CN117908238A - 探测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及探测技术领域，旨在解决扫描式探测装置需要配置旋转或偏转构件及相应的控制系统，结构复杂、成本高的问题，提供探测装置，包括光发射元件、第一光学元件以及光接收元件。光发射元件用于发射第一光束；第一光学元件设于所述第一光束的光路上，并能够反射所述第一光束以形成同时沿周向不同方向出射的第二光束；所述第二光束能够被光路上的物体反射形成第三光束；光接收元件用于接收所述第三光束。本申请的有益效果是探测范围较大，且结构简单、成本较低。

Description

探测装置

技术领域

本申请涉及探测技术领域，具体而言，涉及探测装置。

背景技术

已知的扫描式探测装置中，需要配置能够旋转的扫描镜或MEMS振镜，这增加了结构和控制的复杂度，并提高了装置成本。

发明内容

本申请旨在提供一种探测装置，以解决扫描式探测装置需要配置旋转或偏转构件及相应的控制系统，结构复杂、成本高的问题。

本申请提供一种探测装置，其包括：

座件，所述座件具有沿轴向延伸的内部空间以及沿周向的光通道；

光发射元件，设于所述内部空间，并能够沿所述内部空间的轴向发射第一光束；

光接收元件，设于所述内部空间，并与所述光发射元件沿所述内部空间的轴向间隔相对；

第一光学元件，设于所述光发射元件和所述光接收元件之间；所述第一光学元件为具有圆锥形的第一反射面的反射镜，所述第一反射面朝向所述光发射元件，且所述第一反射面的中轴线平行于所述第一光束的中轴线或与所述第一光束的中轴线重合，所述第一反射面能够将所述第一光束沿周向反射形成沿周向分布的第二光束；所述第二光束能够穿过所述光通道并被外部的物体反射形成第三光束；

第二光学元件，设于所述第一光学元件和所述光接收元件之间；所述第二光学元件为具有圆锥形的第二反射面的反射镜，所述第二反射面朝向所述光接收元件，并能够将所述第三光束汇聚至所述光接收元件。

本申请中的探测装置使用时，第一光学元件引导第一光束形成沿周向分布的第二光束，第二光束被光路上的物体反射后的第三光束由第二光学元件反射后被光接收元件接收，用于分析物体的信息(如距离、外轮廓等)。并且，由于第一光学元件的周向引导作用及第二光学元件的汇聚作用，使得该探测装置能够获得较大范围的探测能力。并且，该探测装置无需配置转动的扫描镜或偏转的MEMS振镜，结构简单，成本低。

本申请还提供一种探测装置，其包括：

光发射元件，用于发射第一光束；

第一光学元件，设于所述第一光束的光路上，并能够反射所述第一光束以形成同时沿周向不同方向出射的第二光束；所述第二光束能够被光路上的物体反射形成第三光束；以及

光接收元件，用于接收所述第三光束。

本申请中的探测装置使用时，第一光学元件引导第一光束形成沿周向分布的第二光束，第二光束被光路上的物体反射后的第三光束被光接收元件接收，用于分析物体的信息(如距离、外轮廓等)。并且，由于第一光学元件的周向引导作用，使得该探测装置能够获得较大范围的探测能力。

在一种可能的实施方式中：

所述第一光学元件相对所述光发射元件静止设置。

在一种可能的实施方式中：

所述第一光学元件具有锥形的反射面，所述反射面对应所述光发射元件，用于所述第一光束反射形成沿周向分布的所述第二光束。

在一种可能的实施方式中：

所述反射面为圆锥面或多棱锥面。

在一种可能的实施方式中：

所述反射面的轴线与所述第一光束的轴线重合或平行。

在一种可能的实施方式中：

所述反射面具有环形的反射区，所述反射区适配所述光发射元件发射的环形的第一光束。

在一种可能的实施方式中：

所述探测装置还包括广角镜组，所述广角镜组设于所述第三光束的路径上，用于将第三光束汇聚并传输至所述光接收元件。

在一种可能的实施方式中：

所述广角镜组为凸透镜或具有圆锥形反射面的反射镜。

在一种可能的实施方式中：

所述光发射元件包括激光器和扩束组件，所述激光器发出的激光经所述扩束组件扩束后形成所述第一光束。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例一中的探测装置的结构示意图；

