TWI894021B - 光學測距裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學測距裝置，裝設於行駛於路面的車輛的頂部，光學測距裝置包括陣列式光源。陣列式光源具有垂直於路面的方向上的視場，並且包括複數個光源，該等光源包括複數個測近光源和複數個測遠光源。視場包括第一區視場及第二區視場，第一區視場為光學測距裝置的基準光軸朝路面旋轉大於或等於

Description

光學測距裝置

本發明是有關一種光學測距裝置，特別是一種應用在車輛的光學測距裝置。

光達（Light Detection And Ranging，LiDAR）系統是一種採用光學測距的架構，其可藉由發射光束並測量反射回來的飛行時間（time of fly，TOF），即發出光到接收到回波光的光線飛行時間，以測量距離和描繪三維物體。這項技術能夠精確地建立環境或物體的三維圖像，廣泛應用在車輛，例如光達可應用在自動駕駛車輛對環境的感知。一般來說，為了確保在車輛在高速行駛時對突發狀況有足夠的反應時間，光學測距裝置大多被要求能觀測約200公尺至300公尺遠（甚至更遠）的物體，而光達系統也在此前提下往提升測遠能力進行開發。

圖1是一種光學測距裝置100的示意圖。如圖1所示，光學測距裝置100包括發射模組110和探測模組120，發射模組110可為陣列式光源，例如多個以陣列型式排列的光源110A、110B、110C、110D，探測模組120可為對應光源的陣列式探測器，例如包括多個以陣列形式排列的探測器120A、120B、120C、120D。通常，每一探測器會對應一個光源以形成探測通道，例如光源110A發出的探測光LA經過第一鏡組130的準直、整型後，再經過旋轉鏡140射出光學測距裝置100，探測光LA照射到物體2所被散射的部分光會形成回波光RA，回波光RA返回光學測距裝置100後經過第二鏡組（圖未示）的過濾、整型後，被探測器120A所接收，而光學測距裝置100即可利用探測光LA與回波光RA的飛行時間來計算物體2與光學測距裝置100之間的距離。由於圖1的光學測距裝置100是利用旋轉鏡140的旋轉使探測光LA在視場（Field of View，FOV）進行掃描，故又稱作掃描式的測距裝置。

然而，基於系統小型化的需求，前述陣列型式排列的光源110A、110B、110C、110D和探測器120A、120B、120C、120D的布局空間會變得非常有限，如何隔離光源之間的訊號就非常重要，否則就容易導致探測通道之間形成干擾（cross-talk）。舉例來說，若某個探測通道接收到另一個探測通道視場內的回波訊號，就會造成探測結果（例如點雲圖）中在原本物體的位置出現回波訊號，這種情形被稱為「鬼影」現象。

更詳細地說，如圖2繪製的光學測距裝置100的簡化示意圖，當光源110C發出的光針對路面4進行掃描時，光線容易被路面4產生反射、漫射和/或散射，再被路面4附近的物體2（例如，三角錐或施工標誌等）反射回到探測模組120。因為光線的角度已經被多次反射，所以回波光可能會被非預設的探測器120D接收到訊號，故光學測距裝置100會判斷光源110D與探測器120D所形成的探測通道上有物體，導致錯誤的障礙物訊號，即為前述的鬼影。又例如，當車輛在城市的道路上行駛，路況較為複雜多變，若近距離突然出現的高反射物體（例如，前方路口快速切入車道中車輛的車牌、標示牌）或路面4對光產生的漫反射，這種回波光也容易被誤判而導致點雲圖出現鬼影（噪點）。若在自動駕駛的情境下，近距離噪點會讓車輛頻繁地煞停，造成乘客的不適且也不利於系統判斷前方道路的真實物體，有害於道路安全。

中國專利第CN118235061A號（以下簡稱CN061）公開一種測距LiDAR系統，其合併使用兩種不同機制的測距模組，例如其中之一為掃描式的LiDAR模組，而其中另一為非掃描式的測距模組。CN061將兩個模組應用於不同視角的測距，例如將非掃描式的測距模組用於偵測靠近車輛本體約5公尺處的物體，而利用掃描式的LiDAR模組感測車輛遠方200公尺的物體。然而對車輛控制系統而言，這樣的合併使用會造成系統運算上的負擔，因為每一個測距模組都有自身的座標系統，車輛也有行駛方位的座標系統，故車輛控制系統需要把各種不同座標系統進行標定、校準、轉換與組合，才能將路況訊息統整以進行駕駛行為的評估，也就是說，CN061的雙模組測距方式會造成車控系統的運算負擔及增加誤判的可能。再一方面，CN061採用非掃描式的測距模組來判斷近距離的路面是否有物體，仍然沒有解決前述掃描式LiDAR模組的鬼影問題。

