用於目標表徵的可訓練雷射光學傳感系統的製作方法
2023-10-10 17:33:34 2
專利名稱：用於目標表徵的可訓練雷射光學傳感系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及傳感領域。更具體地說，本發明涉及雷射光學傳感系統和方法。本發明還涉及一種外加一個存儲器和訓練組件的可訓練雷射光學傳感系統。
背景技術：
早先的尋址傳感需要的方法一般包括用一個來自光源如發光二極體的光信號和多個檢測器。為了用一個光源照明一個環境中的大面積，已知兩種通用方法。一種方法通常包括從光源發射一個寬闊的光信號並用遍布整個環境設置的多個檢測器的其中之一檢測信號。另一種方法通常包括從光源發射一個狹窄的光信號，通過將信號反射離開一個例如旋轉的鏡面使信號繞環境分布，並用遍布整個環境設置的多個檢測器的其中之一檢測信號。儘管方法可行，但兩種方法通常都需要多個檢測器，並且通常出力效率不高，結果，產生一個低的信噪比。很差的功率轉換比反映了這種低效率，因為接收光信號的單個檢測器通常只檢測原始發射的信號其中一部分。因此，檢測得的信號一般只提供有限的有關一個目標在環境中傳感的信息(比如，存在，一般位置)。由於單一光信號的性質，這些方法還往往限制目標在環境中傳感的尺寸範圍。
早先這些方法的局限性常常在一些應用中如檢測目標在環境中的運動顯露出來。許多運動檢測系統一般都包括一種視線操作，這裡至少一個檢測器檢測一個目標的運動，因為目標中斷從一個光源發射的光束。在一些比較簡單的應用中，如確定目標存在與否，這種方法一般足夠。對一些更複雜的應用，如確定目標的運動方向，這種方法顯得不太足。當一個目標橫過一個由光源發射的光信號時，隨著被目標擋住的信號逐漸增加，由檢測器所接收的信號逐漸減小。正如該技術中一般已知的那樣，在信號檢測中這種逐漸變化的測量需要一種複雜的算法，以便確定一個目標在環境中的位置。加多個檢測器可以提供更多的信息，並減少所需算法的複雜性，然而，這一般造成如上所述的出力效率不高及增加了與附加硬體有關的費用。
上述方法的局限性還涉及包括目標識別的應用。許多已知的系統，無論是用於只識別一些特定的目標，還是用於映射目標的空間特性，都涉及用一旋轉的鏡面擴展光信號和/或用多個檢測器。也可以利用全息照相術通過將信號分成若干更小的光信號來擴展光信號。一種用於只檢測特定目標的方法包括從無線電收發機發射信號脈衝，接收反射離開目標的信號，並將所接收的信號與預先設定的反射離開已知目標的信號進行比較，信號通常都貯存在一個資料庫中。一種用於映射目標的方法包括將在一個目標存在時由不同檢測器所接收的光信號疊加，並將上述信號與同沒有目標的環境有關的信號進行比較。
儘管這些方法的每一種對一特定的功能都是可行的，但已知沒有一種方法完成幾種功能(比如，位置，行進方向，特性)。這種不足產生了對一種出力效率和成本效益二者通用系統的需要。對本發明人來說很顯然，這種系統可能能例如檢測任何目標或一種特定目標存在與否，檢測一個目標的空間特性，檢測一個目標的運動，或檢測有關一個目標運動的各種不同特性。
發明概要提供本發明的下面提要以便有助於理解本發明獨特的某些發明特點，並且不打算是一個完整的說明。完全理解本發明的各個方面可以通過利用整個說明書，權利要求書，附圖，及全文摘要獲得。
本發明的一個方面包括一種利用一垂直空腔表面發射雷射器檢測目標特性的可訓練雷射光學傳感系統。系統可以包括一個垂直空腔表面發射雷射器結構，上述垂直空腔表面發射雷射器結構具有至少兩個發射孔，這些發射孔可以用光刻法限定。雷射信號可以從每個發射孔發射到一個環境中。系統還可以包括至少一個檢測器，所述檢測器可操作式對垂直空腔表面發射雷射器結構起響應。系統可以包括一個微處理器，上述微處理器可操作式耦合到一個或多個檢測器上。系統包括一個存儲器和一個訓練組件，上述存儲器用於貯存目標數據，而上述訓練組件用於使系統能訓練識別目標。在操作時，垂直空腔表面發射雷射器結構可以發射至少兩個雷射信號到環境中，上述環境可以被一個目標佔據。一旦雷射信號通過了環境，則至少一個檢測器檢測這些雷射信號。微處理器然後可以根據由一個或多個檢測器所接收的雷射信號並與貯存在存儲器中的已知目標特性數據進行比較來確定目標特性。在同一垂直空腔表面發射雷射器結構內，所發射的各雷射信號可以相同或是不同。還可以將光學元件加到系統中，以便雷射信號在射出發射孔之後通過至少一個透鏡或是反射離開一個鏡面或多個鏡面。
