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CN110736995A - 光检测和测距感测装置 - Google Patents

光检测和测距感测装置 Download PDF

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CN110736995A CN201910583705.3A CN201910583705A CN110736995A CN 110736995 A CN110736995 A CN 110736995A CN 201910583705 A CN201910583705 A CN 201910583705A CN 110736995 A CN110736995 A CN 110736995A
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Abstract

一种LiDAR感测装置，可包括：感测光源单元，被配置为发射感测光；光透射反射器，被配置为反射从感测光源单元发射的感测光；扫描仪单元，被配置为将从光透射反射器反射的感测光反射到目标中，并反射从目标反射的入射光；光接收透镜，被配置为使从扫描仪单元反射的入射光通过，并与光透射反射器集成；光接收反射器，被配置为反射通过光接收透镜的入射光；以及光学检测单元，从光接收反射器反射的入射光入射到该光学检测单元中。根据本发明，可以减少LiDAR感测装置的部件数量。

Description

光检测和测距感测装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月2日提交的韩国申请号10-2018-0076440的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种LiDAR(Light Detection and Ranging，光检测和测距)感测装置，且更具体地，涉及一种减少遮挡区域的LiDAR感测装置，从而提高光接收效率并减少部件数量。
背景技术
随着车辆技术的发展，需要包括自动驾驶以及自动停车的功能。为了执行这些功能，对LiDAR传感器的需求正在增加。
LiDAR传感器安装在车辆的保险杠上以检测车辆的前方和后方，从而检测物体、结构等。LiDAR传感器安装在玻璃或车身结构中。LiDAR传感器使用光来检测目标。
LiDAR传感器包括用于透射光的透射光学系统(transmitting optical system)，以及用于接收入射光的接收光学系统。透射光学系统包括激光发生器、传输镜筒、透射透镜和透射反射器，而接收光学系统包括接收透镜、反射镜和激光探测器。
在传统的LiDAR传感器中，当通过接收透镜的光被反射镜反射时，形成由检测器接收的焦距。传统的LiDAR传感器的问题在于：安装反射镜以转变光路，并因此减小LiDAR传感器的尺寸，从而增加了部件的数量。
此外，由于产生了接收光学系统的接收区域的一部分被透射光学系统的传输镜筒和透射反射器遮挡的遮挡区域，因此可能会降低LiDAR传感器的光接收效率。
因此，需要克服上述问题。
在2015年1月26日注册的题为“LiDAR传感器系统”的韩国专利公开No.2015-0009177中公开了本发明的相关技术。
发明内容
本发明的实施方式涉及一种LiDAR感测装置，其减小了遮挡区域，从而提高了光接收效率并减少了部件数量。
在一个实施方式中，一种LiDAR感测装置可以包括：感测光源单元，被配置为发射感测光；光透射反射器，被配置为反射从所述感测光源单元发射的感测光；扫描仪单元，被配置为将从所述光透射反射器反射的感测光反射到目标中，并且反射从所述目标反射的入射光；光接收透镜，被配置为使从所述扫描仪单元反射的所述入射光通过，并且与所述光透射反射器集成；光接收反射器，被配置为反射通过所述光接收透镜的所述入射光；以及光学检测单元，从所述光接收反射器反射的所述入射光入射到所述光学检测单元中。
感测光源单元可以设置成偏离所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路。
感测光源单元可包括：镜筒，设置成偏离所述光接收透镜的光路；光源，设置在所述镜筒中；以及光透射透镜单元，设置在所述光源的输出侧，以准直从所述光源发射的所述感测光。
光透射透镜单元可包括：第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及第二光透射透镜，设置在所述镜筒中，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
光透射透镜单元可包括：第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及第二光透射透镜，与所述光接收透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
光透射反射器可以设置在光接收透镜的光路中。
