距离量测装置的制作方法

1.本新型涉及一种距离量测装置，特别是涉及一种利用面积型影像传感器的距离量测装置。


背景技术：

2.目前，市场上常见的距离量测装置应用的技术主要分为两类：光学三角测量法、以及脉冲光测距法。
3.在光学三角测量法的距离量测装置中，其应用了几何学中的三角测量法。发射光源、线型影像传感器、以及待测物之间形成了三点关系；在这三点关系之间，通过三角函数，以角度回推、并且计算而得光学三角测量法的距离量测装置与待测物之间的距离。
4.然而，在一定的精度要求下，光学三角测量法的距离量测装置的感测距离最远仅可达6公尺；其所使用的线型影像传感器的尺寸约为6～10毫米，因此需要搭配较大的镜头，使得光学三角测量法的距离量测装置的组合成本增加；并且，因应发射光源的高功率发热问题，长时间使用光学三角测量法的距离量测装置时，其散热能力也是一大挑战。
5.在脉冲光测距法的距离量测装置中，其通过比对发射光源与待测物的反射光的相位变化，得到脉冲光飞行时间，因而计算得到脉冲光测距法的距离量测装置与待测物之间的距离。
6.脉冲光测距法的距离量测装置的感测距离最远可达200公尺，在远距离测距的效果十分优异，但是在近距离的量测精度不佳。在近距离量测环境中，脉冲光飞行距离短、光线的相位变化较小，使得感测结果不容易判断、精度减低。