图2为图1中的第一光学元件的结构示意图；

图3为具有图1中的探测装置的汽车的示意图；

图4为具有图1中的探测装置的飞机的示意图；

图5为本申请实施例二中的探测装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

探测装置 100,100a

座件 10

光发射元件 11,11a

光接收元件 12,12a

第一光学元件 13,13a

第二光学元件 14

内部空间 15

光通道 16

顶壁 17

底壁 18

围壁 19

激光器 20,20a

第一光束 21,21a

第二光束 22,22a

第三光束 23,23a

第一反射面 24

第二反射面 25

反射面 26a

广角镜组 27a

光扩束单元 30a

汽车 210

飞机 220

物体 500

区域 S1,S2,S3,S4

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例一

参见图1，本实施例提出一种探测装置100，包括座件10、光发射元件11、光接收元件12、第一光学元件13以及第二光学元件14。

其中，所述座件10具有沿轴向延伸的内部空间15以及沿周向的光通道16。内部空间15用于容置和安装其他构件(如光发射元件11、光接收元件12、第一光学元件13以及第二光学元件14)。光通道16用于允许光束通过。在一种实施方式中，座件10大致为一中空的壳状结构，包括顶壁17、底壁18和连接于顶壁17和底壁18之间的围壁19。围壁19可以整体是透光的，也可以仅部分透光，以限定允许光通过的光通道16。为实现透光，围壁19可以部分或整体采用镂空结构或由透光材料(如玻璃)制成。座件10的外形可以根据需要设置，例如可以是如图示的圆柱形，也可以呈长方体、球形、椭球形或其他形状。

光发射元件11设于所述内部空间15，并能够沿所述内部空间15的轴向发射第一光束21。如图1示出的，光发射元件11可以固定设置在顶壁17朝向底壁18一侧，并能够朝向底壁18一侧发射第一光束21。其中，光发射元件11发出的第一光束21可以是激光，对应的光发射元件11可以包括激光器20，例如是垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)。本实施例中，光发射元件11还可以包括用于对光进行扩束的光学元件。

光接收元件12设于所述内部空间15，并与所述光发射元件11沿所述内部空间15的轴向间隔相对。例如图1示出的，光接收元件12设置在底壁18朝向顶壁17的一侧表面。

第一光学元件13设于所述光发射元件11和所述光接收元件12之间，同时也设置在内部空间15中。第一光学元件13可以通过支架支撑在座件10内，支架的具体结构形式可以根据需要设置，例如可以是支撑连接于底壁18或顶壁17的支架结构。本实施例中，所述第一光学元件13为具有圆锥形的第一反射面24的反射镜，所述第一反射面24朝向所述光发射元件11，且所述第一反射面24的中轴线平行于所述第一光束21的中轴线或与所述第一光束21的中轴线重合，如此，所述第一反射面24能够将所述第一光束21沿周向反射形成沿周向分布的第二光束22。可选地，参见图2，第一光学元件13可以整体呈圆锥形，其尖端朝向光发射元件11，其圆锥面作为第一反射面24。如此，第一光束21入射至第一光学元件13后，被圆锥形的第一反射面24的周向不同位置朝周向不同位置向外反射，形成能够覆盖周向范围的第二光束22。当然，第二光束22可以覆盖完整的圆周范围，也可以根据需要仅覆盖部分圆周范围。例如，对于一些无需探测的角度，可以通过第一光学元件13的出光光斑分布控制和/或第一反射面24的周向延伸范围控制，来调节第二光束22所需覆盖的周向范围或周向角度。

在其他实施例中，第一光学元件13还可以是多棱锥形(如三棱锥、四棱锥等)、圆台形、半球形或其他平面或曲面形结构。

第二光束22可以向外透过座件10的光通道16。当朝某方向出射的第二光束22照射到外部物体时，将被物体反射而形成第三光束23。第三光束23可以被第二光学元件14接收，用于分析获得物体的信息(如位置信息等)。