本發明的主要目的在於提供一種光學測距裝置，能夠防止鬼影並可提高自動駕駛車輛的舒適度和安全性。

本發明的另一目的在於提供一種光學測距裝置，該裝置具有多顆線性排列的光源，在特定視場範圍的探測作業是僅用測近光源，以避免測遠光源發出的高能量光線被近距離高反射率物體反射/散射後容易被其他探測通道誤接收所造成的訊號干擾問題。

本發明的又一目的在於提供一種光學測距裝置，其適用於城市中的自駕車輛，以避免駕駛中因近距離高反射率物體造成的鬼影訊號導致的非正常駕駛行為，同時也能符合法規要求。

為了達成前述的目的，本發明提供一種光學測距裝置，裝設於一行駛於路面的車輛的頂部，該光學測距裝置包括一陣列式光源。該陣列式光源具有一垂直於路面的方向上的視場，並且包括複數個光源，該等光源包括複數個測近光源和複數個測遠光源。其中，該視場包括一第一區視場及一第二區視場，該第一區視場為該光學測距裝置的一基準光軸朝路面旋轉大於或等於 的夾角範圍，該第一區視場僅由該陣列式光源中的該等光源的該等測近光源所提供。

在一些實施例中，該第一區視場為光學測距裝置的基準光軸朝路面旋轉大於或等於 的夾角範圍。

在一些實施例中，光源在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號光源、第2號光源、第3號光源至第x號光源，離車輛的頂部最遠的是第1號光源，離車輛的頂部最近的是第x號光源，光源中的第n號光源的視場涵蓋 的夾角，其中x為大於1的正整數，n為大於1且小於等於x的正整數，該等光源中第n號光源到第x號光源為測近光源。較佳的，光源中第1號光源到第 號光源為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。較佳的，第1號光源、第2號光源、第3號光源至第x號光源係提供多次的單一線光源用於在該視場中進行掃描，該等多次的單一線光源經由一旋轉鏡的反射而用於在一平行於路面的方向上的視場掃描。

在一些實施例中，測近光源和測遠光源係提供多次的單一線光源用於在該視場中進行掃描，該等多次的單一線光源經由一旋轉鏡的反射而用於在一平行於路面的方向上的視場掃描。

在一些實施例中，測近光源和測遠光源係對齊式或交錯式的線陣列排列。

在一些實施例中，測近光源或/及測遠光源的波長為905nm、940nm或1550nm。

在一些實施例中，該陣列式光源包括分離式的第一光源陣列模組與第二光源陣列模組。

在一些實施例中，第一光源陣列模組與第二光源陣列模組各具有M1個光源與M2個光源，該等M1個光源發出M1個，該等M2個光源發出M2個光訊號，該等M1個光訊號經過一分光組件後形成S1個分光訊號，該等M2個光訊號經過該分光組件後形成S2個分光訊號，其中S1大於M1，S2大於M2，該S1個分光訊號與該S2個分光訊號在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號探測光、第2號探測光、第3號探測光至第x號探測光，離車輛的頂部最遠的是第1號探測光，離車輛的頂部最近的是第x號探測光，複數個探測光中的第n號探測光的視場涵蓋 的夾角，其中x為大於1的正整數，n為大於1且小於等於x的正整數，該等M1個與該等M2個光源中發出第n號探測光到第x號探測光的光源為測近光源。較佳的，該等M1個光源與該等M2個光源中發出該第1號探測光到第 號探測光的光源為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。較佳的，第1號光源、第2號光源、第3號光源至第x號光源係提供多次的單一線光源用於在該視場中進行掃描，該等多次的單一線光源經由一旋轉鏡的反射而用於在一平行於路面的方向上的視場掃描。

本發明的功效在於，本發明能夠防止鬼影並可提高自動駕駛車輛的舒適度和安全性。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

圖3繪製設置或包括在車輛3車頂上的一個或多個示例性的本發明實施例的光學測距裝置1。車輛3可以是任何符合美國汽車工程師協會（SAE）所定義的無自動化車輛、部分自動化（輔助駕駛）車輛、有條件自動化車輛、高度自動化車輛或無人駕駛（完全自動）車輛。舉例說明，部分自動化車輛可以在沒有人類駕駛員操控方向盤/踏板的情況下執行一些駕駛功能。例如車道保持和/或變道操作、自動緊急煞車等；又例如無人駕駛車輛可以在任何情況下自行操作。

