TW202422101A - 具角度報點之測距裝置及其角度報點方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具角度報點之測距裝置及其角度報點方法。前述測距裝置包含一距離感測模組及一控制模組，控制模組耦接距離感測模組，並取得一角度資訊，控制模組自距離感測模組取得複數距離感測值，且依據角度資訊以及距離感測值產生一封包。

Description

具角度報點之測距裝置及其角度報點方法

本發明係關於一種測距裝置，特別是一種具角度報點之測距裝置及其角度報點方法。

距離感測器用於量測自身與周圍環境的距離，其設置在電子裝置可讓電子裝置獲知周圍狀況，而有非常多的運用。因此，距離感測器為現行電子裝置不可獲缺的配備，廣泛應用在行動電話、汽車、智慧機器人及掃地機器人等領域。

有些電子裝置的測距設備具有轉動測距掃描功能，例如掃地機器人上的光學雷達，此類型的測距設備除了具有距離感測器外，還會有搭配旋轉台的角度感測器，如此測距設備在轉動時可取得距離與角度資訊，以可建構出二維/三維空間。習知測距裝備的測距報點方法，先由角度感測器感測測距設備的轉動，待取得角度資訊後，才開始由距離感測器感測周圍物體的距離，換言之，習知方案無法有效率的運用測距時間，而影響運算效率。

綜上所述，如何提供一種可解決上述報點問題乃本領域亟需解決之技術課題。

本發明之一目的，在於提供一種具角度報點之測距裝置及其角度報點方法，藉由分別感測角度以及距離，且在進行感測角度的期間進行距離感測，再生成具角度值之測距封包，以有效改善測距之運算效率。

本發明提供一種具角度報點之測距裝置，其包含一距離感測模組與一控制模組。控制模組耦接前述之距離感測模組，並取得一角度資訊。控制模組從距離感測模組取得複數筆距離感測值，並依據前述之距離感測值與角度資訊產生一封包。

本發明提供一種角度報點方法，其應用於一測距裝置，並在測距裝置運行時，驅使測距裝置取得複數筆距離感測值，以及驅使測距裝置取得一角度資訊，再依據前述之距離感測值與角度資訊產生一封包。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。再者，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接該第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地連接至該第二裝置。

請參閱第一圖，其為本發明之一實施例之具角度報點之測距裝置的示意圖。如圖所示，測距裝置10包含一距離感測模組12及一控制模組14，控制模組14耦接距離感測模組12，且耦接一角度感測模組20，角度感測模組20設置於一轉動模組30，測距裝置10設置於轉動模組30的旋轉台（圖未示）上，轉動模組30之底座（圖未示）再設置於一電子裝置（圖未示），以使測距裝置10相對於電子裝置（例如掃地機器人）進行轉動測距。角度感測模組20用於感測轉動模組30的轉動，並產生一角度資訊，且提供角度資訊至控制模組14，控制模組14依據角度資訊可以得知轉動模組30的轉動角度、轉動速度等。

距離感測模組12用於感測本身與物體間的距離，也就是感測電子裝置與物體間的距離，並產生複數距離感測值，以可提供該些距離感測值，控制模組14依據一定期時序從距離感測模組12取得該些距離感測值，控制模組14依據該些距離感測值與角度資訊產生一封包。在角度感測模組20感測轉動的期間，距離感測模組12進行距離感測以可提供該些距離感測值，不同於習用測距裝置接收到角度感測模組的資訊後才進行距離感測，如此測距裝置10可以有效率的配置控制模組14之運行時間。於本發明之實施例中，控制模組14依據取得的該些距離感測值產生一距離量測值，控制模組14依據距離量測值與角度資訊產生封包，封包具有距離量測值與對應的角度值，更可包含其他資訊，例如角速度值。

於本實施例中，測距裝置10可為光達或其他類型距離感測裝置，距離感測模組12可為各種類型之測距模組，如單光子崩潰二極體（Single Photon Avalanche Diode，SPAD）測距模組、光二極體（Photo Diode，PD）測距模組、崩潰光二極體（Avalanche Photo Diode，APD）測距模組等等。控制模組14可為微處理器、現場可程式化邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）或其他處理器等。角度感測模組20可為光學編碼器或磁性編碼器等。轉動模組30可為光學雷達之旋轉台或振鏡。

請參閱第二圖，其為本發明之另一實施例之角度報點方法的流程圖。本發明之另一實施例為一種角度報點方法，應用於一測距裝置。該方法包含下列步驟： S101: 驅使測距裝置取得複數筆距離感測值。 S103: 驅使測距裝置取得一角度資訊。 S105: 依據前述之距離感測值與角度資訊產生一封包。