本發明的另一方面提供可產生雷射的系統的可訓練特性用於目標的準確檢測。雷射光學傳感系統可以包括加一個智能可訓練的存儲器(比如，可以包括一個智能資料庫，神經網絡等)，供在訓練系統識別物體/目標時用。按照用於訓練系統的方法(比如，目標檢測和特性測定)，系統用已知的測試目標基準訓練。一個雷射源如一種垂直空腔表面發射雷射器結構，發射至少兩個雷射信號到一個環境，即一種可以被一基準或測試目標佔據的環境中。一旦雷射信號通過了上述環境，則至少一個檢測器檢測上述雷射信號。各檢測信號提供給微處理器，以便根據由檢測器所接收的雷射信號確定目標特性，並把信息貯存在存儲器(比如資料庫)中。在操作期間，一個雷射源如一種垂直空腔表面發射雷射器結構，發射至少兩個雷射信號到一個被一目標佔據的環境中。一旦雷射信號通過了包含目標的環境，則至少一個檢測器檢測上述雷射信號。各檢測信號提供給微處理器，以便根據由一個或多個檢測器所接收的雷射信號確定目標特性，並用於將通過一個雷射基目標檢測系統所獲得的目標的特性與貯存在存儲器中的已知的/存儲的目標數據對照。
本發明的一個方面提供用一種垂直空腔表面發射雷射器透射式或反射式檢測目標特性的方法。在一透射方法中，一種垂直空腔表面發射雷射器結構可以靜態地發射至少兩個雷射信號到一個環境中，上述環境可以被一個目標佔據。目標可以擋住通過環境的雷射信號的至少其中之一，並且至少一個檢測器可以透射式接收任何未被目標擋住的信號。一個微處理器然後可以通過把由垂直空腔發射雷射器結構所發射的各雷射信號特性與一個或多個檢測器所接收的信號特性進行比較來確定目標特性，並且上述目標特性也貯存在存儲器中。
在一種反射法中，一種垂直空腔表面發射雷射器結構可以連續地一次發射至少一個雷射信號到一個環境中，上述環境可以被一個目標佔據。各雷射信號的至少其中之一可以反射離開目標，並可以用至少一個檢測器檢測。一個微處理器可以通過將由垂直空腔表面發射雷射器結構所發射的各雷射信號的瞬時特性與由一個或多個檢測器所接收的信號瞬時特性進行比較來確定目標特性。
在本發明所述的任何方法中，一個微處理器可以在一個垂直空腔表面發射雷射器結構發射不同的雷射信號陣列之後通過確定哪些雷射信號被一個檢測器接收來確定一個目標的尺寸和形狀。微處理器還可以通過檢測目標擋住或反射離開的雷射信號陣列的變化來檢測目標在環境中的運動。
對該技術的技術人員來說，在驗證本發明的下面詳細說明或是能通過本發明的實踐學會時，本發明的新奇特點將變得更顯而易見。然而，應該理解，儘管表明了本發明的某些實施例，但本發明的詳細說明和所表示的一些特定實例僅是提供用於舉例說明的目的，因為對該技術的技術人員來說，從本發明的詳細說明和後面的權利要求書，在本發明的範圍的各種變化和改變將變得顯而易見。
附圖簡述在各附圖中，同樣的標號始終與各分開的視圖中相同或功能上類似的元件有關，並且上述各附圖包括在說明書中和形成說明書的一部分，上述各附圖還示出了本發明，並與本發明的詳細說明一起，用來說明本發明的原理。
圖1示出一種垂直空腔表面發射雷射器結構的示意圖；圖2示出一種發射兩個不同光信號圖形2(a)和2(b)的垂直空腔表面發射雷射器結構的示意圖；圖3示出一個目標在光信號到達一個檢測器之前擋住由一垂直空腔表面發射器結構靜態發射的光信號示意圖。