技术实现要素：

7.为解决距离量测装置习知技术的问题，本新型基于光学三角测量法提供一种距离量测装置。
8.所述距离量测装置包括：包括：面积型影像传感器，包括阵列排布的多个像素；光源，所述光源的发射光的中心方向与所述面积型传感器的法线方向平行；以及控制器，驱动所述面积型影像传感器以及所述光源，以及根据所述面积型影像传感器的感测讯号计算所述面积型影像传感器与所述待测物的距离。其中，所述光源的所述发射光照射于所述待测物而产生反射光，以及所述反射光以及环境光照射于所述面积型影像传感器的所述多个像素上。所述面积型影像传感器的所述多个像素接收到所述反射光以及所述环境光后，产生所述感测讯号。以及所述控制器解码所述面积型影像传感器输出的所述感测讯号，并且计算出所述反射光的中心位置，以及所述控制器依据所述中心位置计算出所述面积型影像传感器与所述待测物的距离。
9.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述控制器包括：信号驱动控制单元，驱动所述面积型影像传感器以及所述光源；讯号处理单元，解码所述面积型影像传感器输出的所述感测讯号；程序记忆单元，分析所述面积型影像传感器解码后的所述感测讯号、依据
所述感测讯号计算所述反射光的所述中心位置、以及依照预定程序依据所述反射光的所述中心位置计算出所述面积型影像传感器与所述待测物的距离；数据计算缓存单元，包括所述程序记忆单元计算过程中的数据暂存空间；以及输出协议单元，转换计算出的所述面积型影像传感器与所述待测物的距离为距离数据，并且输出所述距离数据。
10.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述面积型影像传感器进一步包括设置于所述多个像素上、并且阵列排布的多个红色、绿色、蓝色滤光片。所述反射光以及所述环境光穿透所述多个红色、绿色、蓝色滤光片，使得所述面积型影像传感器的所述多个像素的子像素接收到红光、绿光、以及蓝光，并且产生所述感测讯号。所述控制器的所述讯号处理单元解码所述感测讯号为红光数据、绿光数据、以及蓝光数据。
11.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述控制器的所述讯号处理单元将所述绿光数据以及所述蓝光数据作为所述环境光的数据、以及对所述红光数据进行比对，借以消除所述红光数据中包括所述环境光的环境光数据，并且取得所述红光数据中包括所述反射光的反射光数据。
12.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述程序记忆单元依据所述感测讯号计算所述反射光的所述反射光数据的光量分布，并且依据所述光量分布的重心位置作为所述反射光的所述中心位置。
13.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，进一步包括：连接器接口，输入所述距离量测装置的电源以及输出所述待测物的所述距离数据。
14.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述光源包括红外线发光二极管，以及所述红外线发光二极管的发光角度小于等于20度。
15.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述光源包括表面贴装发光二极管。
16.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，所述距离量测装置进一步包括设置于所述光源的所述发射光的中心方向上的第二镜头，以及所述第二镜头用以聚焦所述表面贴装发光二极管的发光角度。
17.在所述距离量测装置的一较佳实施例中，进一步包括：影像感测组件，包括所述面积型影像传感器、以及设置于所述面积型影像传感器的所述多个像素上的第一镜头，所述第一镜头将所述反射光以及所述环境光对焦于所述多个像素；以及光源组件，包括所述光源，所述光源组件以预定距离与所述影像感测组件并排设置。
18.利用本新型的所述距离量测装置的所述面积型影像传感器，能解决习知技术中使用线型影像传感器的光学三角测量法的距离量测装置成本过高的问题；同时，本新型采用红外线发光二极管或是表面贴装发光二极管，更能有效降低成本，并且减少习知技术中光源散热不易的问题。另外，本新型的所述控制器将所述绿光数据以及所述蓝光数据作为所述环境光的数据、通过对所述红光数据进行的比对，消除所述红光数据中包括所述环境光的所述环境光数据，达到所述红光数据的降噪效果、进而提高距离测量精度。
附图说明
19.图1为本新型之距离量测装置的一实施例的侧视示意图。
20.图2为本新型之距离量测装置的另一实施例的侧视示意图。
21.图3为本新型之距离量测装置中的像素示意图。
22.图4为本新型之距离量测装置中的红色、绿色、蓝色滤光片示意图。
23.图5为本新型之距离量测装置中控制器的架构方块图。
24.图6为本新型之距离量测装置中反射光数据的一实施状态示意图。
25.图7为本新型之距离量测装置中反射光数据的另一实施状态示意图。
具体实施方式
26.为了让本新型之上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本新型较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
27.请参照图1，其为本新型之距离量测装置的一实施例的侧视示意图。所述距离量测装置包括设置在印刷电路板600上的影像感测组件100、光源组件200、控制器300、以及连接器接口500。需要注意的是，图1并未依据实际尺寸绘制，各组件相对关系或尺寸不以此为限。
28.应用光学三角测量法的原理，所述影像感测组件100、所述光源组件200、以及待测物(图中未示)之间形成了三点关系。通过三角函数，以角度回推、并且计算而得本新型的距离量测装置与所述待测物之间的距离。
29.所述影像感测组件100包括面积型影像传感器110、以及设置于所述面积型影像传感器100上的第一镜头120。实际测试上，所述面积型影像传感器110可以采用60万像素、30万像素，甚至是更低像素的面积型影像传感器；而所述第一镜头120可以采用3p、2p，甚至是1p的塑料镜头。如此使用市场的量产型组件，能使得本新型的距离量测装置的成本更具市场竞争力。