於另一實施例中，前述之角度報點方法更可包含下列步驟：於一角度感測模組感測轉動的期間驅使測距裝置提供該些距離感測值；依據一定期時序取得前述之距離感測值，並依據取得的距離感測值產生一距離量測值，且依據距離量測值與角度資訊來產生封包，前述封包具有距離量測值與一角度值。

於另一實施例中，前述之角度報點方法產生角度資訊的一感測時序與定期時序互為獨立。

於另一實施例中，前述之角度報點方法產生角度資訊之感測時序快於定期時序時，會減少取得距離感測值的數量，來產生對應的距離量測值。

於另一實施例中，前述之角度報點方法產生角度資訊之感測時序快於定期時序時，會依據下一新角度資訊與下一新距離量測值產生封包。

於另一實施例中，前述之角度報點方法產生角度資訊之感測時序慢於定期時序時，會停止取得距離感測值。

於另一實施例中，運用前述之角度報點方法之測距裝置會依據距離感測值或距離量測值之其中至少一個生成時點，與取得角度資訊之接收時點之時差配置角度值。

以下以測距裝置10進行說明，惟前述之角度報點方法亦具有相同或相似之技術功效。請一併參閱第三圖，其為本發明之一實施例之角度報點之時序示意圖。感測時序T1表示角度感測模組20感測轉動的時序，也表示產生角度資訊的時序；定期時序T2表示控制模組14從距離感測模組12取得距離感測值的時序，其也表示距離感測模組12感測距離的時序；封包時序T3表示控制模組14產生封包的時序。於本發明之一實施例中，角度感測模組20進行感測時，其會產生角度資訊，並提供至控制模組14，例如一感測訊號SEN，其可為中斷訊號，感測訊號SEN的訊號時序可表示感測時序T1。

感測訊號SEN的一個訊號週期T ₁₁可表示轉動模組30轉動一個特定角度，例如24度，如此感測訊號SEN的半個訊號週期T ₁₁/2可表示轉動模組30轉動特定角度的一半，例如12度。以感測訊號SEN的一個訊號週期T ₁₁表示24度為例，控制模組14接收到感測訊號SEN達15個訊號週期T ₁₁，即表示轉動模組30轉動360度。轉動模組30在等速轉動下，控制模組14接收到感測訊號SEN的上緣R，並且開始計數/計時，即可得知轉動模組30轉動的角度，接收到感測訊號SEN的下緣F，控制模組30即得知轉動模組30轉動12度。同理，控制模組14再次接收到感測訊號SEN的上緣R，即得知轉動模組30轉動24度。

於本發明之一實施例中，角度感測模組20產生感測訊號SEN時，可在對應每個上緣R的時間與下緣F的時間，發出一通知訊號作為角度資訊至控制模組14，而可未提供感測訊號SEN至控制模組14，控制模組14即進行計數/計時，以得知轉動模組30轉動的角度。於本發明之一實施例中，控制模組14每隔15個訊號週期即重置重新計數/計時。感測訊號SEN的訊號週期T ₁₁可依據使用需求而設計，例如一個訊號週期T ₁₁表示12度或者6度等。角度感測模組20的種類眾多，所以有不同感測角度方式，上述僅為本發明之角度感測模組20運作的一實施例，並不以此為限。本發明之角度感測模組20於感測期間，其產生角度資訊至控制模組14，控制模組14即可得知轉動模組30轉動的角度。

復參閱第三圖，控制模組14依據定期時序T2從距離感測模組12取得距離感測值，並依據距離感測值產生距離量測值，其表示電子裝置與物體間的距離。於本發明的實施例中，一定期脈波訊號的訊號時序可作為定期時序T2。於本實施例中，以定期脈波訊號的12個脈波為一個週期作為例子，但不以此為限，控制模組14依據脈波訊號的前面11個脈波（0 ~ 10）從距離感測模組12取得11個距離感測值，並於第12脈波（11）的週期依據此11筆距離感測值求得距離量測值，例如求得此11筆距離感測值的平均值作為距離量測值，或者刪除最大與最小距離感測值，再求得平均值作為距離量測值，又或者設定不同權重，對該些距離感測值進行加權運算，以取得距離量測值。上述僅為本發明之控制模組14產生距離量測值的實施方式，並不以此為限。於本發明之實施例中，控制模組14可產生定期脈波訊號，也可由其他電路產生定期脈波訊號。於本發明之實施例中，感測時序T1與定期時序T2可互為獨立。