圖4示出一種垂直空腔表面發射雷射器結構通過不同的光信號發射圖形循環來確定目標的一種映射的示意圖。在圖4(a)中形成一條垂直線的各光信號，被一垂直的條形目標擋住，並且沒有一個光信號到達一個檢測器。當如圖4(b)所示發射不同的信號圖形形成一個直角時，一個信號到達檢測器。然而，在存在一種如圖4(c)所示的直角形目標時，將擋住與圖4(b)中相同的直角形圖形；
圖5示出一種發射圖5(a)和5(b)中的相同光信號圖形的垂直空表面發射雷射器結構示意圖。在圖5(a)中目標擋住所有發射的信號，而在圖5(b)中一個不同的目標不擋住所有信號，同時只能識別一個特定的目標。
圖6示出發射的光信號通過6(a)一個產生一發射陣列的放大圖象的透鏡和6(b)一個產生發射陣列擴張形式的複合透鏡系統的示意圖；圖7示出發射的光信號通過透鏡陣列的示意圖。圖7(a)中的透鏡陣列在不改變各光信號中心間距情況下擴大它們的直徑。圖7(b)中的透鏡陣列擴大發射的光信號直徑並改變發射的光信號方向。
圖8示出一個目標在一個由一垂直空腔表面發射雷射器結構連續發射的光信號到達一檢測器之前擋住所述光信號的示意圖；圖9示出一個透鏡如何能用來將由一個垂直空腔表面發射雷射器發射的光信號擴展到一個被一目標佔據的環境中，其中一個發射的信號反射離開目標併到達檢測器；圖10示出本發明的一個系統；及圖11示出一個用於本發明的一種方法的流程圖。
發明的詳細說明在這些非限制性實例中所討論的一些特定值和構造可以改變，並且僅僅是舉例說明本發明的一個實施例和不打算限制本發明的範圍。
在下面的這個實施例的非限制性實例中，圖1示出一種垂直空腔表面發射雷射器(VCSEL)，結構2，上述VCSEL結構2具有多個發射孔4，6，8和10。發射孔4可以通過用質子隔離或電介質氧化物技術其中之一製造，以便提供載波和光學約束二者。發射孔4例如在功能上與一個焊接盤12成為整體(不過它們不必成為整體)並且電耦合到一個元件14上。元件16，18，和20也在圖1中示出，並且它們可以彼此之間及與元件14相同或者不同。在給各元件供電時，各發射孔發射垂直於VCSEL結構2的光信號(未示出)，同時使它們特別適合於一維和二維陣列二者的製造。儘管在圖1(及其它附圖)中所示的實例包括一個2×2發射孔陣列，但應該注意，M×M陣列的製造也是可行的，並且2×2陣列只提供用於簡化說明。
對採用VCSEL結構2進行陣列製造的其中一個主要優點是，陣列中的所有尺寸都可以用光刻法製造，因而在發射孔的布局上有很大的尺寸公差。結果，很大的尺寸公差產生一個精確限定的所發射的光信號陣列，並能製造任何所希望的一維或二維陣列，如一種交叉的圖形。各元件可以用電學方法連接，或者實際上可用任何所希望的方式耦合，並且使光信號能單獨地或成組發射。各光信號可以用單個或多個空間模式發射，並且可以在發散角和/或光信號發射和聚焦的直徑方面改變。各光信號還可以用單一波長或多個波長發射。通過採用先進的選擇外延技術，可以製造波長分開很寬的光信號。
圖2示出用同一VCSEL結構2產生不同光信號圖形的照明。在圖2(a)中，發射孔4發射光信號22，而孔8發射光信號26。在圖2(b)中，發射孔6發射光信號24，而孔10發射光信號28。同樣，任何其它一個光信號或兩個，三個，或四個光信號組都可以從一2×2陣列發射。應當重申，包括任何數量發射孔的任何陣列者可以製造，同時能發射各種不同的光信號圖形。
第一個優選實施例是一種可重新組合的靜態結構式光源，上述靜態結構式光源在圖3中示出。圖3示出VCSEL結構2分別從發射孔4和6同時將光信號22和24發射到環境中。儘管陣列的不同光信號(或信號組)可以在不同的時間發射，但變化的定時時間不直接與預定的功能有關。目標30設置在VCSEL結構2和檢測器32之間的環境中，上述檢測器32可以是各種類型中的任何一種，如光電二極體。光電二極體檢測器可以包括一單個光電二極體，多個單獨封裝的光電二極體，或是在一個整體封裝中的整體結構上光電二極體陣列。