30.所述光源组件200包括光源210。所述光源210的发射光220的中心方向221与所述面积型传感器110的法线方向113平行。所述光源组件200以预定距离与所述影像感测组件100并排设置在所述印刷电路板600上。所述光源组件200与所述影像感测组件100的所述预定距离可以是5毫米或10毫米，所述预定距离是依据实际设计需求而定，具体在此不做限制。
31.在图1的本新型之距离量测装置的一实施例中，所述光源210采用的是红外线发光二极管(infraredlight
‑
emittingdiode,irled)。并且，为了提高感测精度，本新型的所述红外线发光二极管的发光角度θ小于等于20度。
32.请参见图2，其为本新型之距离量测装置的另一实施例的侧视示意图。所述光源组件200的所述光源210’可替换为表面贴装发光二极管(surface
‑
mountdevicelight
‑
emittingdiode,smdled)，再搭配设置于所述光源210’的所述发射光220的中心方向221上的第二镜头240，聚焦所述表面贴装发光二极管的发光角度θ’，以取得更远的投射需求或是更高的感测精度。
33.相较于习知技术的光学三角测量法的距离量测装置使用的高功率雷射光源，不论是本新型图1中使用所述红外线发光二极管的所述距离量测装置，或是图2中使用所述表面贴装发光二极管的所述距离量测装置，都具有较低的功耗以及发热量。在同样的精度要求下，解决习知技术中光源散热不易的问题。
34.所述控制器300用以驱动所述面积型影像传感器110以及所述光源210(210’)，以及根据所述面积型影像传感器110的感测讯号计算所述面积型影像传感器110与所述待测
物的距离。
35.所述连接器接口500用以输入所述距离量测装置的电源以及输出所述待测物的距离数据。
36.请参见图3，本新型的所述面积型影像传感器110包括阵列排布的多个像素111，所述多个像素111还具有多个子像素112。
37.请参照图4，本新型的所述面积型影像传感器110进一步包括设置于所述多个像素111上、并且阵列排布的多个红色112r、绿色112g、蓝色112b滤光片。
38.请参照图5，其为本新型之距离量测装置的所述控制器300的架构方块图。说所述控制器300包括信号驱动控制单元310、讯号处理单元320、程序记忆单元330、数据计算缓存单元340、以及输出协议单元350。
39.当本新型的距离量测装置运作时，所述控制器300的所述信号驱动控制单元310首先驱动所述面积型影像传感器110以及所述光源210(210’)。所述光源210(210’)受到驱动而发出所述发射光220。
40.当所述发射光220自所述光源210(210’)射出后，照射在所述待测物上。而所述待测物的表面将反射所述发射光220，而形成反射光230反射朝向所述影像感测组件100。最后，所述反射光230以及环境光400经过所述影像感测组件100的所述第一镜头120的对焦而照射在所述面积型影像传感器110的所述多个像素111上。
41.由于所述面积型影像传感器110上具有所述多个像素111以及红色112r、绿色112g、蓝色112b滤光片，所述反射光230以及所述环境光400穿透所述多个红色112r、绿色112g、蓝色112b滤光片，使得所述面积型影像传感器 110的所述多个像素111的所述多个子像素112接收到红光、绿光、以及蓝光，并且产生所述感测讯号。
42.接着，经过所述控制器300的所述讯号处理单元320解码所述感测讯号为红光数据、绿光数据、以及蓝光数据。并且，所述讯号处理单元320将所述绿光数据以及所述蓝光数据作为所述环境光400的数据，对所述红光数据进行比对，借以消除所述红光数据中包括所述环境光400的环境光数据。因此，所述讯号处理单元320能够将所述面积型影像传感器110的所述多个像素111的所述感测讯号加以过滤以及降噪，取得所述红光数据中包括所述反射光230的反射光数据。本新型通过此一设计，去除所述环境光400对所述红光数据的干扰，能提高感测精度以及感测效率。
43.请参照图6，其为本新型之距离量测装置中的所述反射光数据700的一实施状态示意图。在所述控制器300的所述程序记忆单元330取得了所述反射光数据700的光量分布730后，首先依据所述感测讯号计算所述反射光的所述反射光数据的所述光量分布730。在图6中的图像化的所述反射光数据700，其去除所述环境光400的所述红光数据，而形成为一个圆形图案。所述程序记忆单元330接着依据所述光量分布730的重心位置作为所述反射光230的中心位置 731。
44.请参照图7，其为本新型之距离量测装置中的所述反射光数据700的另一实施状态示意图。本实施状态的所述待测物相较图6的实施状态的所述待测物距离近。由于所述待测物由远距离移动至近距离，所述反射光230的所述中心位置731’也随之移动。并且，由于所述反射光230的能量增强，所述反射光数据700’的所述光量分布730’范围也就变得较大。
45.同时，根据三角测量法、图6以及图7的说明，当待测物与所述面积型影像传感器
110的距离有所改变时，所述反射光数据700(700’)也将有线性规则的改变。因此，所述控制器300的所述程序记忆单元330便能依据所述反射光的所述中心位置与预定的线性对照表，计算出所述面积型影像传感器110与所述待测物的距离。
46.在所述控制器300的所述程序记忆单元330执行计算的过程中，数据将会暂存在所述控制器300的所述程序记忆单元330中，以利所述控制器300的计算作业。
47.最后，所述控制器的所述输出协议单元350将转换计算出的所述面积型影像传感器110与所述待测物的距离为所述距离数据，并且通过所述连接器接口 500输出所述距离数据。
48.利用本新型的所述距离量测装置的所述面积型影像传感器110，能解决习知技术中使用线型影像传感器的光学三角测量法的距离量测装置成本过高的问题；同时，本新型采用红外线发光二极管或是表面贴装发光二极管，更能有效降低成本，并且减少习知技术中光源散热不易的问题。另外，本新型的所述控制器将所述绿光数据以及所述蓝光数据作为所述环境光的数据、通过对所述红光数据进行的比对，消除所述红光数据中包括所述环境光的所述环境光数据，达到所述红光数据的降噪效果、进而提高距离测量精度。
49.以上仅是本新型的较佳实施方式，应当指出，对于所属领域技术人员，在不脱离本新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本新型的保护范围。