控制模組14依據取得的角度值與距離量測值產生封包。於本發明之實施例中，一個封包（Pack）具有四個索引（cnt0 ~ cnt3），每個索引至少具有一個角度值與對應的距離量測值或者其他資訊，上述封包僅為本發明之一實施例，並不以此為限，索引數量可依據使用需求而設計。在角度感測模組20感測轉動模組30的轉動的期間，距離感測模組12進行距離感測，控制模組14依據角度資訊得知角度值時，也隨即可以取得距離量測值以產生封包，如此可以有效率的配置控制模組14之運行時間，也可以避免無法適時量測到物體的距離，以可避免無法適時回報角度值與距離量測值。

於一實施例中，控制模組14依據距離感測值，或者距離量測值的其中至少一個所對應的生成時點Tg，與取得角度資訊之接收時點Tangle之時間差值配置出角度值。舉例說明，若轉動模組30之每秒轉速（RPS）為5，且量測角度為1度，因轉動模組30每秒轉動角度為 度，轉動一度角的時間為（ =555.55ms），因此設定測距裝置10進行轉動測距時每秒會產生1800個距離量測值（報點率註記為1.8KHz），如此每個距離量測值之間的時間間隔為報點率之倒數（ =555.55ms）。換言之，當產生距離量測值之產生時點Tg與接收時點Tangle相差555.55ms時，即表示該量測點之角度值相較於接收時點Tangle對應之角度值增加了1度。基於上述方式，測距裝置10可利用計時方式，得知產生時點Tg與接收時點Tangle的時間差值，以可得知角度值。

請參閱第四圖，其為本發明之一實施例之感測時序快於定期時序情況的角度報點的示意圖。第四圖實施例同於第三圖實施例，感測訊號SEN的訊號週期T ₁₁表示轉動模組30轉動24度，定期脈波訊號的訊號時序作為定期時序T2，定期脈波訊號的12個脈波為一個週期。於正常（normal）狀態，角度感測模組20於感測訊號SEN的第二上緣R時間點發出通知訊號至控制模組14，控制模組14依據通知訊號（角度資訊）可得知角度值為24，並已經依據定期脈波訊號的11個脈波從距離感測模組12取得11個距離感測值（measure x 11），且在定期脈波訊號的第12個脈波的週期已依據此11個距離感測值求得距離量測值，而可提供（dump）此距離量測值，如此可適時將角度值與距離量測值填入第六封包（Pack5）的第四索引（cnt3），作為第四索引的內容。

復參閱第四圖，若角度感測模組20於感測訊號SEN的第二上緣R時間點發出通知訊號至控制模組14，控制模組14得知角度值，然而控制模組14才依據定期脈波訊號的6個脈波從距離感測模組12取得6個距離感測值（measure x 6），此狀況即表示感測時序T1快於（early）定期時序T2。於本發明之一實施例，控制模組14依據目前已取得的6個距離感測值求得距離量測值，即控制模組14減少取得距離感測值的數量，並將角度值與距離量測值作為第六封包（Pack5）的第四索引（cnt3）的內容。

於本發明之一實施例中，控制模組14收到通知訊號時，控制模組14才要進行填寫第三索引（cnt2），即感測時序T1更快於定期時序T2，控制模組14將取得的距離量測值填入第六封包（Pack5）的第三索引（cnt2）與第四索引（cnt3），也就是對應角度23與角度24的距離量測值相同。於本發明之一實施例中，控制模組14收到通知訊號時，控制模組14才要填寫第一索引（cnt0）或者第二索引（cnt1），即感測時序T1又更快於定期時序T2，控制模組14將取得的距離量測值填入第一索引（cnt0），其餘第二索引（cnt1）到第四索引（cnt3）皆不填寫，也就是捨棄部分角度對應的距離，而依據下一新角度資訊（下一新角度值）與下一新距離量測值填寫下一個封包的第一個索引。於本發明之一實施例中，在上述情況下，控制模組14可將取得的距離量測值填入第一索引（cnt0）至第四索引（cnt3）。上述報點方式僅為本發明之實施例，並不以此為限，可依據使用需求而決定。

請參閱第五圖，其為本發明之一實施例之感測時序慢於定期時序情況的角度報點的示意圖。第五圖實施例同於三圖實施例，感測訊號SEN的訊號週期T ₁₁表示轉動模組30轉動24度，定期脈波訊號的訊號時序作為定期時序T2，定期脈波訊號的12個脈波為一個週期。控制模組14未收到通知訊號時，控制模組14已依據定期脈波訊號的11個脈波從距離感測模組12取得11個距離感測值（measure x 11），並也已依據此11個距離感測值求得距離量測值，而可提供（dump）此距離量測值，也就是感測時序T1慢於（late）定期時序T2，於本發明之一實施例中，控制模組14停止（Idle）取得距離感測值，且可進一步控制距離感測模組12停止感測，直到收到通知訊號才控制距離感測模組12進行感測並取得距離感測值。

