Системы и способы для калибровки оптического датчика расстояния - RU2018130989A
Код документа: RU2018130989A
Формула
1. Оптическая система, содержащая приемный модуль, содержащий объемную принимающую линзу, апертурный слой, включающий в себя множество воспринимающих апертур, линзовый слой, включающий в себя множество воспринимающих линз, и пиксельный слой, включающий в себя множество воспринимающих пикселов, причем апертурный слой, линзовый слой и пиксельный слой выполнены с возможностью образования множества воспринимающих схем, причем каждая воспринимающая схема в множестве воспринимающих схем определяет дискретное, неперекрывающееся поле зрения за пределами порогового расстояния в области, внешней по отношению к упомянутой оптической системе, и включает в себя воспринимающую апертуру из множества воспринимающих апертур, воспринимающую линзу из множества воспринимающих линз и воспринимающий пиксел из множества воспринимающих пикселов.
2. Оптическая система по п. 1, в которой каждый воспринимающий пиксел выполнен с возможностью выдачи сигнала или последовательности сигналов, соответствующих числу измерений фотонов, падающих на воспринимающий пиксел в течение единственного периода выборки, и причем система дополнительно содержит процессор и компьютерно-читаемый носитель данных, причем процессор выполнен с возможностью выполнения команд, хранимых на компьютерно-читаемом носителе данных, для преобразования чисел измерений падающих фотонов и информации о синхронизации фотонов с известными положениями полей зрения для каждого воспринимающего пиксела в виртуальное трехмерное изображение области, внешней по отношению к системе.
3. Оптическая система по п. 1, причем система выполнена с возможностью функционирования в качестве статического датчика изображения, который собирает двумерные и трехмерные данные о расстоянии пространства или объема в области, внешней по отношению к системе.
4. Оптическая система по п. 1, причем система выполнена с возможностью функционирования в качестве датчика изображения, который, при повороте вокруг оси, параллельной столбцу воспринимающих апертур, собирает трехмерные данные о расстоянии объема, занимаемого системой.
5. Оптическая система по любому из пп. 1-4, в которой воспринимающий пиксел в каждой воспринимающей схеме содержит множество однофотонных лавинных диодных детекторов (SPAD).
6. Оптическая система по любому из пп. 1-5, причем оптическая система дополнительно содержит излучающий модуль, содержащий объемную пропускающую линзу и источник освещения, и причем источник освещения содержит множество излучателей, причем каждый излучатель в множестве излучателей выполнен с возможностью проецирования дискретного луча освещения на рабочей длине волны через объемную пропускающую линзу в область, внешнюю по отношению к оптической системе, и причем каждая воспринимающая схема дополнительно содержит оптический фильтр, расположенный между объемной принимающей линзой и воспринимающим пикселом, причем оптический фильтр выполнен с возможностью пропускания диапазона длин волн света, включающего в себя рабочую длину волны, и блокирования света за пределами этого диапазона.
7. Оптическая система по п. 6, в которой источник освещения содержит множество лазеров.
8. Оптическая система по п. 7, в которой множество лазеров изготовлено на единственном кристалле и демонстрирует по существу подобные характеристики выходных длин волн как функцию температуры.
9. Оптическая система по п. 7, в которой множество лазеров расположено в массиве, характеризующемся шаговым расстоянием излучателей, по существу идентичным шаговому расстоянию воспринимающих апертур.
10. Оптическая система по п. 6, в которой источник освещения содержит монолитный массив поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным внешним резонатором (vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL) в качестве оптических излучателей.
11. Оптическая система по любому из пп. 6-10, в которой объемная принимающая линза и объемная пропускающая линза расположены в одной плоскости и поперечно смещены друг относительно друга.
12. Оптическая система по п. 11, дополнительно содержащая датчик температуры, термически соединенный с источником освещения.
13. Оптическая система по любому из пп. 6-12, дополнительно содержащая регулятор, функционально соединенный с источником освещения и выполненный с возможностью модифицирования параметра источника освещения.
14. Оптическая система по п. 13, в которой регулятор содержит регулятор температуры, выполненный с возможностью модифицирования температуры источника освещения.
15. Оптическая система по п. 13, в которой
приемный модуль дополнительно содержит калибровочный канал, включающий в себя калибровочную апертуру из апертурного слоя, калибровочную линзу, выровненную с калибровочной апертурой, калибровочный пиксел, по существу выровненный с калибровочной линзой, и оптический фильтр;
источник освещения выполнен с возможностью проецирования первой части света в область перед оптической системой и проецирования второй части света на калибровочный пиксел в калибровочном канале; и
регулятор выполнен с возможностью модифицирования температуры множества излучателей на основе мощности света, детектируемой калибровочным пикселом в калибровочном канале.
