用於距離計算的最有效的投影圖案。
本申請案的示例提供了一種基於VCSEL的投影器，其能夠在最小化投影圖案的失真的同時放大由VCSEL陣列所創建的投影圖案。在一些示例中，投影器包括VCSEL陣列、用於放大由VCSEL陣列發射的光束產生的投影圖案的第一透鏡，及位於第一透鏡的焦點後面以補償可由第一透鏡引起的投影圖案的失真的第二透鏡。在一些示例中，可使用繞射光學元件來代替第二透鏡。在其他示例中，投影器可包括VCSEL陣列和單個非球面透鏡，該VCSEL陣列和該單個非球面透鏡兩者可放大也可補償投影圖案中的失真。因此，本申請案的示例利用補償光學元件（例如，附加透鏡、繞射光學元件及/或非球面透鏡），以確保投影到物體上的投影圖案既足夠大又經適當地佈置（例如，各個投影偽像的軌跡基本上彼此平行）以允許有效的距離計算。補償光學元件可位於光源（例如，VCSEL陣列）和物體之間。
圖3示出了根據本申請案的示例的投影系統300的一示例的側視圖。類似於投影系統100，投影系統300可用於距離感測器，如上述感測器中的任何一者。如圖所示，投影系統300可投影複數個光束302。當每個光束302入射在表面304上時，每個光束可在表面304上產生如點、破折號等的偽影。由所有光束302所產生的偽影共同地形成上述圖案，從中可計算出到物體的距離。
如圖3所示，投影系統300通常可包括雷射器陣列306、第一透鏡308和第二透鏡310。在一示例中，雷射器陣列306的尺寸為大約兩毫米乘兩毫米。雷射器陣列306可用類似於圖1的示例雷射器陣列106的方式佈置。例如，雷射器陣列306可包括VCSEL陣列，其中VCSEL陣列的每個雷射發射器發射光束3021 -302n （以下分別稱為「光束302」或統稱為「多個光束302」），光束302穿過雷射器陣列306的相應孔（未示出）。在一示例中，當多個光束302從雷射器陣列306傳播時，多個光束302彼此平行。多個光束302隨後被第一透鏡308收集。
第一透鏡308可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。在這種情況下，穿過透鏡308的准直光束302可在從焦點314散開以放大投影圖案之前會聚到透鏡308後面的焦點314。在一示例中，焦距（例如，從雷射器陣列306的表面到焦點314的距離）大約為五毫米。
第二透鏡310進一步可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。第二透鏡310可定位在第一透鏡308的焦點314之後，例如在第一透鏡308和表面304之間。因此，多個光束302可在多個光束302開始散開或發散之後穿過第二透鏡310。如此一來，當光束302朝向表面304時之此散開的投影角316（可預定）可以是第一透鏡308的投影角和第二透鏡310的投影角的合成。此合成投影角316可補償可由第一透鏡308所造成的投影圖案中的失真，且形成在表面304上的所得投影圖案可具有與示於圖2A中之的目標投影圖案（例如，其中投影偽像的軌跡基本上彼此平行）基本上相似的外觀。
圖4示出了根據本申請案的示例的投影系統400的另一示例的側視圖。如同投影系統100和300，投影系統400可用在距離感測器(如上述感測器中的任何一者)中。如圖所示，投影系統400可投影複數個光束402。當每個光束402入射在表面404上時，每個光束可在表面404上產生如點、破折號等的偽影。由所有光束402創建的偽影共同地形成上述圖案，從中可計算出到物體的距離。
如圖4所示，投影系統400通常可包括雷射器陣列406和透鏡408。在一個示例中，雷射器陣列406具有大約兩毫米乘兩毫米的尺寸。可用類似於圖1的示例性雷射器陣列106的方式來佈置雷射器陣列406。例如，雷射器陣列406可包括VCSEL陣列，其中VCSEL陣列的每個雷射發射器發射光束4021 -402n （在下文中分別稱為「光束402」或統稱為「多個光束402」），光束402穿過雷射器陣列406的相應孔（未示出）。在一個示例中，當多個光束402從雷射器陣列406傳播時，多個光束402彼此平行。多個光束402隨後被透鏡408收集。