LiDAR常常是安裝於前述車輛3上用於感測前方物體的距離或/及位置的感測裝置。在一個實施例中，如圖3所示，車輛3可包括設置在車體的最高位置處（例如車頂處）的光學測距裝置1，其是一種LiDAR系統；舉例來說，LiDAR系統設置在車頂進行360度或任何角度的掃描。本文所指的掃描，若沒有特別說明，係指LiDAR系統在一個或多個方向（例如，水平和/或垂直方向）發出一個或多個光束，以掃描視場（Field of View，FOV）中的物體。而本文主要解決掃描式LiDAR所遇到的訊號干擾問題，而非掃描式，例如閃光（flash）型LiDAR就非本文的解決方案所涉及架構。

圖4A繪製本發明實施例的光學測距裝置1的結構示意圖。圖4B繪製本發明實施例的發射模組30的另一實施態樣示意圖。如圖4A所示，本發明第一實施例提供一種光學測距裝置1，包括殼體10、視窗20、發射模組30、旋轉鏡40、探測模組50、第一鏡組60、反射鏡70和第二鏡組80，殼體10與視窗20組裝形成容置前述模組的空間。本發明實施例的光學測距裝置1可以例如為前向雷射雷達，如圖中所示意地設置，視窗20朝向前方（例如車輛前進的方向），探測光LA會被導引由視窗20向外射出以進行掃描探測。發射模組30包括一陣列式光源，例如包括以陣列形式排列的多個光源，示例性的光源陣列可為 等等，為了簡化圖式，圖4A僅繪製出四個光源31A、31B、31C、31D。在本實施例中，陣列形式排列是指光源31A、31B、31C、31D實質地沿著垂直地面的方向Z（亦稱垂直方向或Z軸）排列，也就是說，前述陣列公式中的數字「1」代表光源在方向Z設置成一列而成為線性光源，當圖4A中的光源31A、31B、31C、31D發出單一的線性光訊號時，就可以在方向Z上進行掃描物體。值得說明的是，前述的光源31A、31B、31C、31D是可以交錯設置的（如圖4B），這樣的交錯布置在本文中亦被認為是線性排列，因為對光速而言，光源31A、31B、31C、31D之間的左右交錯距離是可以被忽略的。換言之，對探測模組50來說，光源31B的位置不論是對齊式光源31A、31B、31C、31D（如圖4A）或是錯開一段距離（如圖4B所示的交錯式光源），光源31A、31B、31C、31D發出的光都可被視為在Z軸上相互對齊的；舉例來說，線陣列一個維度的長度遠大於另一個維度的長度，例如大於等於3、5、10倍，就可以被認為是線陣排列，以圖4B而言，發射模組30在Z軸方向上的長度大於等於發射模組30在X軸方向上的長度的3、5、10倍。

探測模組50包括陣列式探測器（圖未示），其設置的方式對應陣列式光源，例如探測器的排列方式、相鄰距離、感測角度等等，本文中的探測模組50的設置可用任何習知的技術加以布設，本文不再贅述。

如圖4A所示，光源31A、31B、31C、31D輸出光訊號，經過第一鏡組60的調整（例如整形或準直）以後再經由旋轉鏡40的作用，經由視窗20朝向光學測距裝置1的外部射出而形成探測光LA。在本實施例中，旋轉鏡40連接於馬達等驅動件而連續地轉動，在圖4A中繪製為在水平面（即X軸和Y軸構成的平面，實質與地面平行）的一維旋轉，圖4A中旋轉鏡40亦示意性地按箭頭所指的順時針方向沿轉軸41轉動，從而可以形成探測光LA在XY平面上掃描，以探測水平視場（相對於垂直視場）的物體。可以理解的是，圖4A展示的LiDAR系統由列向（Z軸）設置的線陣列光發射模組30來實現垂直視場掃描，再由旋轉鏡40橫向的一維轉動來實現水平視場掃描，以達成對車輛3前方空間的掃描，藉由探測光LA每一次在垂直方向與水平方向的掃描探測，可得到一個探測結果，例如一幀（frame）的點雲圖，這幀點雲圖可涵蓋一個水平視場和垂直視場的總視場，而本發明主要針對垂直視場進行研究。