隨著目標30向上移動，由檢測器32接收的特定光信號從全部射到檢測器32上(沒有阻礙)，改變到一半射到檢測器32上(信號24被擋住而信號22未被擋住)，和最後全部不射到檢測器32上(信號22和24二者都被擋住)。這以一種基本上是數字形式或者逐步的形式發生。在一類似幾何形狀中的單個照明器在檢測器的照明上只提供一種很平緩的變化，同時需要一種更複雜的算法來確定中點處的位置。然而，在用這種相同VCSEL陣列的情況下，簡單地通過例如從發射口6和8而不是4和6發射信號，可以為目標30正交於圖3所示的方向移動提供同樣的功能。為了檢測對角移動的目標，將發射來自發射孔4和8或6和10的信號。因此，通過依次從不同的孔發射光信號，可以用單個檢測器32傳感多種運動。
擴展該概念要求更大的元件總數。例如，考慮具有5×2元素的VCSEL陣列，如果將一個帶波紋狀邊緣的固定目標插在VCSEL陣列和一個檢測器之間，則波紋將擋住某些光信號而不擋住另一些信號。若利用通過「發射的」和「未發射的」VCSELs的幾個固定圖形進行循環，則檢測器信號可以說成是波紋狀邊緣的映射。這樣，波紋式阻擋起一個鑰匙作用，而包括VCSEL陣列和檢測器的光學組件起一把鎖的作用。該技術的技術人員已知的電子學可以生產只識別一把或幾把鑰匙的鎖。在某些方法中相應於目標上圖形的任何發射圖形，將通過檢測器產生一個正確的辨識或識別。
圖4示出通過光信號不同發射圖形進行循環來確定一個目標映射的VCSEL結構2。在圖4(a)中，一個垂直的條形目標34擋住光信號22和24到達檢測器32。當象在圖4(b)中那樣發射不同的信號圖形(22，24，和26)時，信號26到達檢測器32，而信號22和24仍被檔柱。因此，檢測器32識別出目標34沒有在空間上與信號26有關的水平部分。然而，在存在如圖4(c)所示的直角形目標36時，與圖4(b)中所發射的相同的直角形圖形被擋住。既沒有信號22，24，也沒有信號26到達檢測器32，向檢測器32表明目標36(不象目標34)確有一個在空間上與光信號26有關的水平部分。
圖5示出一個特定的目標如何可以被識別而另一些目標不能被識別。在這個實例中，VCSEL結構2在圖5(a)和5(b)中發射相同的光信號圖形，可是目標的形狀不同。在圖5(a)中，目標36擋住不讓所有發射的信號22，24，和26到達檢測器32。在圖5(b)中，目標34隻擋住光信號22和24，同時讓信號26到達檢測器32。因此，在發射相同的光信號圖形情況下，根據環境中存在的特定目標的形狀，不同的信號將到達檢測器32。當通過系統進行精確「對照」時，結果這種差別可識別一個特定的目標。
上述波紋狀不透明障礙物只是可能的關鍵構造的一個例子。另一些可能性其中包括孔或膜上曝光區的陣列。
除了用多個光源之外，本發明可以比許多目前用攝像機作為檢測器的系統更快的完成物體識別任務。攝像機可以是各種不同類型的其中一種，包括電荷耦合器件(CCD)或互補型金屬氧化物半導體(CMOS)攝像機。當一種典型的目前系統的攝像機顯示分成若干分開的區域時，常常需要複雜的圖像處理算法，以便測量空間上被擋住均勻光源的區域。當本發明的顯示分成若干分開的區域時，由於發射多個光信號，所以每個區域都有它自己的單獨照明，該單獨照明在空間上與相鄰的各照明不同。結果，所有的信號可以同時檢測並迅速加和在一起，以便提供所希望的信息。
目標也可以通過它表面的組成檢測。表面的吸收特性可以根據各信號波長的不同而吸收和/或反射光信號。發射不同波長的光信號可以通過製造具有不同元件的VCSEL結構2完成，因此，上述發射不同波長的光信號也表示材料的吸收特性。在無論哪種情況下，即根據目標的特性檢測目標，或是檢測目標的特性，一個微處理器可以通過將檢測器所接收的光信號與VCSEL結構所發射的信號進行比較確定各種特性。如果在所發射的各信號中波長差大到足以用一檢測器檢測，則可以用多個檢測器(如各附圖中所示的檢測器32)來檢測不同波長範圍內的信號，這樣可以提供有關大多數目標吸收特性的更詳細信息。這些特點可以與存儲器中貯存的特性進行比較。