透鏡408可包括非球面透鏡，其表面輪廓（例如，非球面或圓柱體的一部分）可使光學像差最小化。在這種情況下，穿過透鏡408的准直光束402可在從焦點414散開或發散以放大投影圖案之前會聚到透鏡408後面的焦點414。在一示例中，焦距（例如，從雷射器陣列406的表面到焦點414的距離）約為5毫米。隨著多個光束402從焦點414散開，當多個光束402朝向表面404時，此散開可具有投影角416（可以是預定的）。在表面404上形成的所得投影圖案的外觀可與圖2A中所示的目標投影圖案(例如，其中投影偽像的軌跡基本上彼此平行)基本上相似。
圖5示出了根據本申請案的示例的投影系統500的另一示例的側視圖。如同投影系統100、300和400，投影系統500可用在距離感測器(如上述感測器中的任何一者)中。如圖所示，投影系統500可投影複數個光束502。當每個光束502入射在表面504上時，每個光束可在表面504上產生如點、破折號等的偽像。由所有光束502所產生的偽像共同地形成上述圖案，從中可計算出到物體的距離。
如圖5所示，投影系統500通常可包括雷射器陣列506、透鏡508和繞射光學元件510。在一個示例中，雷射器陣列506具有大約兩毫米乘兩毫米的尺寸。可用類似於圖1的示例性雷射器陣列106的方式來佈置雷射器陣列506。例如，雷射陣列506可包括VCSEL陣列，其中VCSEL陣列的每個雷射發射器發射光束5021 -502n （以下分別稱為「光束502」或統稱為「多個光束502」），光束502穿過雷射器陣列506的相應孔（未示出）。在一示例中，當多個光束502從雷射器陣列506傳播時，多個光束502彼此平行。多個光束508隨後被透鏡508收集。
透鏡508可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。在這種情況下，穿過透鏡508的准直光束502可會聚到透鏡508後面的焦點514。在一示例中，焦距（例如，從雷射器陣列506的表面到焦點514的距離）約為5毫米。
繞射光學元件510可包括錐形鏡、全息膜或其他相位元件，其使用干涉和繞射以產生來自准直（例如，單束）光束的光束分佈。繞射光學元件510可位於透鏡508的焦點514處(例如，在透鏡508和表面504之間)。因此，光束502可像光束502在透鏡508的焦點514處會聚或准直一樣穿過繞射光學元件510。繞射光學元件510接著可將准直的光分裂成複數個光束502，該複數個光束502被散佈以在表面504上產生投影圖案。
在一個示例中，由繞射光學元件510散佈的光束502可入射在表面504上，以複製由透鏡508產生的失真的、枕形的投影圖案（和圖2B中所示出的投影圖案一樣）。然而，增加繞射光學元件510會放大銷墊形的投影圖案。因此，失真的、銷墊形的投影圖案的中間部分（如上所述，由於保持了投影偽像軌跡的基本上平行的取向，此中間部分可能為可用的）也被放大了。投影圖案的中間部分的放大可補償投影圖案的邊緣，該等邊緣保持失真或彎曲。
在投影系統500的替代示例中，透鏡508是非球面透鏡而不是會聚透鏡。透鏡508相對於雷射器陣列506和繞射光學元件510的佈置可相同。在這種情況下，投影到表面504上的投影圖案可不失真（例如，可類似於圖2A的目標投影圖案200）。
圖6示出了根據本申請案的示例的投影系統600的另一示例的側視圖。如同投影系統100、300、400和500，投影系統600可用在距離感測器(如上述感測器中的任何一者)中。如圖所示，投影系統600可投影複數個光束602。當每個光束602入射在表面604上時，每個光束可在表面604上產生如點、破折號等的偽影。由所有光束602創建的偽影共同地形成上述圖案，從中可計算出到物體的距離。