請再配合圖4A，探測光LA被物體（圖未示）反射、漫射等作用後以形成回波光RA，回波光RA經由視窗20進入光學測距裝置1，並經過旋轉鏡40、反射鏡70、第二鏡組80的作用（例如整形或聚光）以後，再被探測模組50所接收。可以理解的是，圖4A示例性地繪製光源31B和其對應的探測器所形成的探測通道，換言之，複數光源和複數探測器可以對應形成複數個探測通道，每個探測通道可以對應不同的視場，而本發明實施例的探測通道的視場可用光源來加以說明。舉例來說，本發明的光學測距裝置1的垂直視場為 ，以本發明的光學測距裝置1的安裝高度的水平方向為 （即圖3所示的水平方向L），向上逆時針傾斜的角度為負值，向下順時針傾斜的角度為正值，假設本發明實施例的每一光源的垂直角分辨率為 ，光源陣列中位於最高位置的光源31A發射的光經過透鏡（組）整形以後向 發射，因此光源31A的光束對應 的垂直視場；光源陣列中位於最二高位置的光源31B的光束對應 垂直視場，依序類推至 的視場。值得說明的是，不論光源31A、31B、31C、31D是對齊排列（如圖4A）或是錯開排列（如圖4B），每個光源在方向Z（比如垂直方向或Z軸）的垂直視場都可滿足前文所述。再者，每一垂直視場可以是重疊的或者不重疊的，亦即可允許探測光LA有些許的發散角。

在一些實施例中，形成探測通道的光源31A、31B、31C、31D和探測器的數量並不限定，較佳的，光源31A、31B、31C、31D和其所對應數量的探測器可形成探測通道。當屬於同一探測通道的光源和探測器被分別啟動並運作時，探測通道處於運作狀態，從而能夠完成對物體的探測。

在一些實施例中，發射模組30可以是垂直腔表面發射雷射光源（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers，VCSEL）或邊緣發射雷射光源（Edge Emitting Laser，EEL）。藉由對發射模組30施加驅動電流的方式來驅動雷射光源發射探測光LA。

在一些實施例中，探測模組50可以是雪崩光電二極體（Avalanche Photodiode，APD）或矽光電倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）。藉由對雪崩光電二極體或矽光電倍增管的探測器施加偏壓（V _bias）來啟動探測模組50以探測回波光RA。

需要說明的是，本發明第一實施例的旋轉鏡40、第一鏡組60、反射鏡70和第二鏡組80均可選自習知的光學器件，於此不予贅述，且光路上可以依需求增加合適的光學鏡組，並不受本實施例的限制；且圖4A所繪製的光路只是一種示例而已，實際上並不限制在本發明的光學測距裝置1的光路結構。

請回到圖3，其顯示本發明實施例的光學測距裝置1裝設於車輛3車頂的示意圖。本發明實施例提供一種具有陣列式光源的掃描型LiDAR系統，其在陣列光源具有角度的選擇性，以解決前述的鬼影問題。如圖3所示，本發明的光學測距裝置1的垂直總視場90可實質區分為第一區視場（低角度視場）91與第二區視場（向前探測視場）92，第一區視場（低角度視場）91僅由測近光源負責。由於各國對於自駕車應用越來越重視，近來也公告相當多與自駕相關的法規，本發明實施例也依循自駕車輛的主流市場的法規/規定來製作本發明的光學測距裝置1，以同時滿足法規需求與解決技術上的訊號干擾問題。

具體而言，本發明實施例的光學測距裝置1裝設於行駛於路面4的車輛3的頂部，根據車輛資料庫的統計，一般車輛的高度介於1.2～1.98公尺之間，本發明實施例的車輛3高度H就以平均值1.58公尺做後續計算。又根據美國對於自動煞車（Automatic Emergency Braking Systems，AEB）系統的實驗，其設定車輛3的碰撞時間（time to collision，TTC）為5秒，也就是說車輛3在行駛中，在5秒內不得與前車（包括物體、行人等等）產生碰撞。本發明實施例根據前述的碰撞時間來計算本發明的光學測距裝置1的最低前探距離D，也就是說，在車輛3等速前進時，本發明的光學測距裝置1可以持續感應到前方最低前探距離D的物體，讓車輛3不會產生碰撞。根據等速運動的距離公式： ；而對自駕系統而說，相較於高速道路，在城市中的自駕是相對困難的，其複雜性和不確定性遠高於高速道路，比如人車不分流、車道不清晰、紅綠燈種類繁雜、遇前方事故、遇違停占道等等，故本發明實施例主要針對城市中的自駕進行設置，即車速不高（例如10km/hr），但必須時時監控前方的物體。綜合前述，本發明實施例的最低前探距離 計算而得到 ，再用三角函數即可推導出傾角 ，也就是說，從圖4A來看，從本發明的光學測距裝置1等高的水平面（即圖4A所繪製的 基準光軸L）朝路面4旋轉大於或等於 （此處已說明旋轉方向，故不標註正負號，以免混淆）的夾角 範圍即為第一區視場91（即低角度視場），而陣列式光源包括複數個測近光源和複數個測遠光源。第一區視場91僅由陣列式光源中的測近光源所提供。藉此，本發明能夠防止鬼影並可提高自動駕駛車輛3的舒適度和安全性。