為了檢測不同尺寸的目標，可以增加光學元件。可以將一個透鏡或透鏡陣列這樣設置在VCSEL結構2和目標30之間，以便透鏡將發射的光信號圖形在圖象平面中再現成一較大或較小的圖形。圖像的發射圖形在形狀上將與所發射的原始圖形相同，但二者尺寸上不同。微處理機然後可以用原始發射的信號圖形和/或用貯存在存儲器中的信號校正在目標30存在時由檢測器32所接收的光信號圖形。
圖6示出兩種方法，在上述兩種方法中可以用透鏡來改變一個光信號陣列的尺寸。在圖6(a)中，一個透鏡38產生一個由VCSEL結構2所發射的陣列的放大圖像42，同時能檢測大於實際陣列的目標。當光信號24進入透鏡38時，透鏡38將信號放大成具有一更大直徑的新光信號40。在這種特定的構造中，放大的圖像將與由VCSEL結構2原始發射的陣列相反。在準直望遠鏡構造(未示出)中也可以用兩個透鏡。在圖6(b)中，一種複合透鏡系統產生一種擴大型式的由VCSEL結構2所發射的陣列。當光信號22和24進入透鏡44時，透鏡44映射(或是通過會聚或是通過發散)信號22和24，同時分別產生新的光信號46和48。然後信號46和48進入一個透鏡50，上述透鏡50分別使信號46和48準直成新的信號52和54。這些最終的信號52和54具有一比原始發射的光信號22和24大的直徑。
圖7示出可供選擇的透鏡陣列構造，上述透鏡陣列構造可用來改變由VCSEL結構2所發射的光信號陣列。在圖7(a)中，透鏡陣列56包括透鏡58，60，62，和64，這些透鏡58，60，62和64在空間上分別對應於發射孔4，6，8和10。透鏡58將進入的光信號22的直徑擴大成新的光信號66。同樣，透鏡60將光信號24的直徑擴大成新的光信號68。儘管透鏡陣列56的各透鏡改變了各個光信號的直徑，但它們不改變各信號的中心間距，並因此保存由VCSEL結構2所發射的陣列空間特性。
在圖7(b)中，透鏡陣列70包括透鏡72，74，76，和78，這些透鏡72，74，76，和78在空間上分別對應於發射孔4，6，8，和10。透鏡72使進入的光信號2的直徑擴大，並將進入的光信號22的方向改變成新的信號80。同樣，透鏡74使信號24的直徑擴大，並將信號24的方向改變成新的信號82。在這個特定的實例中，透鏡陣列70使進入的光信號發射，但是也可以用其它的發散或會聚的構造。
在第二個優選實施例中，照明各單個元件的定時是傳感過程的一個整體部分。各元件按順序串聯式照明，說明它們的暫時特性。在圖8中，示出VCSEL結構2按照4，6，8，10，4，6，8，10等依次從發射孔4，6，8，和10發射光信號。因此，從發射孔發射對應的光信號22，24，26，和28。在這個實例中，已經發射的三個光信號(26，28，22)用虛線示出，並且其中一個光信號目前在發射(24)。光信號26已經發射，並且不受目標30阻礙到達檢測器32。然後發射信號28並同樣地受阻礙到達檢測器32。接著光信號22也不受阻礙地到達目標30。目前，信號24發射出來並在到達檢測器32之前已被目標30擋住。如果在所有時間裡監測單個檢測器32的輸出，上述檢測器32設置成接收陣列中所有的光信號，則可以通過在特定信號被擋住時沒有信號來確定目標30的角度(及在部分程度上，空間的位置)。陣列不必是圓形，因為線性陣列或多個同心環都可通過說明檢測器32的輸出時序用來映射目標30的形狀。
如果加入光學元件，如圖9所示，則可以使各光信號轉向成不同的角度。光信號示出通過設置在VCSEL結構2和目標84之間的透鏡30。透鏡30然後使各光信號改變方向到環境中的不同地方，同時讓一個檢測器32在分開很寬的位置處傳感目標84。在只有10個VCSEL元件的情況下，大約能監測2π立體弧度的全部半個平面。
