[发明专利]具有单轴扫描的渡越时间探测器

说明书

本发明提供了一种用于标测的装置，该装置包括照明组件(123)，该照明组件跨场景投射沿第一方向延伸的辐射线(122)。检测组件(145)接收从包含辐射线的至少部分的感测区域(148)内的场景所反射的辐射，并且包括探测器元件(56)和物镜光学元件(52，146)的线性阵列(54，136)，所述线性阵列将来自感测区域的所反射的辐射聚焦到线性阵列。扫描镜(46,138)沿第二方向在场景上方一起扫描辐射线和感测区域，所述第二方向垂直于第一方向。处理电路(64，66)处理由探测器元件输出的信号响应于所接收的辐射，以便在场景中构建对象的三维(3D)地图。

技术领域

本发明整体涉及三维(3D)标测(mapping)，具体地讲涉及用于基于辐射光束的投射和感测进行3D标测的设备和方法。

背景技术

现有技术中存在已知用于光学3D标测的各种方法，即通过处理从对象接收的光学辐射产生对象表面的3D轮廓。这种3D轮廓也称为3D地图、深度图或深度图像，3D标测也称为深度标测。“光学辐射”包括光谱的可见光、红外光和紫外光部分的任何和所有电磁辐射。在下面的描述中，术语“辐射”应理解为涉及光学辐射。

一些3D标测技术基于光学脉冲的渡越时间的测量。例如，美国专利申请公开2013/0207970(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种扫描深度引擎，其中标测装置包括发出包含光的脉冲的光束的发射器，以及被配置为在场景上方在预定义的扫描范围内扫描光束的扫描器。接收器接收从场景所反射的光，并且生成用于指示往返于场景中的点的脉冲的渡越时间的输出。耦接处理器以控制扫描器，以便使光束在扫描范围内所选窗口上方扫描，并且处理接收器的输出以生成所选窗口内场景的一部分的3D地图。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了用于3D标测的改进的设备和方法。

因此，根据本发明的实施方案，提供了用于标测的装置，包括照明组件，所述照明组件被配置为跨场景投射沿第一方向延伸的辐射线。检测组件被配置为接收从包含辐射线的至少部分的感测区域内的场景所反射的辐射，并且包括探测器元件和物镜光学元件的线性阵列，所述线性阵列将来自感测区域的反射辐射聚焦到线性阵列。扫描镜被配置为沿第二方向在场景上方一起扫描辐射线和感测区域，所述第二方向垂直于第一方向。处理电路被配置为处理由探测器元件输出的信号响应于接收的辐射，以便在场景中构建对象的三维(3D)地图。

在本发明所公开的实施方案中，线性阵列具有沿着第一方向对准的阵列轴。在一些实施方案中，扫描镜被配置成围绕镜轴旋转，并且照明组件包括至少一个辐射源，所述辐射源布置在由阵列轴和镜轴与线性阵列和扫描镜一起限定的平面中。

在一个实施方案中，照明组件包括辐射源的其他线性阵列，所述辐射源被配置为发射相应的辐射光束，以及被配置为采集和聚焦发射光束以形成辐射线的投射光学元件。通常，探测器元件和辐射源的线性阵列具有相互平行的相应轴。

作为另外一种选择，扫描镜是第二扫描镜，而照明组件包括辐射源，所述辐射源被配置为发射辐射光束，并且第一扫描镜被配置为沿第一方向接收和扫描所发射的光束。在本发明所公开的实施方案中，第一扫描镜以第一速度扫描，第二扫描镜以第二速度扫描，所述第二速度比所述第一速度慢。

在一些实施方案中，照明组件被配置为发射辐射脉冲，并且由探测器元件输出的指示来自场景中的点的脉冲的相应渡越时间的信号，以及处理电路被配置为构建3D地图响应于渡越时间。在一个实施方案中，探测器元件包括雪崩光电二极管。作为另外一种选择，探测器元件包括单光子雪崩二极管。在本发明所公开的实施方案中，处理电路包括脉冲放大器，所述脉冲放大器被配置为放大由探测器元件输出的信号，并且包括多路复用器，所述多路复用器被配置为选择用于连接到与装置的扫描速率同步的脉冲放大器的探测器元件。