扫描仪单元可以包括：扫描仪反射器，被配置为：将从所述光透射反射器反射的所述感测光朝向所述目标反射，并且将从所述目标反射的所述入射光反射到所述光接收透镜中；以及扫描仪驱动部，连接到所述扫描仪反射器以旋转所述扫描仪反射器。
LiDAR感测装置还可包括干涉滤光器，设置在所述光接收反射器和所述光学检测单元之间。
在另一实施方式中，一种LiDAR感测装置可包括：感测光源单元，被配置为发射感测光；扫描仪单元，被配置为将从所述感测光源单元发射的所述感测光反射到目标中，并且反射从所述目标反射的入射光；光接收透镜，被配置为使从所述扫描仪单元反射的所述入射光通过，并且与所述感测光源单元集成；光接收反射器，被配置为反射通过所述光接收透镜的所述入射光；以及光学检测单元，从所述光接收反射器反射的所述入射光入射到所述光学检测单元中。
感测光源单元可以设置在所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路中。
感测光源单元可包括：镜筒，设置在所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路中；光源，设置在镜筒中；以及光透射透镜单元，设置在所述光源的输出侧以准直从所述光源发射的所述感测光，并且与所述光接收透镜集成。
光透射透镜单元可包括：第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及第二光透射透镜，与所述光接收透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
光透射透镜单元可包括：第一光透射透镜，与所述光接收透镜集成；以及第二光透射透镜，与所述第一光透射透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
扫描仪单元可以包括：扫描仪反射器，被配置为：将从所述感测光源单元反射的所述感测光朝向所述目标反射，并且将从所述目标反射的所述入射光反射到所述光接收透镜中；以及扫描仪驱动部，设置在所述扫描仪反射器中，以旋转所述扫描仪反射器。
LiDAR感测装置还可包括干涉滤光器，设置在所述光接收反射器和所述光学检测单元之间。
根据本发明，接收光学系统和透射光学系统中的一些集成在一个光学模块中，从而可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
此外，根据本发明，由于可以减小光接收透镜中的遮挡区域的尺寸，所以可以提高光接收效率。随着光接收效率的增加，可以进一步增加LiDAR感测装置的最大检测距离。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置的配置的图。
图2是示出根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
图3是示出根据本发明第二实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
图4是示出根据本发明第三实施方式的LiDAR感测装置的配置的图。
图5是示出根据本发明第三实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
图6是示出根据本发明第四实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明实施方式的LiDAR感测装置。应当注意，附图不是精确的比例，并且为了描述方便和清楚起见，可能夸大线的粗细或部件的尺寸。此外，本文使用的术语是通过考虑本发明的功能来定义的，并且可以根据用户或操作者的习惯或意图来改变。因此，术语的定义应根据本文所述的总体披露情况而作出。
首先，将描述根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置。
图1是示出根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置的配置的图，以及图2是示出根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
参考图1和图2，根据本发明第一实施方式的LiDAR感测装置包括感测光源单元10、光透射反射器20、扫描仪单元30，光接收透镜40、光接收反射器50和光学检测单元60。
感测光源单元10发射感测光。感测光源单元10设置成偏离光接收透镜40和光接收反射器50的光路。由于感测光源单元10设置成偏离光接收透镜40和光接收反射器50的光路，可以防止感测光源单元10遮挡光路中的入射光。
因此，由于可以防止感测光源单元10在光接收透镜40的光路中产生遮挡区域A，所以可以提高光接收效率。随着光接收效率的提高，可以增加LiDAR感测装置的最大检测距离。
感测光源单元10包括镜筒11、光源13和光透射透镜单元15。
镜筒11设置成偏离光接收透镜40的光路。镜筒11可以形成为圆柱形。光源13设置在镜筒11中。光透射透镜单元15设置在光源13的输出侧，以准直(collimate)从光源13发射的感测光。由于光透射透镜单元15准直感测光线成为平行光线，可以改善感测光的输出。