本發明提供一種具角度報點之測距裝置及其角度報點方法，其在感測轉動的期間，也感測物體的距離，而提供距離感測值，以適時依據角度資訊與距離感測值產生封包。如此，可以有效率的配置控制模組之運行時間，也可以避免無法適時量測到物體的距離，以可避免無法適時回報角度與距離。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈  鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:測距裝置 12:距離感測模組 14:控制模組 20:角度感測模組 30:轉動模組 cnt0:第一索引 cnt1:第二索引 cnt2:第三索引 cnt3:第四索引 F:下緣 Pack0:第一封包 Pack1:第二封包 Pack5:第六封包 R:上緣 SEN:感測訊號 T1:感測時序 T ₁₁:訊號週期 T2:定期時序 T3:封包時序 S101~S105:步驟

第一圖：其為本發明之一實施例之具角度報點之測距裝置的示意圖； 第二圖：其為本發明之另一實施例之角度報點方法的流程圖； 第三圖：其為本發明之一實施例之角度報點之時序示意圖； 第四圖：其為本發明之一實施例之感測時序快於定期時序情況的角度報點的示意圖；以及 第五圖：其為本發明之一實施例之感測時序慢於定期時序情況的角度報點的示意圖。

10:測距裝置

12:距離感測模組

14:控制模組

20:角度感測模組

30:轉動模組

Claims (14)

1. 一種具角度報點之測距裝置，其包含： 一距離感測模組，提供複數筆距離感測值；以及 一控制模組，耦接該距離感測模組以取得該些距離感測值，且取得一角度資訊，並依據該些距離感測值與該角度資訊產生一封包。
2. 如請求項1所述之測距裝置，其中該距離感測模組於一角度感測模組感測轉動的期間提供該些距離感測值，該控制模組依據一定期時序從該距離感測模組取得該些距離感測值，並依據取得的該些距離感測值產生一距離量測值，該控制模組依據該距離量測值與該角度資訊產生該封包，該封包具有該距離量測值與一角度值。
3. 如請求項2所述之測距裝置，其中該角度感測模組產生該角度資訊的一感測時序與該定期時序互為獨立。
4. 如請求項2所述之測距裝置，其中該角度感測模組產生該角度資訊的一感測時序快於該定期時序時，該控制模組減少取得該些距離感測值的數量，並產生該距離量測值。
5. 如請求項2所述之測距裝置，其中該角度感測模組產生該角度資訊的一感測時序快於該定期時序時，該控制模組依據下一新角度資訊與下一新距離量測值產生該封包。
6. 如請求項2所述之測距裝置，其中該角度感測模組產生該角度資訊的一感測時序慢於該定期時序時，該控制模組停止取得該些距離感測值。
7. 如請求項2所述之測距裝置，其中該控制模組依據該些距離感測值或該距離量測值的其中至少一個生成時點，與取得該角度資訊之一接收時點之時差配置該角度值。
8. 一種角度報點方法，應用於一測距裝置，其包含： 驅使該測距裝置取得複數筆距離感測值； 驅使該測距裝置取得一角度資訊；以及 依據該些距離感測值與該角度資訊產生一封包。
9. 如請求項8所述之角度報點方法，更包含： 於一角度感測模組感測轉動的期間驅使該測距裝置提供該些距離感測值；以及 依據一定期時序取得該些距離感測值，並依據取得的該些距離感測值產生一距離量測值，且依據該距離量測值與該角度資訊產生該封包，該封包具有該距離量測值與一角度值。
10. 如請求項9所述之角度報點方法，其中產生該角度資訊的一感測時序與該定期時序互為獨立。
11. 如請求項9所述之角度報點方法，其中產生該角度資訊的一感測時序快於該定期時序時，減少取得該些距離感測值的數量，並產生該距離量測值。
12. 如請求項9所述之角度報點方法，其中產生該角度資訊的一感測時序快於該定期時序時，依據下一新角度資訊與下一新距離量測值產生該封包。
13. 如請求項9所述之角度報點方法，其中產生該角度資訊的一感測時序慢於該定期時序時，停止取得該些距離感測值。
14. 如請求項9所述之角度報點方法，其中該測距裝置依據該些距離感測值或該距離量測值之其中至少一個生成時點，與取得該角度資訊之接收時點之時差配置該角度值。

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