如圖6所示，投影系統600通常可包括雷射器陣列606、第一透鏡608、繞射光學元件610和第二透鏡612。在一示例中，雷射器陣列606具有約兩毫米乘兩毫米的尺寸。可用類似於圖1的示例性雷射器陣列106的方式來佈置雷射器陣列606。例如，雷射器陣列606可包括VCSEL陣列，其中VCSEL陣列的每個雷射發射器發射光束6021 -602n （在下文中分別稱為「光束602」或統稱為「多個光束602」），光束602穿過雷射器陣列606的相應孔（未示出）。在一示例中，當多個光束602從雷射器陣列606傳播時，多個光束602彼此平行。光束602隨後被第一透鏡608收集。
第一透鏡608可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。在這種情況下，穿過透鏡608的准直光束602可會聚到透鏡608後面的焦點614。在一個示例中，焦距（例如，從雷射器陣列606的表面到焦點614的距離）約為5毫米。
繞射光學元件610可包括錐形鏡、全息膜或其他相位元件，其使用干涉和繞射來產生來自准直（例如，單束）光束的光束散佈。繞射光學元件610可位於透鏡608的焦點614處。因此，光束602可像光束602在透鏡608的焦點614處會聚或准直時一樣穿過繞射光學元件610。繞射光學元件610接著可將准直的光分裂回成複數個光束602，該複數個光束602朝向第二透鏡612。因此，繞射光學元件610位於第一透鏡608和第二透鏡612之間（例如，沿著光束602的傳播方向）。
與第一透鏡608一樣，第二透鏡612可包括具有正屈光力的會聚透鏡（例如，生物凸透鏡或平凸透鏡）。第二透鏡612分散光束602以在表面604上產生投影圖案。形成在表面604上的所得投影圖案可具有與圖2A所示的目標投影圖案（例如，其中投影偽像的軌跡基本上彼此平行）基本上相似的外觀。
圖7示出了本申請案的示例性距離感測器700的方框圖。距離感測器700通常可包括投影系統702、光接收系統704和處理器706。投影系統702、光接收系統和處理器706可被包含在共用外殼（未示出）中，該共用外殼亦可包括未示出的其他組件，如電源及通訊界面等。
投影系統702經配置為將投影圖案投影到視野中，其中當複數個光束入射在視野中的表面上形成投影圖案在表面上，以在表面上形成複數個投影偽像。投影偽像的佈置形成圖案，從該圖案可計算從距離感測器700到表面的距離。在一示例中，投影系統702可包括：發射複數個光束的VCSEL陣列，及補償光學元件，該補償光學元件使由複數個光束產生的投影圖案的失真最小化。因此，可根據圖3至圖6所示的任何示例來配置投影系統702。
光接收系統702可包括能在包括投影圖案的視野中捕捉影像的任何類型的相機。例如，相機可包括紅色、綠色、藍色（RGB）相機。在一示例中，相機亦可包括透鏡（例如，如魚眼鏡頭的廣角透鏡或鏡光學系統）和能偵測人眼基本不可見的波長的光的偵測器（例如，紅外探測器）。在一示例中，相機的鏡頭可放置在投影系統的中心（例如，VCSEL陣列的中心中）。
處理器706可包括中央處理單元（CPU）、微處理器、多核處理器或能將控制信號發送到投影系統702和光接收系統704的任何其他類型的處理系統。例如，處理器706可將控制信號發送到投影系統，該控制信號使投影系統702的光源啟動或發射在視野中產生投影圖案的光。處理器706亦可將控制信號發送到光接收系統704，該控制信號使光接收系統704的相機捕捉視野的一或多個影像（例如，可能在已啟動投影系統702的光源之後）。
另外，處理器706可從光接收系統704的相機接收所捕捉的影像，且可如上所述地基於所捕捉影像中的投影圖案的外觀來計算從距離感測器700到視野中的物體的距離。
圖8是示出了方法800的一示例的流程圖，該方法800使用具有補償光學元件的距離感測器來進行距離測量，該補償光學元件係用於最小化投影圖案中的失真(例如，如圖7所示)。方法800可例如由如圖7中所示的距離感測器700的處理器706或圖9中所示的處理器902的處理器執行。出於示例的目的，方法800被描述為由處理系統執行。