第二光学元件14设于所述第一光学元件13和所述光接收元件12之间。第二光学元件14可以和第一光学元件13一体设置，也可以分别设置。在分别设置时，第二光学元件14可以与第一光学元件13通过同一支架安装于座件10，也可以分别安装于座件10。第一光学元件13和第二光学元件14可以空间上不接触，也可以相互接触和/或相互连接，在此不做限定。本实施例中，所述第二光学元件14为具有圆锥形的第二反射面25的反射镜，所述第二反射面25朝向所述光接收元件12，并能够将所述第三光束23汇聚至所述光接收元件12。

例如，在一些实施方式中，第二光学元件14采用圆锥形，且可以设置得与第一光学元件13为相同形状。在一实施方式中，第一光学元件13和第二光学元件14采用锥角相同的圆锥形结构，两者以底面重合接触连接、尖端朝向相反的方式相对固定地连接在一起，以确保两者的相对位置稳定。如此，被周向各角度的物体反射的第三光束23将经圆锥形的第二反射面25反射汇聚至光接收元件12。

本实施例中的探测装置100使用时，光发射元件11发出第一光束21，第一光束21经第一光学元件13发射后形成能够覆盖一定的周向范围的第二光束22；第二光束22照射到物体后被物体反射形成的第三光束23被第二光学元件14汇聚至光接收元件12，用于分析物体的信息(如位置信息等)。

本实施例中的探测装置100具体可作为dTOF(direct Time of Flight，直接飞行时间)模块，用于获得物体的距离信息、外形轮廓信息等。

本实施例中的探测装置100可以用于交通工具，如汽车210或飞机220，可以作为汽车210或飞机220感知和判断外界物体的模组。

例如图3示出的，该探测装置100用于一汽车210，安装在汽车210的车顶处，其第二光束22的覆盖范围可以包括汽车210的两侧区域S1和S2。又如，图4示出的，该探测装置100用于一飞机220，安装在飞机220的外部，其第二光束22的覆盖范围可以包括飞机220的两侧区域S3和S4。

在安装于汽车210或飞机220等交通工具时，该探测装置100可通过其座件10固定在交通工具上。

本实施例中的探测装置100无需转动扫描即可获得周向范围的探测，结构简单，实现成本低，无需如一些已知技术中的通过周向旋转扫描结构(如扫描镜)的方式实现周向范围的探测，避免了采用结构复杂的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)带来的成本高和控制难度高的问题。

并且，该结构还可以通过光发射元件11的出光光斑形状控制或第一反射面24/第二反射面25的反射区的控制，来实现探测范围的控制，设置方便。例如，对于无需探测的区域，可通过使对应范围的第一光束21的光斑在该区域无出光来实现，或者通过第一反射面24/第二反射面25对应区域反射功能缺失来实现。

实施例二

参见图5，本实施例提供一种探测装置100a，包括光发射元件11a、第一光学元件13a和光接收元件12a。

光发射元件11a用于发射第一光束21a。光发射元件11a可以包括激光器20a和光扩束单元30a。激光器20a用于提供激光光束，光扩束单元30a用于对激光光束进行扩束，使得激光光束具有一定的光斑大小，以覆盖一定范围的空间。本实施例中，激光器20a可以采用垂直腔面发射激光器20a(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)。光扩束单元30a可以采用已知的扩束镜或镜组，在此不做限定。

第一光学元件13a设于所述第一光束21a的光路上，并能够反射所述第一光束21a以形成同时沿周向不同方向出射的第二光束22a。可选地，所述第一光学元件13a具有锥形的反射面26a，所述反射面26a对应所述光发射元件11a，用于所述第一光束21a反射形成沿周向分布的所述第二光束22a。可选地，所述反射面26a为圆锥面或多棱锥面。可选地，所述反射面26a的轴线与所述第一光束21a的轴线重合或平行。可选地，所述反射面26a具有环形的反射区，所述反射区适配所述光发射元件11a发射的环形的第一光束21a。本实施例中的第一光学元件13a可以采用与实施例一中相同的结构形状，如圆锥形。

