用于位置感測的傳感器、系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?00980146004. 8,國際申請日為2009年9月21日，發(fā)明名稱為 "用于位置感測的傳感器、系統(tǒng)和方法"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 這里所述的實(shí)施例通常涉及利用角位置傳感器和三角測量方法三維的檢測輻射 源位置的裝置和附帶的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 許多工業(yè)，商業(yè)，科技，游戲和其他應(yīng)用需要感測物體的二維和三維位置。存在許 多估計(jì)物體位置的方法。但是，這些方法精度有限或成本很高，或者二者皆有。
[0004] 需要一種用于檢測物體位置的裝置、系統(tǒng)和方法，其與已知方法相比，精度提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一方面提供了一種傳感器，用于估計(jì)輻射源相對于傳感器的角方向。 該傳感器包括：參考輻射檢測器，用于提供與入射到參考輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的參 考福射強(qiáng)度信號；第一方向福射檢測器，用于提供與入射到第一方向福射檢測器的福射強(qiáng) 度對應(yīng)的第一方向輻射強(qiáng)度信號；第二方向輻射檢測器，用于提供與入射到第二方向輻射 檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的第一方向輻射強(qiáng)度信號；輻射中斷，用于部分阻擋輻射到達(dá)第一 方向輻射檢測器和第二方向輻射檢測器；以及耦合至參考輻射檢測器以及第一方向輻射檢 測器和第二方向輻射檢測器的處理器，用于提供第一入射角和第二入射角，其中第一入射 角對應(yīng)于第一方向福射強(qiáng)度信號和參考福射強(qiáng)度信號，第二入射角對應(yīng)于第二方向福射強(qiáng) 度信號和參考福射強(qiáng)度信號。
[0006] 另一方面提供了傳感器，用于估計(jì)輻射源相對于傳感器的角方向。該傳感器包括： 參考輻射檢測器，用于提供與入射到參考輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的參考輻射強(qiáng)度信 號；第一方向福射檢測器，用于提供與入射到第一方向福射檢測器的福射強(qiáng)度對應(yīng)的第一 方向輻射強(qiáng)度信號；第二方向輻射檢測器，用于提供與入射到第二方向輻射檢測器的輻射 強(qiáng)度對應(yīng)的第二方向輻射強(qiáng)度信號；輻射中斷，用于部分阻止輻射到達(dá)第一方向輻射檢測 器和第二方向輻射檢測器；以及耦合至參考輻射檢測器和第一方向輻射檢測器以及第二方 向輻射檢測器的處理器，用于提供第一入射角和第二入射角，其中第一入射角對應(yīng)于第一 方向福射強(qiáng)度信號和參考福射強(qiáng)度信號，第二入射角對應(yīng)于第二方向福射強(qiáng)度信號和參考 福射強(qiáng)度信號。
[0007] 另一方面提供傳感器，用于估計(jì)輻射源相對于傳感器的角方向。該傳感器包括：參 考輻射檢測器，用于提供與入射到參考輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的參考輻射強(qiáng)度信號； 一對第一方向輻射檢測器，用于提供與入射到第一方向輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的一對 第一方向輻射強(qiáng)度信號；一對第二方向輻射檢測器，用于提供與入射到第二方向輻射檢測 器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的一對第二方向輻射強(qiáng)度信號；輻射中斷，用于部分阻止輻射到達(dá)第一 方向輻射檢測器和第二方向輻射檢測器；以及耦合至參考輻射檢測器和第一方向輻射檢測 器以及第二方向輻射檢測器的處理器，用于提供第一入射角和第二入射角，其中第一入射 角對應(yīng)于第一方向福射強(qiáng)度信號和參考福射強(qiáng)度信號，第二入射角對應(yīng)于第二方向福射強(qiáng) 度信號和參考福射強(qiáng)度信號。
[0008] 另一方面提供傳感器，用于估計(jì)輻射源相對于傳感器的角方向，該傳感器包括：參 考輻射檢測器，用于提供與入射到參考輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的參考輻射強(qiáng)度信號； 一對方向輻射檢測器，用于提供與入射到第一方向輻射檢測器的輻射強(qiáng)度對應(yīng)的一對方向 輻射強(qiáng)度信號；輻射中斷，用于部分阻止輻射到達(dá)第一方向輻射檢測器和第二方向輻射檢 測器；以及耦合至參考輻射檢測器和方向輻射檢測器的處理器，用于提供入射角，其中該入 射角對應(yīng)于方向輻射強(qiáng)度信號和參考輻射強(qiáng)度信號。
[0009] 另一方面提供傳感器，用于估計(jì)輻射源相對于傳感器的角方向。該傳感器包括：像 素陣列檢測器，具有感應(yīng)輻射的像素陣列；具有孔的光圈擋片，其中該光圈擋片相對于像素 陣列檢測器布置，用于部分阻擋輻射到達(dá)像素陣列檢測器；耦合至像素陣列檢測器的處理 器，用于接收輻射強(qiáng)度信息，該信息與入射到像素陣列檢測器的像素上的輻射強(qiáng)度相關(guān)，其 中該處理器適用于提供第一入射角和第二入射角，其中第一入射角對應(yīng)于在第一方向具有 相對高水平入射輻射的一個或多個像素的位置，第二入射角對應(yīng)于在第二方向具有相對高 水平入射輻射的一個或多個像素的位置。