方法800可在步驟802開始。在步驟804處，處理系統可向距離感測器的投影系統發送第一信號，該投影系統包括雷射光源陣列和補償光學元件，其中第一信號使雷射光源陣列發出產生投影圖案的複數個光束（例如，紅外光），且補償光學元件將投影圖案中因投影系統放大投影圖案而引起的曲線失真最小化。在一個示例中，雷射光源陣列可包括以柵格圖案佈置的VCSEL光源陣列，該柵格圖案具有基本上規則的間隔（例如，如圖1的插圖所示）。
在一示例中，補償光學元件可包括第二透鏡，該第二透鏡位於第一透鏡的焦點之後（例如，在第一透鏡和要測量其距離的物體之間）。在這種情況下，第一透鏡和第二透鏡都可包括會聚透鏡。例如，圖3示出了此示例。
在另一個示例中，補償光學元件可包括非球面透鏡，該非球面透鏡位於雷射光源陣列與被測量距離的物體之間。例如，圖4示出了此示例。
在另一個示例中，補償光學元件可包括繞射光學元件，該繞射光學元件位於第一透鏡的焦點處（例如，在第一透鏡與要被測量距離的物體之間）。在這種情況下，第一透鏡可以是會聚透鏡或非球面透鏡。例如，圖5示出了此示例。
在另一個示例中，補償光學元件可包括位於第一透鏡的焦點處的繞射光學元件和位於焦點後面（例如，在繞射光學元件與正測量其距離的物體之間）的第二透鏡。在這種情況下，第一透鏡和第二透鏡都可為會聚透鏡。例如，圖6示出了此示例。
如上所述，複數個光束可在靠近雷射光源陣列的表面上形成投影圖案(即，包括複數個投影偽像的光的圖案)。可藉由入射在表面上的各個光束來產生投影偽像。形成光束的光的波長（及因此，投影偽像）可能對於人眼基本上是不可見的，但對於相機的偵測器（例如，紅外光）是可見的。
在步驟806中，處理系統可將第二信號發送到距離感測器的光接收系統（包括相機），其中第二信號使光接收系統捕捉投影到物體上的投影圖案的影像。物體可以是光接收系統的視野內的物體。
在步驟808中，處理系統可使用在步驟806中捕捉的影像來計算從距離感測器到表面的距離。具體來說，可基於影像中的投影圖案的外觀來計算距離。
方法800可在步驟810中結束。
應當注意，儘管沒有明確指定，但上述方法800的一些方框、功能或操作可包括為特定應用的存儲、顯示及/或輸出。換句話說，方法800中所討論的任何資料、記錄、欄位及/或中間結果都可被存儲、顯示及/或輸出到另一裝置，這取決於特定的應用。此外，圖8中之記載決定操作或涉及決定的方框、功能或操作並不意味著決定操作的兩個分支都要被實施。換句話說，取決於決定操作的結果，可不執行決定操作的分支之一者。
圖9描繪了用於計算從感測器到物體的距離的示例電子裝置900的高階方框圖。因此，電子裝置900可被實施為電子裝置或系統（如距離感測器）的處理器。
如圖9所示，電子設備900包括硬體處理器元件902，例如中央處理器（CPU）、微處理器或多核處理器；記憶體904，例如隨機存取記憶體（RAM）及/或唯讀記憶體（ROM）；用於計算從感測器到物體的距離的模組905，及各種輸入/輸出裝置906(例如存儲裝置)，其包括但不限於磁帶驅動器、軟碟驅動器、硬碟驅動器或光碟驅動器、接收器、發送器、顯示器、輸出埠、輸入埠和使用者輸入裝置，如鍵盤、小鍵盤、滑鼠、麥克風、相機、雷射光源及LED光源等。
儘管僅示出一個處理器元件，但應注意到，電子裝置900可採用複數個處理器元件。此外，儘管在圖中僅示出一個電子裝置900，但若對特定的說明性示例用分散式方法或平行方法實施如上所述之(多個)方法(即，跨越多個或平行的電子裝置來實施上述之(多個)方法的方塊或(多個)整個方法)，則此圖中的電子裝置900係意欲表示這些多個電子裝置中的每一者。
應注意到，本申請案可藉由機器可讀指令及/或機器可讀指令和硬體的組合來實現，例如，使用特殊應用積體電路（ASIC）、包括現場可程式化閘陣列（FPGA）的可程式化邏輯陣列（PLA）或經部署在硬體裝置、通用電腦或任何其他硬體等效物(例如，與上述方法有關的電腦可讀取指令可用於配置硬體處理器執行上述(多個)方法的方框、功能及/或操作)上的狀態機。