本实施例中，所述第一光学元件13a相对所述光发射元件11a静止设置，而无需如一些已知技术中采用的需要转动的扫描振镜那样需要通过驱动件(如旋转电机)驱动。

所述第二光束22a能够被光路上的物体反射形成第三光束23a。当朝某方向出射的第二光束22a照射到外部物体500(如图5示出的两侧的行人和非机动车)时，将被物体500反射而形成第三光束23a。

光接收元件12a用于接收所述第三光束23a。光接收元件12a可以为一光学传感器，能够接收第三光束23a并转化为电信号，用于分析物体的位置信息/距离信息等。

本实施例中，可选地，所述探测装置100a还包括广角镜组27a，所述广角镜组27a设于所述第三光束23a的路径上，位于光接收元件12a之前，用于将第三光束23a汇聚并传输至所述光接收元件12a。可选地，所述广角镜组27a可以采用凸透镜或如实施例一中的圆锥形的第二光学元件14a。

本实施例中的探测装置100a使用时，第一光学元件13a引导第一光束21a形成沿周向分布的第二光束22a，第二光束22a被光路上的物体500反射后的第三光束23a被光接收元件12a接收，用于分析物体500的信息(如距离、外轮廓等)。并且，由于第一光学元件13a的周向引导作用，使得该探测装置100a能够获得较大范围的探测能力。并且，该结构中无需配置需要周转扫描的扫描经或MEMS振镜，结构简单，成本较低。对于设置广角镜组27a的方案，经广角镜组27a进入光接收元件12a的第三光束23a更多，能够获得更大的探测范围。

综合以上实施例描述，本申请提供的探测装置具有探测范围较大，且结构简单、成本较低，具有较大的工业实用性。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种探测装置，其特征在于，包括：

座件，所述座件具有沿轴向延伸的内部空间以及沿周向的光通道；

光发射元件，设于所述内部空间，并能够沿所述内部空间的轴向发射第一光束；

光接收元件，设于所述内部空间，并与所述光发射元件沿所述内部空间的轴向间隔相对；

第一光学元件，设于所述光发射元件和所述光接收元件之间；所述第一光学元件为具有圆锥形的第一反射面的反射镜，所述第一反射面朝向所述光发射元件，且所述第一反射面的中轴线平行于所述第一光束的中轴线或与所述第一光束的中轴线重合，所述第一反射面能够将所述第一光束沿周向反射形成沿周向分布的第二光束；所述第二光束能够穿过所述光通道并被外部的物体反射形成第三光束；

第二光学元件，设于所述第一光学元件和所述光接收元件之间；所述第二光学元件为具有圆锥形的第二反射面的反射镜，所述第二反射面朝向所述光接收元件，并能够将所述第三光束汇聚至所述光接收元件。

2.一种探测装置，其特征在于，包括：

光发射元件，用于发射第一光束；

第一光学元件，设于所述第一光束的光路上，并能够反射所述第一光束以形成同时沿周向不同方向出射的第二光束；所述第二光束能够被光路上的物体反射形成第三光束；以及

光接收元件，用于接收所述第三光束。

3.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于：

所述第一光学元件相对所述光发射元件静止设置。

4.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于：

所述第一光学元件具有锥形的反射面，所述反射面对应所述光发射元件，用于所述第一光束反射形成沿周向分布的所述第二光束。

5.根据权利要求4所述的探测装置，其特征在于：

所述反射面为圆锥面或多棱锥面。

6.根据权利要求4所述的探测装置，其特征在于：

所述反射面的轴线与所述第一光束的轴线重合或平行。

7.根据权利要求4所述的探测装置，其特征在于：

所述反射面具有环形的反射区，所述反射区适配所述光发射元件发射的环形的第一光束。

8.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于：

所述探测装置还包括广角镜组，所述广角镜组设于所述第三光束的路径上，用于将第三光束汇聚并传输至所述光接收元件。

9.根据权利要求8所述的探测装置，其特征在于：

所述广角镜组为凸透镜或具有圆锥形反射面的反射镜。

10.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于：

所述光发射元件包括激光器和扩束组件，所述激光器发出的激光经所述扩束组件扩束后形成所述第一光束。