圖5繪製本發明第一實施例的發射模組30與前述的視場的關係，如圖5所建構，發射模組30具有光源31A、31B、31C、31D，每一光源31A、31B、31C、31D的視場角為 ，在Z軸的總視角為 。如圖5所示， 光源31B的中心對應 基準光軸L，故從視場來分析，光源31B的下半部視場與光源31C的視場的總合視場會涵蓋 的視場範圍（即 ），又根據前文的計算，大於或等於 的視場範圍（以 基準光軸L順時針旋轉的角度）僅由測近光源負責，故光源31D需為測近光源，其負責的視場範圍(即 )就相當於圖3所繪製的第一區視場91；而光源31A、31B、31C可為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合，其負責的視場範圍（即 ）就相當於圖3所繪製的第二區視場92。在本實施例中，夾角 範圍（以 基準光軸L順時針旋轉的角度）是由光源31D（即，測近光源）負責，但此夾角的視場範圍並非本發明的重點。值得說明的是，本文所指的視場角指的是探測光LA經過光學器件（如第一鏡組60、旋轉鏡40等等，但不以此為限），最後經由視窗20射出的涵蓋角度，而為求簡潔，圖5僅繪製出光源及第一鏡組60。在另一實施例中，更可包含其他測近光源以涵蓋更大的低角度視場，例如在光源31D下方排列更多的測近光源，以涵蓋 的視場範圍（以 基準光軸L順時針旋轉角度）；類似的，也可再包含其他測遠光源以涵蓋更大的向前探測視場，例如在光源31D上方排列更多的測遠光源，以涵蓋至 的視場範圍（以 基準光軸L逆時針旋轉的角度）。

在本實施例中，測近光源的最大測距範圍為小於約100m，例如90m、70m、50m、25m、10m、5m等等；測遠光源的最小測距範圍為大於約200m，例如230m、250m、260m、300m、350m、400m等等，而測距的差異主要可用施加在前述發光晶片的電流控制。在一實施例中，可選用不同發光功率的晶片來區分測近光源及測遠光源，以垂直腔表面發射雷射（VCSEL）光源為例，測近光源的單孔平均光功率(在納秒（ns）級脈衝條件下)小於10mW，例如0.1mW、0.5mW、1mW、5mW等等，而測遠光源的單孔平均光功率（在納秒（ns）級脈衝條件下）大於10mW，例如15mW、20mW、30mW、50mW、100mW等等。在另一實施例中，以垂直腔表面發射雷射陣列（VCSEL array）光源為例，測近光源的峰值功率（在10KHz/10納秒（ns）短脈衝測試條件下）小於100W，例如8W、10W、20mW、50W等等，而測遠光源的峰值功率（在10KHz/10納秒（ns）短脈衝測試條件下）大於100W，例如110W、120W、150W、200W、1000W等等。如前文所述，由於低角度視場（即第一區視場91）是由測近光源負責偵測，因此朝向地面發射的探測光LA屬於低能量的光束，故可降低被高反射物體反射後的回波被其他探測通道的探測器所誤接收的機率，故可以降低前述誤接收訊號造成的鬼影問題。

在本實施例中，發射模組30更包含控制模組（圖未示），例如現場可程式化邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)、系統單晶片（system on chip，SoC）或特定應用積體電路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC）等，其能用於控制光源31A、31B、31C、31D進行發光。本文是針對線光源的干擾提出解決方案，故控制模組實質上控制上述光源31A、31B、31C、31D 「同時」發光，例如，控制模組在第一時間點發出第一脈衝讓四者（亦即，全部光源）同時發光，進行第一次掃描；接著，控制模組在第二時間點發出第二脈衝讓四者（亦即，全部光源）同時發光，進行第二次掃描，依此進行車前物體的多次掃描。而本領域技術人員可以理解的是，控制模組驅動光源31A、31B、31C、31D進行依照時序的發光，也被認定為「同時」 發光，因為發光時序的間隔通常相當短暫，例如數微秒（micro-seconds）甚至更小，是可忽略的，例如控制模組在第一時間點發出第一脈衝讓光源31A、31C同時發光，在第二時間點發出第二脈衝讓光源31B、31D發光，由於第一、第二時間點的間隔可忽略，故第一次掃描仍視為由光源31A、31B、31C、31D 「同時」發出的光訊號所執行；接著，再重複上述步驟進行第二次、第三次掃描。也就是說，本發明實施例的負責低角度視場的測近光源及負責低角度視場以外的光源（例如測遠光源）會發出單一的線性光，並重複多次，以進行掃描作業。