在一個示例中，用於計算從感測器到物體的距離之本案模組或處理905的指令和資料(例如，機器可讀取指令)可被加載到記憶體904中，並由硬體處理器元件902執行以實施上文結合方法800所討論的這些方框、功能或操作。此外，當硬體處理器執行指令以執行「操作」時，這可包括硬體處理器直接執行操作及/或促進、引導或與另一硬體裝置或組件（例如，協同處理器等）協作來執行操作。
執行與上述(多個)方法有關的機器可讀取指令的處理器可被視為可程式化處理器或專用處理器。如此一來，用於計算從感測器到本申請案的物體的距離的本案模組905可存儲在有形或物理（廣泛來說，非暫態）的電腦可讀取存儲裝置或媒體上，該等裝置或媒體例如為揮發性記憶體、非揮發性記憶體、ROM記憶體、RAM記憶體、磁驅或光驅裝置或軟碟等。更具體來說，電腦可讀取儲存裝置可包括提供存儲資訊能力的任何物理設備，該資訊如將由處理器或電子裝置（如電腦或安全感測器系統的控制器）存取的資料及/或指令。
可理解，以上所揭露的變型及其他特徵和功能或其替代品可組合到許多其他不同的系統或應用中。隨後可在其中進行各種目前無法預料或無法預料的替代、修改或變化，這些替代、修改或變化也意在由下列申請專利範圍所涵蓋。
100:投影系統 102:光束 1021-102n:光束 104:表面 106:雷射器陣列 108:透鏡 110:孔 1101-110n:孔 114:焦點 116:投影角 200:投影圖案 202:投影圖案 2041-204m:投影偽像 2061-206m:投影偽像 208:中間部分 300:投影系統 302:光束 3021-302n:光束 304:表面 306:雷射器陣列 308:第一透鏡 310:第二透鏡 314:焦點 316:投影角 400:投影系統 402:光束 4021-402n:光束 404:表面 406:雷射器陣列 408:透鏡 414:焦點 416:投影角 500:投影系統 502:光束 5021-502n:光束 504:表面 506:雷射器陣列 508:透鏡 510:繞射光學元件 514:焦點 600:投影系統 602:光束 6021-602n:光束 604:表面 606:雷射器陣列 608:第一透鏡 610:繞射光學元件 612:第二透鏡 614:焦點 700:距離感測器 702:投影系統 704:光接收系統 706:處理器 800:方法 802:步驟 804:步驟 806:步驟 808:步驟 810:步驟 902:處理器 904:記憶體 905:模組 906:輸入/輸出裝置
圖1示出可在如上述之任何感測器的距離感測器中使用的投影系統的一個示例的側視圖；
圖2A是目標投影圖案的一示例；
圖2B示出可由圖1的投影系統形成的失真的投影圖案的一示例；
圖3示出根據本申請案的示例的投影系統的一示例的側視圖；
圖4示出根據本申請案示例的投影系統的另一示例的側視圖；
圖5示出根據本申請案示例的投影系統的另一示例的側視圖；
圖6示出根據本申請案示例的投影系統的另一示例的側視圖；
圖7示出本申請案的示例性距離感測器的方框圖；
圖8是示出使用具有補償光學元件的距離感測器來進行距離測量的方法的一個示例的流程圖，該補償光學元件係用於最小化投影圖案中的失真，例如如圖7所示；及
圖9描繪了用於計算從感測器到物體的距離的示例電子裝置的高階方框圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500:投影系統
502:光束
5021-502n:光束
504:表面
506:雷射器陣列
508:透鏡
510:繞射光學元件
514:焦點

Claims (20)

  1. 一種距離感測器，包括： 一投影系統，該投影系統包括： 複數個雷射光源，該複數個雷射光源經排列成一陣列以發射複數個光束，該複數個光束入射到一表面上時，該複數個光束形成一柵格狀的投影圖案；及 一補償光學元件，以在該複數個光束入射到該表面上之前使該柵格狀的投影圖案的一放大引起的曲線失真最小化； 一光接收系統，以捕捉在該表面上的該柵格狀的投影圖案的一影像；及 一處理器，以基於該影像中的該柵格狀的投影圖案的一外觀來計算從該距離感測器到該表面的一距離。