在這個實例中，光信號28，22，及然後24已經依次發射，如虛線所表示的，並且光信號26目前發射。在通過透鏡30改變方向之後，光信號26進行至它與目標84相交。然後光信號26反射離開目標84併到達檢測器32。應該注意，目標84發生這樣設置在環境中，以致它位於光信號26的路線中，而不是光信號26專門尋找目標84。如果目標84移動，則它位於一個不同光信號的路線上。
在線性陣列情況下，可以檢測一個目標沿著一個軸線的位置。「圓形」陣列應用的一個實例可以在VCSEL結構2上方用一個透鏡。隨著各單個元件依次照明，這個透鏡可以將每個信號歪斜成不同的角度。因此，通過簡單地在不同時間照明不同的元件，可以使光信號在不同時間射向環境中的不同區域。測量為收集反射光信號而設置的一個檢測器的臨時輸出，可以提供有關一個目標存在及其位置的信息。即使位置信息不需要，但在不移動部件情況下一個光信號的有效掃描可以提供一個純電氣功能而不是機械功能。這個特點可在在低得多的輸入功率下操作用，在低得多的輸入功率下操作在以電池供電的應用中可能很重要，在電池供電的應用處，能量守恆常常是關鍵。
一個透鏡或透鏡陣列可以這樣設置在VCSEL結構2附近，以便一個透鏡使每個通過它的光信號都準直。而目前的光學系統一般已知是使單個光信號準直成一個平行的信號組，本發明可以使多個信號中的每個信號都準直成相應的平行組。因為每個光信號都是以不同的角度通過一個透鏡，由於每個發射孔在VCSEL結構2上的不同位置，所以每組準直的信號都以不同的角度射出透鏡。
本發明的一個方面包括一種可訓練的雷射光學傳感系統供利用一種垂直空腔表面發射雷射器檢測目標特性。參見圖10，一個系統可以包括一個帶至少兩個發射孔的垂直空腔表面發射雷射器結構105，上述兩個發射孔可以用已知的處理方法如光刻法限定。雷射信號可以從每個發射孔發射到一個環境100中。系統還包括至少一個檢測器103，上述檢測器103可操作式對垂直空腔表面發射雷射器結構105起響應。系統可以包括一個微處理器101，VCSEL和一個存儲器102如一個資料庫，上述微處理器101可操作式耦合到一個或多個檢測器103上，上述存儲器102用於貯存目標數據和一個訓練組件，上述訓練組件用於使系統能訓練識別目標110。可訓練的雷射光學傳感系統一旦訓練就可以進行物體的正確識別，在那裡微處理器101參照一個資料庫102和/或利用神經網絡能力用貯存的已知目標信號圖形來校正檢測的來自目標110的光信號圖形。可訓練的雷射光學傳感系統還可以包括一個訓練的組件106。訓練組件包括在該技術的技術人員用已知的方式訓練和操作期間微處理器101所用的軟體。還可以包括一個運動分析組件107，以便使系統能確定目標運動性特性(比如，速度，方向)。
參見圖11，圖11示出由系統所從事的方法步驟方框圖。在操作期間，垂直空腔表面發射雷射器結構可以發射至少兩個雷射信號到環境中，如方框圖111處所示。環境可以被一個目標佔據。如方框圖112處所示，至少一個檢測器可以檢測一旦雷射信號通過環境時它們的存在(接收雷射信號)。如方框圖113處所示，微處理器將接收的信號與貯存在存儲器中的已知目標特性/數據進行比較。然後微處理器根據用貯存在存儲器中的已知目標特性數據對由檢測器接收的雷射信號進行對照和重要校正，確定目標識別/特性，如方框圖114處所示。在同一垂直空腔表面發射雷射器結構內，所發射的雷射信號可以相同或不同。還可以將光學元件加到系統中，以便雷射信號在從發射孔射出之後通過至少一個透鏡或是反射離開一個或多個鏡面。
系統可以利用一個垂直空腔表面發射雷射器結構，通過一次將發射至少一個雷射信號到一個含有一已知目標或一些已知目標特性的環境中進行訓練。已知目標可以稱之為測試目標。測試目標影響雷射信號。反射離開上述測試目標的信號用至少一個檢測器接收。代表目標特性的雷射信號貯存在存儲器中。