在一實施例中，每個發射模組30的光源由控制模組提供的驅動訊號啟動，驅動訊號可以由控制模組中的驅動電路產生。舉例來說，驅動訊號可以包括一或多個脈衝訊號，例如週期性的脈衝訊號，則光源的發射訊號也相應包括一或多個的脈衝光訊號；一般來說，驅動訊號可以包括以下示例性的特徵：波長、脈衝寬度、脈衝數量、脈衝峰值及脈衝間隔等等。

綜合來說，本發明第一實施例的光學測距裝置1的發射模組30中的光源可以依照以下說明進行排列：光源在實質垂直或不平行於路面4的方向上依序為第1號光源（如光源31A）、第2號光源（如光源31B）、第3號光源（例如光源31C）至第x號光源（圖未示，但應可理解為在光源31D下方接續佈設的光源），而距離車輛3的頂部最遠的是第1號光源（例如光源31A），離車輛3的頂部最近的是第x號光源（依圖5所繪製的示意圖，x=4）。而該等光源中的第n號光源的視場涵蓋 的夾角，第n號光源到第x號光源為測近光源，也就是說在圖5中，第4號光源的視場涵蓋 的夾角，故第4號光源為測近光源（在本實施例中， ） ；另外，第1號至第3號光源可為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。在另一實施例中， 的情況下（也就是共七顆光源），則第4號至第7號光源為測近光源；類同的，第1號至第3號光源可為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。

圖6A繪製本發明第二實施例的光學測距裝置1，主要顯示出發射模組30A與前述的視場的關係。圖6B繪製圖6A的區域A部分的放大示意圖。在本實施例中，發射模組30包括實質分離的第一光源陣列模組32和第二光源陣列模組33，兩模組各包含四個線陣列排列的光源321A、321B、321C、321D及331A、331B、331C、331D，第一、第二光源陣列模組32、33不論在光路上或實體的線路排布（例如設置在不同的PCB上）都可稱為相互分離。而第一鏡組60則包括對應第一光源陣列模組32的第一準直透鏡61、對應第二光源陣列模組33的第二準直透鏡62、反射鏡63以及分光組件64。具體而言，第一光源陣列模組32發出的四道光束會藉由第一準直透鏡61進行光束的調整（例如整形或準直）再輸出到分光組件64；另外，第二光源陣列模組33發出的四道光束會藉由第二準直透鏡62進行光束的調整（例如整形或準直），再經由反射鏡63輸出到分光組件64；而分光組件64將第一、第二光源陣列模組32、33發出的八束光分成九十六道探測光LA1～LA96，簡言之，一個光源發出的光訊號會被分光組件64分成十二道光訊號，例如LA1～LA12是由光源321A發出；類似的，LA13～LA24是由光源321B發出。在本實施例中，分光組件64可為透鏡組，例如繞射光學元件（Diffractive Optical Elements ，DOE）或光波導元件，或者分光組件64可為光纖，例如光纖分路器。如同前述，探測光LA1～LA96實質上是「同時」發光。

在本實施例中，發射模組30A可涵蓋垂直視場 的範圍，垂直角分辨率為 ，也就是說探測光LA1對應 的垂直視場，探測光LA2對應 垂直視場，依此類推。據此，如圖6A、圖6B所示，本實施例可計算出探測光LA74對應 的垂直視場（以 基準光軸L順時針旋轉角度），而根據前文，大於或等於6.5 的視場範圍（以 基準光軸L順時針旋轉的角度）僅由測近光源負責，由於探測光LA74是由第二光源陣列模組33上的光源331B所發出且分光後產生的光束，故光源331B就應為測近光源，同理第二光源陣列模組33上的光源331A也應為測近光源（因為光源331A負責更大角度的視場）。簡言之，第二光源陣列模組33上的光源331A、331B為測近光源，而 的垂直視場（以 基準光軸L順時針旋轉角度）則定義為前述的第一區視場91，其僅由測近光源負責，第一區視場91則對應探測光LA74~LA96的探測範圍。另一方面，第一光源陣列模組32的光源321A、321B、321C、321D或第二光源陣列模組33的其他兩顆光源331C、331D則可為測遠光源或測遠光源與測近光源的組合，其負責第二區視場92，對應本實施例的 的垂直視場，其相當於圖3所繪製的第二區視場92。