光透射透镜单元15包括第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b。第一光透射透镜15a设置在镜筒11中。第二光透射透镜15b安装在镜筒11中，并且穿过第一光透射透镜15a的感测光入射在第二光透射透镜15b上。由于第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b安装在镜筒11中，因此可以防止第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b产生光接收透镜40的遮挡区域A。
光透射反射器20反射从感测光源单元10发射的感测光。光透射反射器20可以涂覆有金属反射层(未示出)，以提高光反射效率。
光透射反射器20设置在光接收透镜40的光路中。这里，由于光透射反射器20设置在光接收透镜40的光路中，因此产生对应于光透射反射器20的宽度的遮挡区域A。因此，由于在光接收透镜40中减小了遮挡区域A，所以可以提高光接收效率。随着光接收效率的提高，可以进一步提高LiDAR感测装置的最大检测距离。
扫描仪单元30将从光透射反射器20反射的感测光反射到目标中，然后反射从目标反射的入射光。在扫描仪单元30上形成反射层以提高光反射效率。
扫描仪单元30包括扫描仪反射器31和扫描仪驱动部33。扫描仪反射器31将从光透射反射器20反射的感测光朝向目标反射，并且将从目标反射的入射光反射到光接收透镜40中。扫描仪驱动部33连接到扫描仪反射器31以旋转扫描仪反射器31。由于扫描仪驱动部33旋转扫描仪反射器31，所以可以根据扫描仪反射器31的角度改变感测光和入射光的反射角。
电机单元(motor unit)可以应用于扫描仪驱动部33。电机单元可以包括编码器(未示出)或与编码器连接。编码器测量电机单元的转数、转速和旋转角度，以将测量值提供给控制单元。
从扫描仪单元30反射的入射光穿过光接收透镜40。
光接收透镜40可以与光透射反射器20集成。光接收透镜40和光透射反射器20可以由相同的光学材料制成，例如晶体、玻璃或透明合成树脂。可以在光接收透镜40上形成抗反射涂层以防止入射光被反射。
由于光接收透镜40和光透射反射器20集成在一个光学模块中，因此可以减少部件的数量。此外，可以防止由镜筒11产生遮挡区域A。
光接收反射器50反射穿过光接收透镜40的入射光。在光接收反射器50上形成反射层(未示出)，以提高光反射效率。
从光接收反射器50反射的入射光入射到光学检测单元60中。当入射光入射到光学检测单元60中时，可以检测目标的位置和距离。
LiDAR感测装置还包括安装在光接收反射器50和光学检测单元60之间的干涉滤光器63。干涉滤光器63过滤特定波长的光。由于干涉滤光器63使特定波长范围的光入射到光学检测单元60中，因此光学检测单元60可以精确地检测目标的位置和距离。
接下来，将描述根据本发明第二实施方式的LiDAR感测装置。由于除了感测光源单元之外第二实施方式基本上与第一实施方式相同，因此两个实施方式共有的部件将带有相同的附图标记，并且这里将省略其重复描述。
图3是示出根据本发明第二实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
参考图3，根据本发明第二实施方式的LiDAR感测装置10包括镜筒11、光源13和光透射透镜单元15。
镜筒11设置成偏离光接收透镜40的光路。镜筒11可以形成为圆柱形。光源13安装在镜筒11中。光透射透镜单元15设置在光源13的输出侧，以准直从光源13发射的感测光。由于光透射透镜单元15准直感测光成为平行光线，可以改善感测光的输出。
光透射透镜单元15包括第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b。
至少一个第一光透射透镜15a安装在镜筒11中。第一光透射透镜15a由诸如水晶、玻璃或透明合成树脂的光学材料制成。
第二光透射透镜15b与光接收透镜40集成。安装至少一个第二光透射透镜以使穿过第一光透射透镜15a的感测光入射到其中。此外，光接收透镜40和光透射反射器20彼此集成在一起。第二光透射透镜15b、光接收透镜40和光透射反射器20可以由相同的光学材料制成，诸如晶体、玻璃或透明合成树脂。由于第二光透射透镜15b、光接收透镜40和光透射反射器20集成在一个光学模块中，因此可以减少LiDAR感测装置的部件数量。此外，可以防止由镜筒11产生遮挡区域A。
接下来，将描述根据本发明第三实施方式的LiDAR感测装置。
图4是示出根据本发明第三实施方式的LiDAR感测装置的配置的图，以及图5是示出根据本发明第三实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
参考图4和图5，根据本发明第三实施方式的LiDAR的感测装置包括感测光源单元10、扫描仪单元30、光接收透镜40、光接收反射器50和光学检测单元60。
感测光源单元10发射感测光。感测光源单元10设置在光接收透镜40和光接收反射器50的光路中。因此，由于感测光源单元10产生光接收透镜40和光接收反射器50的遮挡区域A，因此，可以减小遮挡区域A的尺寸。因此，由于光接收透镜40中的遮挡区域A减小，所以可以提高光接收效率。随着光接收效率的提高，可以进一步提高LiDAR感测装置的最大检测距离。