應該注意，幾乎所有的上述應用以及其它應用，大概可以用透鏡系統或反射系統進行尋址。本文所述的實施例和實例都是本發明及其實際應用的最佳說明，並因而使該技術的技術人員能製造和利用本發明。然而，該技術的技術人員應該理解，上述說明和一些實例只是表示用於舉例說明和作為例子的目的。對該技術的技術人員來說，本發明的另一些改變和修改將是顯而易見的，並且它是所附權利要求書的內容，所附權利要求書包括了這些變化和修改。如所述的說明不打算是詳盡無遺或是限制本發明的範圍。在不脫離後面權利要求書的精神和範圍情況下，按照上述說明進行許多修改和改變是可能的。可以設想，利用本發明可以包括許多具有不同特性的元件。企圖把本發明的範圍用附於其後的權利要求書限定，同時對所有方面的等效物提供充分的認識。
權利要求
1.用於檢測目標特性的一種雷射光學傳感系統，上述系統包括一個雷射源(105)，所述雷射源(105)具有至少兩個發射孔；至少一個檢測器(103)，所述檢測器(103)可操作式對上述雷射源(105)響應；一個微處理器(101)，所述微處理器(101)可操作式耦合到上述至少一個檢測器(103)上；一個存儲器(102)，所述存儲器(102)用於貯存目標特性；及一個訓練和檢測組件(106)，所述組件(106)使得能訓練系統識別目標，其中上述雷射源(105)發射至少兩個雷射信號到一個被目標(110)佔據的環境中，上述至少一個檢測器(103)檢測上述至少兩個雷射信號，而上述微處理器(101)根據將由上述檢測器(103)所接收的上述信號與貯存在存儲器(102)中的上述目標特性進行比較來確定目標特性。
2.如權利要求1所述的系統，其中上述雷射源(105)包括一垂直空腔表面發射雷射器。
3.如權利要求1所述的系統，其中上述檢測器(103)包括一光電二極體。
4.如權利要求1所述的系統，還包括上述至少兩個雷射信號通過至少一個透鏡(50)。
5.如權利要求1所述的系統，其中上述存儲器(102)還包括一個神經網絡增強式資料庫。
6.如權利要求1所述的系統，其中上述存儲器(102)還包括一個可訓練的資料庫。
7.用於檢測目標特性的方法，包括以下步驟用一垂直空腔表面發射雷射結構發射至少兩個雷射信號到一個環境(111)中；通過至少一個設置在上述環境內的目標擋住上述雷射信號的至少其中之一；用至少一個檢測器(112)接收(113)未被上述目標擋住的任何上述雷射信號；存取一個含有貯存的目標特性的存儲器；及用一個微處理器通過將由上述檢測器所接收的信號特性(113)與上述存儲器內所包含的貯存的目標特性進行比較確定目標特性(114)。
全文摘要
公開了一種雷射光學傳感系統和用於檢測目標特性的方法。系統包括一個雷射源(105)，上述雷射源(105)具有至少兩個雷射信號由其發射的發射孔。系統還包括至少一個檢測器(103)，上述檢測器(103)可操作式對雷射源(105)起響應。系統包括一個微處理器(101)，所述微處理器(101)可操作式耦合至少一個檢測器(103)，一個存儲器(102)，和至少一個軟體組件(106)，上述檢測器(103)用於處理信號數據，上述存儲器(102)可通過微處理器(101)存取，用於貯存目標信號(比如，獨特的信號)而上述軟體組件(106)通過微處理器可存取，用於實施系統的訓練和檢測操作。在操作時，雷射源發射(111)至少兩個雷射信號到一個環境中，上述兩個雷射信號每個發射孔發射一個。檢測器檢測(112)在信號通過環境之後的雷射信號，上述環境被一個目標佔據，並且微處理器根據由檢測器接收(113)的雷射信號與貯存在存儲器中的特性對照來確定(114)目標特性。
文檔編號G01S7/41GK1516813SQ02811918
公開日2004年7月28日 申請日期2002年4月12日 優先權日2001年4月12日
發明者J·A·塔圖姆, J·K·格恩特爾, J A 塔圖姆, 格恩特爾 申請人:霍尼韋爾國際公司