[0010] 另一方面提供用于估計(jì)三維空間中輻射源位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：第一輻射傳 感器，用于從輻射源接收輻射，并提供第一對入射角，該對入射角與輻射源相對于第一輻射 源的方向?qū)?yīng)；第二輻射傳感器，用于從輻射源接收輻射，并提供第二對入射角，該對入射 角與輻射源相對于第二輻射源的方向?qū)?yīng)；以及處理器，用于基于第一對入射角和第二對 入射角，計(jì)算輻射源的估計(jì)位置。
[0011] 在一些實(shí)施例中，處理器適于通過確定第一條線和第二條線之間的交叉點(diǎn)，計(jì)算 輻射源的估計(jì)位置，其中第一條線通過第一對入射角和第一輻射傳感器的位置限定，第二 條線通過第二對入射角和第二輻射傳感器限定。
[0012] 在一些實(shí)施例中，處理器適于通過識別第一條線和第二條線之間最近點(diǎn)之間的線 段計(jì)算輻射源的估計(jì)位置，其中第一條線通過第一對入射角和第一輻射傳感器的位置限 定，第二條線通過第二對入射角和第二輻射傳感器限定。
[0013] 在一些實(shí)施例中，處理器適于通過將線段平分，計(jì)算輻射源的估計(jì)位置。
[0014] 在一些實(shí)施例中，第一傳感器和第二傳感器安裝為彼此關(guān)系固定。
[0015] 在一些實(shí)施例中，第一傳感器和第二傳感器可以彼此相對獨(dú)立放置。
[0016] 另一方面提供了一種估計(jì)輻射源位置的方法。該方法包括：在三維空間定位第一 傳感器和第二傳感器，其中第一傳感器和第二傳感器通過傳感器間隔距離分隔；計(jì)算對應(yīng) 于第一傳感器位置和輻射源位置的第一條線；計(jì)算對應(yīng)于第二傳感器位置和輻射源位置的 第二條線；以及基于第一條線和第二條線計(jì)算輻射源的估計(jì)位置。
[0017] 在一些實(shí)施例中，該方法包括通過識別第一條線和第二條線之間的交叉點(diǎn)，估計(jì) 輻射源的位置。
[0018] 在一些實(shí)施例中，該方法包括通過識別在第一條線和第二條線上最近點(diǎn)之間的線 段，估計(jì)輻射源的位置。
[0019] 在一些實(shí)施例中，該方法包括利用將線段平分，估計(jì)輻射源的位置。
[0020] 本發(fā)明的這些和其他方面將在下面進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0021] 下面通過示例，參照附圖，進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例，其中：
[0022] 圖la是根據(jù)本發(fā)明的第一傳感器的頂視圖；
[0023] 圖lb和lc是圖la的傳感器的側(cè)視圖；
[0024] 圖2a是根據(jù)本發(fā)明另一傳感器的頂視圖；
[0025] 圖2a和2b是圖2a的傳感器的側(cè)視圖；
[0026] 圖3是三維光學(xué)位置感測系統(tǒng)的頂視圖；
[0027] 圖4是另一三維光學(xué)位置感測系統(tǒng)的頂視圖；
[0028] 圖5示意了利用三維光學(xué)位置感測系統(tǒng)估計(jì)輻射源的位置；
[0029] 圖6是使用三維光學(xué)位置感測系統(tǒng)估計(jì)輻射源位置的另一示意；
[0030] 圖7是用于估計(jì)三維空間中物體位置的方法的流程圖；
[0031] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一傳感器的頂視圖；以及
[0032] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一傳感器的頂視圖。
[0033] 附圖僅用于示意，并不是按尺寸繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 這里所述的示例性實(shí)施例提供了涉及光學(xué)傳感器系統(tǒng)和方法的細(xì)節(jié)，其中該系統(tǒng) 和方法用于確定輻射源相對于一個或多個傳感器位置的位置。輻射源可能以可見光譜輻 射，也可能以其他光譜輻射，例如紫外或紅外光譜輻射。光學(xué)傳感器包括固態(tài)輻射檢測器。 輻射源可以是產(chǎn)生輻射的有源輻射源，例如燈泡，LED或其他輻射發(fā)光元件。輻射源可以是 反射另一個源或另外多個源輻射的無源輻射源。在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，光學(xué)傳感器的其 他實(shí)現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu)也是可以的。這里所述的實(shí)施例僅用于示例。
[0035] 現(xiàn)在參照圖la-lc，其中該圖la-lc不意了第一不例光學(xué)傳感器100。福射源110 相對于傳感器100定位，使得輻射源110的輻射入射到傳感器100。
[0036] 傳感器100包括參考輻射源102,第一方向輻射檢測器104,第二方向輻射檢測器 106,光圈擋片108,安裝基底112和處理器120。
[0037] 安裝基底112基本與x-y平面平行。參考檢測器102,第一方向檢測器104和第二 方向檢測器106安裝在安裝基底112上。光圈擋片108在垂直于x-y平面的z維上位于檢 測器102-106和輻射源110之間。光圈擋片也可以稱為輻射中斷或輻射阻塊。
[0038] 照射在傳感器100上來自輻射源110的入射輻射在相對于X軸為入射角Θ處影響 第一方向輻射檢測器104,在相對于y軸為入射角Φ處影響第二方向輻射檢測器106。成 對的入射角（θ，Φ)限定了輻射源110相對于傳感器100的角位置。
[0039] 傳感器100利用參考檢測器102和光圈擋片108、并結(jié)合第一和第二方向輻射檢測 器104,106估計(jì)成對的入射角（θ，φ