本領域技術者可以理解製本發明第二實施例的發射模組30所發出的探測光可配合第一實施例的其他光學元件進行水平視場與垂直視場的探測掃描，在此不于贅述。

綜上所述，本發明第二實施例的發射模組30的光源可依照以下說明排列：第一光源陣列模組32與第二光源陣列模組33各具有M1個光源與M2個光源，該等M1個光源發出M1個光訊號，該等M2個光源發出M2個光訊號，該等M1個光訊號經過分光組件64後形成S1個分光訊號，該等M2個光訊號經過分光組件64後形成S2個分光訊號，其中S1大於M1，S2大於M2。依圖6A， ， 。所述S1個與S2個分光訊號在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號探測光、第2號探測光、第3號探測光至第x號探測光，離該車輛的頂部最遠的是該第1號探測光，離該車輛的頂部最近的是第x號探測光，複數個探測光中的第n號探測光的視場涵蓋 的夾角。依圖6A、6B， ， ，故光源331A與光源331B為測近光源，其發出第74號探測光到第96號探測光。而光源321A、321B、321C、321D與光源331C、331D則可為測遠光源或測遠光源與測近光源的組合，其發出第1號探測光到第73號探測光。在另一實施例中， ，故僅有一顆光源（例如圖6A中的光源331A） 為測近光源。

另外，在另一實施例中，車廠會要求車輛上安裝的光學測距裝置要可以偵測到十公尺以內的低矮物體（例如蹲下的行人、寵物等），本實施例為滿足上述需求，假設本發明的光學測距裝置1從車輛3的頂部往下照射到車輛3的前側八公尺的路面4位置，當車輛3的高度H為1.58公尺，根據三角函數的正弦定義，可以計算出本發明的光學測距裝置1 朝路面4的探測角會大於或等於 。也就是說在本實施例中，大於或等於 的視場範圍（以 基準光軸L順時針旋轉的角度）僅由測近光源負責，可解決前述鬼影的問題，並同時滿足偵測近距離的低矮物體的需求。

較佳地，前述測近光源或測遠光源所發出的光訊號的中心波長可為905nm、940nm或1550nm；光訊號的半高寬可為0.1~10 nm；光訊號的波長對溫度的變化係數小於0.1nm/ ，例如0.07nm/ 、0.045 nm/ 等等；光訊號的光斑約略呈現圓形。

較佳地，第二區視場92由測遠光源及/或測近光源所提供。較佳地，本發明實施例垂直視場在以 基準光軸順時針旋轉方向的最大正角度可為 、 、 等等；較佳地，本發明實施例垂直視場在以 基準光軸逆時針旋轉方向的最大角度可為 、 、 等等。

據此，本發明實施例將單一的掃描式光學測距裝置的垂直方向視場實質區分為低角度視場與向前探測視場，而低角度視場僅由測近光源負責，藉由測近光源的低功率，能大幅降低回波被誤接收的問題，且本發明實施例更依循自駕法規的要求，以測近光源探測大於或等於 的視場範圍（以 基準光軸L順時針旋轉的角度），從硬體的設計觀點，規劃出可符合自駕法規範的光測距系統，同時也避免自駕車輛因出現誤判訊號導致的不正常駕駛行為（例如頻繁的剎車或危險的緊急剎車）。

另外，有公開技術利用軟體（或操作方法）去過濾前述的誤接收的干擾訊號，例如對於同一個探測通道連續進行多次的「發射信號‑接收回波」的光測距步驟，並將多次的TOF結果進行比較，若TOF結果相近，則判斷該探測通道的探測結果有效；否則，捨棄該探測通道的探測結果。但如前述，在城市中複雜的道路狀況下，進行多次探測與運算比對無法即時探測前方物體，也會造成車控系統的負擔。