  2. 如請求項1所述的距離感測器，其中該複數個雷射光源包括複數個發射紅外光的垂直腔表面發射雷射器。
  3. 如請求項1所述的距離感測器，其中該投影系統進一步包括： 一第一透鏡，該第一透鏡位於該複數個雷射光源和該補償光學元件之間，以放大該柵格狀的投影圖案。
  4. 如請求項3所述的距離感測器，其中該第一透鏡是一會聚透鏡。
  5. 如請求項4所述的距離感測器，其中該補償光學元件包括： 一第二透鏡，該第二透鏡位於該第一透鏡的一焦點後面，其中該第二透鏡也是一會聚透鏡。
  6. 如請求項4所述的距離感測器，其中該補償光學元件包括： 一繞射光學元件，其位於該第一透鏡的一焦點處。
  7. 如請求項6所述的距離感測器，其中該補償光學元件進一步包括： 一第二透鏡，其中該繞射光學元件位於該第一透鏡和該第二透鏡之間。
  8. 如請求項3所述的距離感測器，其中該第一透鏡是一非球面透鏡。
  9. 如請求項8所述的距離感測器，其中該補償光學元件包括： 一繞射光學元件，該繞射光學元件位於該第一透鏡的一焦點處。
  10. 如請求項1所述的距離感測器，其中該補償光學元件包括： 一非球面鏡片。
  11. 一種方法，包括以下步驟： 由一距離感測器的一處理系統將一第一信號發送到該距離感測器的一投影系統，該投影系統包括一雷射光源陣列和一補償光學元件，其中該第一信號使該雷射光源陣列發射複數個光束，當該複數個光束入射到一表面上時，該複數個光束形成一柵格狀的投影圖案，且其中該補償光學元件在該複數個光束入射到該表面上之前使該柵格狀的投影圖案的一放大引起的曲線失真最小化； 該處理系統向該距離感測器的一光接收系統發送一第二信號，其中該第二信號使該光接收系統捕捉經投影到該表面上的該柵格狀的投影圖案的一影像；及 由該處理系統基於該影像中的該柵格狀的投影圖案的外觀來計算從該距離感測器到該表面的一距離。
  12. 如請求項11所述的方法，其中該雷射光源陣列包括一發射紅外光的垂直腔表面發射雷射器的陣列。
  13. 如請求項11所述的方法，其中該投影系統進一步包括： 一第一透鏡，其位於該雷射光源陣列和該補償光學元件之間，以放大該柵格狀的投影圖案。
  14. 如請求項13所述的方法，其中該第一透鏡是一會聚透鏡。
  15. 如請求項14所述的方法，其中該補償光學元件包括： 一第二透鏡，其位於該第一透鏡的一焦點後面，其中該第二透鏡也是一會聚透鏡。
  16. 如請求項14所述的方法，其中該補償光學元件包括： 一繞射光學元件，該繞射光學元件位於該第一透鏡的一焦點處。
  17. 如請求項16所述的方法，其中該補償光學元件進一步包括： 一第二透鏡，其中該繞射光學元件位於該第一透鏡和該第二透鏡之間。
  18. 如請求項13所述的方法，其中該第一透鏡是一非球面透鏡，且其中該補償光學元件包括位於該第一透鏡的一焦點處的一繞射光學元件。
  19. 如請求項11所述的方法，其中該補償光學元件包括： 一非球面鏡片。
  20. 一種非暫態機器可讀取存儲媒體，其編碼有一距離感測器的一處理器可執行的指令，其中當執行該等指令時，該等指令使該處理器執行操作，該等操作包括以下操作： 向該距離感測器的一投影系統發送一第一信號，該投影系統包括一雷射光源陣列和一補償光學元件，其中該第一信號使該雷射光源陣列發射複數個光束，從而在該複數個光束入射在一表面上時形成一柵格狀的投影圖案，及其中該補償光學元件在該複數個光束入射在該表面上之前使該柵格狀的投影圖案的一放大引起的曲線失真最小化； 向該距離感測器的一光接收系統發送一第二信號，其中該第二信號使該光接收系統捕捉投影到該表面上的該柵格狀的投影圖案的一影像；及 根據該影像中的該柵格狀的投影圖案的外觀，計算從該距離感測器到該表面的一距離。
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