由于感测光源单元10设置在光接收透镜40的光路上，因此不需要安装将从感测光源单元10发射的感测光朝向扫描仪单元30反射的光透射反射器。因此，可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
感测光源单元10包括镜筒11、光源13和光透射透镜单元15。
镜筒11设置在光接收透镜40和光接收反射器50的光路中。镜筒11可以形成为圆柱形。光源13安装在镜筒11中。
光透射透镜单元15可以设置在光源13的输出侧，以准直从光源13发射的感测光，并且可以与光接收透镜40集成。由于光透射透镜单元15将感测光准直成平行光线，因此可以改善感测光的输出。此外，由于光透射透镜单元15和光接收透镜40彼此集成并且省略了光透射反射器的安装，所以可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
光透射透镜单元15包括第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b。第一光透射透镜15a安装在镜筒11中。第二光透射透镜15b与光接收透镜40集成，并且穿过第一光透射透镜15a的感测光入射到第二光透射透镜15b中。由于第二光透射透镜15b与光接收透镜40集成，因此可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
扫描仪单元30将从感测光源单元10发射的感测光反射到目标中，然后反射从目标反射的入射光。在扫描仪单元30上形成反射层以提高光反射效率。由于从感测光源单元10发射的感测光入射到扫描仪单元30中，因此不需要安装将感测光朝向扫描仪单元30反射的光透射反射器。因此，可以减少LiDAR感测装置的部件的数量。
扫描仪单元30包括扫描仪反射器31和扫描仪驱动部33。扫描仪反射器31将从感测光源单元10反射的感测光朝向目标反射，并且从目标反射的入射光被反射到光接收透镜40。扫描仪驱动部33连接到扫描仪反射器31以旋转扫描仪反射器31。由于扫描仪驱动部33旋转扫描仪反射器31，因此可以根据扫描仪反射器31的角度改变感测光和入射光的反射角。
电机单元可以应用于扫描仪驱动部33。电机单元可以包括编码器(未示出)或与编码器连接。编码器测量电机单元的转数、转速和旋转角度，以将测量值提供给控制单元。
光接收透镜40使从扫描仪单元30反射的入射光通过，并与感测光源单元10集成。光接收透镜40可以由光学材料制成，诸如水晶，玻璃或透明合成树脂。可以在光接收透镜40上形成抗反射涂层以防止入射光被反射。由于光接收透镜40和感测光源单元10集成在一个光学模块中，因此可以减少部件的数量。此外，可以减小遮挡区域A。
光接收反射器50反射穿过光接收透镜40的入射光。反射层也形成在扫描仪单元30上，以提高光反射效率。
从光接收反射器50反射的入射光入射到光学检测单元60中。当入射光入射到光学检测单元60中时，可以检测目标的位置和距离。
LiDAR感测装置还包括安装在光接收反射器50和光学检测单元60之间的干涉滤光器63。干涉滤光器63过滤特定波长的光。由于干涉滤光器63使特定波长范围的光入射到光学检测单元60中，因此光学检测单元60可以精确地检测目标的位置和距离。
接下来，将描述根据本发明第四实施方式的LiDAR感测装置。由于除了光透射透镜单元和光接收透镜之外，第四实施方式基本上与第三实施方式相同，因此两个实施方式共有的部件将带有相同的附图标记，并且这里将省略其重复描述。
图6是示出根据本发明第四实施方式的LiDAR感测装置中的感测光源单元、光接收透镜和光接收反射器的配置的图。
参考图6，根据本发明第四实施方式的感测光源单元10包括镜筒11、光源13和光透射透镜单元15。
镜筒11设置在光接收透镜40和光接收反射器50的光路中。镜筒11可以形成为圆柱形。光源13安装在镜筒11中。
光透射透镜单元15设置在光源13的输出侧，以准直从光源13发射的感测光，并与光接收透镜40集成。由于光透射透镜单元15将感测光准直成平行光线，所以可以改善感测光的输出。此外，由于光透射透镜单元15和光接收透镜40彼此集成在一起，所以可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
光透射透镜单元15包括第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b。
第一光透射透镜15a与光接收透镜40集成。第一光透射透镜15a由光学材料制成，例如晶体、玻璃或透明合成树脂。由于第一光透射透镜15a与光接收透镜40集成，因此可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
穿过第一光透射透镜15a的感测光入射到第二光透射透镜15b中，并且第二光透射透镜与光接收透镜40集成。第二光透射透镜15b、第一光透射透镜15a和光接收透镜40可以由相同的光学材料制成，例如晶体、玻璃或透明合成树脂。由于光接收透镜40、第一光透射透镜15a和第二光透射透镜15b集成在一个光学模块中，因此可以减少LiDAR感测装置的部件数量。此外，可以减小遮挡区域A的尺寸。