16. Оптическая система для выполнения измерений расстояния, причем оптическая система содержит
излучающий модуль, содержащий объемную пропускающую линзу и источник освещения, и, причем, источник освещения содержит множество лазеров, причем каждый лазер в упомянутом множестве лазеров выполнен с возможностью проецирования дискретного луча освещения на рабочей длине волны через объемную пропускающую линзу в область, внешнюю по отношению к упомянутой оптической системе; и
приемный модуль, содержащий объемную принимающую линзу, апертурный слой, включающий в себя множество воспринимающих апертур, линзовый слой, включающий в себя множество воспринимающих линз, пиксельный слой, включающий в себя множество воспринимающих пикселов, и слой оптического фильтра, расположенный между объемной принимающей линзой и множеством воспринимающих пикселов, причем слой оптического фильтра выполнен с возможностью пропускания диапазона длин волн света, включающего в себя рабочую длину волны и блокирования света за пределами этого диапазона;
причем апертурный слой, линзовый слой, слой фильтра и пиксельный слой выполнены с возможностью образования множества воспринимающих схем, причем каждая воспринимающая схема в множестве воспринимающих схем определяет дискретное, неперекрывающееся поле зрения за пределами порогового расстояния в области, внешней по отношению к упомянутой оптической системе, и включает в себя воспринимающую апертуру из множества воспринимающих апертур, воспринимающую линзу из множества воспринимающих линз, оптический фильтр из слоя фильтра, и воспринимающий пиксел из множества воспринимающих пикселов.
17. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 16, дополнительно содержащая регулятор температуры, функционально соединенный с источником освещения и выполненный с возможностью модифицирования температуры источника освещения.
18. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 17, в которой
приемный модуль дополнительно содержит калибровочный канал, включающий в себя калибровочную апертуру из апертурного слоя, калибровочную линзу, выровненную с калибровочной апертурой, калибровочный пиксел, по существу выровненный с калибровочной линзой, и оптический фильтр из слоя фильтра;
источник освещения выполнен с возможностью проецирования первой части света в область перед оптической системой и проецирования второй части света на калибровочный пиксел в калибровочном канале; и
регулятор температуры выполнен с возможностью модифицирования температуры множества лазеров на основе мощности света, детектируемой калибровочным пикселом в калибровочном канале.
19. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по любому из пп. 16-18, в которой каждый воспринимающий пиксел выполнен с возможностью выдачи сигнала или последовательности сигналов, соответствующих числу измерений фотонов, падающих на воспринимающий пиксел в течение единственного периода выборки, и причем система дополнительно содержит процессор и компьютерно-читаемый носитель данных, причем процессор выполнен с возможностью выполнения команд, хранимых на компьютерно-читаемом носителе данных, для преобразования чисел измерений падающих фотонов и информации о синхронизации фотонов с известными положениями полей зрения для каждого воспринимающего пиксела в виртуальное трехмерное изображение области, внешней по отношению к системе.
20. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 19, в которой множество лазеров изготовлено на единственном кристалле и демонстрирует по существу подобные характеристики выходных длин волн как функцию температуры.
21. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по любому из пп. 16-20, в которой воспринимающий пиксел в каждой воспринимающей схеме содержит множество однофотонных лавинных диодных детекторов (SPAD), и источник освещения содержит монолитный массив поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным внешним резонатором (vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL) в качестве оптических излучателей.
22. Оптическая система для выполнения измерений расстояния, причем оптическая система содержит
приемный модуль, содержащий объемную принимающую линзу, апертурный слой, включающий в себя множество апертур, линзовый слой, включающий в себя множество линз, пиксельный слой, включающий в себя множество пикселов, и слой оптического фильтра, расположенный между объемной принимающей линзой и пиксельным слоем, причем приемный модуль дополнительно включает в себя множество воспринимающих схем и по меньшей мере один калибровочный канал, причем каждая воспринимающая схема в множестве воспринимающих схем и упомянутый по меньшей мере один калибровочный канал включают в себя апертуру из множества апертур, линзу из множества линз, фильтр из слоя фильтра и пиксел из множества пикселов; и
излучающий модуль, содержащий объемную пропускающую линзу и источник освещения, содержащий множество оптических излучателей, выполненных с возможностью выдачи света на рабочей длине волны как функции некоторого параметра, проецирования первой части света через объемную пропускающую линзу в область перед упомянутой оптической системой и проецирования второй части света на пиксел в упомянутом по меньшей мере одном калибровочном канале; и
регулятор, выполненный с возможностью модифицирования параметра множества оптических излучателей на основе мощности света, детектируемой пикселом в калибровочном канале.
23. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 22, в которой регулятор содержит регулятор температуры, выполненный с возможностью модифицирования температуры источника освещения на основе мощности света, детектируемой пикселом в упомянутом по меньшей мере одном калибровочном канале.
24. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 22, в которой регулятор модифицирует рабочий цикл источника освещения.
25. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по п. 22, в которой, для каждой воспринимающей схемы в множестве воспринимающих схем, линза в воспринимающей схеме выровнена с апертурой в воспринимающей схеме, и пиксел в воспринимающей схеме по существу выровнен с линзой в воспринимающей схеме; и в которой каждая воспринимающая схема в множестве воспринимающих схем определяет дискретное, неперекрывающееся поле зрения за пределами порогового расстояния в области, внешней по отношению к оптической системе.
26. Оптическая система для выполнения измерений расстояния по любому из пп. 22-25, дополнительно содержащая оптический обводной канал, продолжающийся от источника освещения к пикселу в упомянутом по меньшей мере одном калибровочном канале.