根据本发明，一些接收光学系统和发射光学系统集成在一个光学模块中，从而可以减少LiDAR感测装置的部件数量。
此外，根据本发明，由于可以减小光接收透镜40中的遮挡区域A的尺寸，所以可以提高光接收效率。随着光接收效率的增加，可以进一步增加LiDAR感测装置的最大检测距离。
尽管出于说明性目的公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (15)

1.一种光检测和测距感测装置，包括：
感测光源单元，被配置为发射感测光；
光透射反射器，被配置为反射从所述感测光源单元发射的感测光；
扫描仪单元，被配置为将从所述光透射反射器反射的感测光反射到目标中，并且反射从所述目标反射的入射光；
光接收透镜，被配置为使从所述扫描仪单元反射的所述入射光通过，并且与所述光透射反射器集成；
光接收反射器，被配置为反射通过所述光接收透镜的所述入射光；以及
光学检测单元，从所述光接收反射器反射的所述入射光入射到所述光学检测单元中。
2.根据权利要求1所述的光检测和测距感测装置，其中，所述感测光源单元设置成偏离所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路。
3.根据权利要求2所述的光检测和测距感测装置，其中，所述感测光源单元包括：
镜筒，设置成偏离所述光接收透镜的光路；
光源，设置在所述镜筒中；以及
光透射透镜单元，设置在所述光源的输出侧，以准直从所述光源发射的所述感测光。
4.根据权利要求3所述的光检测和测距感测装置，其中，所述光透射透镜单元包括：
第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及
第二光透射透镜，设置在所述镜筒中，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
5.根据权利要求3所述的光检测和测距感测装置，其中，所述光透射透镜单元包括：
第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及
第二光透射透镜，与所述光接收透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
6.根据权利要求1所述的光检测和测距感测装置，其中，所述光透射反射器设置在所述光接收透镜的光路中。
7.根据权利要求1所述的光检测和测距感测装置，其中，所述扫描仪单元包括：
扫描仪反射器，被配置为：将从所述光透射反射器反射的所述感测光朝向所述目标反射，并且将从所述目标反射的所述入射光反射到所述光接收透镜中；以及
扫描仪驱动部，连接到所述扫描仪反射器以旋转所述扫描仪反射器。
8.根据权利要求1所述的光检测和测距感测装置，还包括：
干涉滤光器，设置在所述光接收反射器和所述光学检测单元之间。
9.一种光检测和测距感测装置，包括：
感测光源单元，被配置为发射感测光；
扫描仪单元，被配置为将从所述感测光源单元发射的所述感测光反射到目标中，并且反射从所述目标反射的入射光；
光接收透镜，被配置为使从所述扫描仪单元反射的所述入射光通过，并且与所述感测光源单元集成；
光接收反射器，被配置为反射通过所述光接收透镜的所述入射光；以及
光学检测单元，从所述光接收反射器反射的所述入射光入射到所述光学检测单元中。
10.根据权利要求9所述的光检测和测距感测装置，其中，所述感测光源单元设置在所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路中。
11.根据权利要求10所述的光检测和测距感测装置，其中，所述感测光源单元包括：
镜筒，设置在所述光接收透镜和所述光接收反射器的光路中；
光源，设置在所述镜筒中；以及
光透射透镜单元，设置在所述光源的输出侧以准直从所述光源发射的所述感测光，并且与所述光接收透镜集成。
12.根据权利要求11所述的光检测和测距感测装置，其中，所述光透射透镜单元包括：
第一光透射透镜，设置在所述镜筒中；以及
第二光透射透镜，与所述光接收透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
13.根据权利要求11所述的光检测和测距感测装置，其中，所述光透射透镜单元包括：
第一光透射透镜，与所述光接收透镜集成；以及
第二光透射透镜，与所述第一光透射透镜集成，穿过所述第一光透射透镜的所述感测光入射到所述第二光透射透镜中。
14.根据权利要求9所述的光检测和测距感测装置，其中，所述扫描仪单元包括：
扫描仪反射器，被配置为：将从所述感测光源单元反射的所述感测光朝向所述目标反射，并且将从所述目标反射的所述入射光反射到所述光接收透镜中；以及
扫描仪驱动部，设置在所述扫描仪反射器中，以旋转所述扫描仪反射器。
15.根据权利要求9所述的光检测和测距感测装置，还包括：
干涉滤光器，设置在所述光接收反射器和所述光学检测单元之间。
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