再一方面，有公開技術針對測距裝置的盲區提出解決方案，換言之，該方案是針對測距裝置視場外的區域進行補強。相較之下，本發明實施例是在測距裝置的視場範圍內進行光源特性的規劃，故兩者要解決的問題是不同的概念。退萬步言，所述公開技術提到的盲區解決方案大多是多加入額外的探測器來偵測盲區，這樣的方案也會造成車控系統的運算負擔，因為不同探測器的擺放位置不同、探測角度不同、訊號類型不同，這些不同探測器所得到的資料必須進行座標/訊號的轉換、標定、對齊等運算才能相互組合，尤其還必須考慮每一個探測器本身訊號的干擾問題，以本發明實施例所提到的高反射率障礙物（如施工三角錐）為例，若其中一個探測器判斷該三角錐在A距離處，而另一探測器因訊號干擾而誤判其位置在B距離處，車控系統必須要將資源挪移到判斷哪一個探測器才是正確的，此情況對駕駛安全來說都是隱憂。

以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。

1:光學測距裝置 2:物體 3:車輛 4:路面 10:殼體 20:視窗 30,30A:發射模組 31A,31B,31C,31D:光源 32:第一光源陣列模組 321A,321B,321C,321D:光源 33:第二光源陣列模組 331A,331B,331C,331D:光源 40:旋轉鏡 41:轉軸 50:探測模組 60:第一鏡組 61:第一準直透鏡 62:第二準直透鏡 63:反射鏡 64:分光組件 70:反射鏡 80:第二鏡組 90:垂直總視場 91:第一區視場 92:第二區視場 100:光學測距裝置 110:發射模組 110A,110B,110C,110D:光源 120:探測模組 120A,120B,120C,120D:探測器 130:第一鏡組 140:旋轉鏡 D:前探距離 L:基準光軸 LA,LA1~LA96:探測光 RA:回波光 :夾角

圖1是一種光學測距裝置的示意圖。 圖2繪製的光學測距裝置的簡化示意圖。 圖3繪製設置或包括在車輛車頂上的一個或多個示例性的本發明實施例的光學測距裝置。 圖4A繪製本發明實施例的光學測距裝置的結構示意圖。 圖4B繪製本發明實施例的發射模組的另一種實施態樣示意圖。 圖5繪製本發明第一實施例的發射模組與前述的視場的關係。 圖6A繪製本發明第二實施例的光學測距裝置的發射模組，主要顯示出發射模組與前述的視場的關係。 圖6B繪製圖6A的區域A部分的放大示意圖。

1:光學測距裝置

3:車輛

4:路面

90:視場

91:第一區視場

92:第二區視場

θ:夾角

L:基準光軸

Claims (10)

1. 一種光學測距裝置，裝設於一行駛於路面的車輛的頂部，該光學測距裝置包括：一陣列式光源，具有一垂直於路面的方向上的視場，並且包括複數個光源，該等光源包括複數個測近光源和複數個測遠光源；其中，該視場包括一第一區視場及一第二區視場，該第一區視場為該光學測距裝置的一基準光軸朝路面旋轉大於或等於的夾角範圍，該第一區視場僅由該陣列式光源中的該等光源的該等測近光源所提供；其中，該等測近光源和該等測遠光源係提供多次的單一線光源用於在該視場中進行掃描，該等多次的單一線光源經由一旋轉鏡的反射而用於在一平行於路面的方向上的視場掃描。
2. 如請求項1所述的光學測距裝置，其中，該第一區視場為該光學測距裝置的該基準光軸朝路面旋轉大於或等於的夾角範圍。
3. 如請求項1所述的光學測距裝置，其中，該等測近光源和該等測遠光源係對齊式或交錯式的線陣列排列。
4. 如請求項1所述的光學測距裝置，其中，該等測近光源或/及該等測遠光源的波長為905nm、940nm或1550nm。
5. 如請求項1所述的光學測距裝置，其中，該等光源在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號光源、第2號光源、第3號光源至第x號光源，離該車輛的頂部最遠的是該第1號光源，離該車輛的頂部最近的是第x號光源，該等光源中的第n號光源的視場涵蓋的夾角，其中x為大於1的正整數，n為大於1且小於等於x的正整數，該等光源中第n號光源到第x號光源為測近光源。
6. 如請求項5所述的光學測距裝置，其中，該等光源中第1號光源到第號光源為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。
7. 如請求項1所述的光學測距裝置，其中，該陣列式光源包括分離的第一光源陣列模組與第二光源陣列模組。
8. 如請求項7所述的光學測距裝置，其中，該第一光源陣列模組與該第二光源陣列模組各具有M1個光源與M2個光源，該等M1個光源發出M1個光訊號，該等M2個光源發出M2個光訊號，該等M1個光訊號經過一分光組件後形成S1個分光訊號，該等M2個光訊號經過該分光組件後形成S2個分光訊號，其中S1大於M1，S2大於M2，該S1個分光訊號與該S2個分光訊號在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號探測光、第2號探測光、第3號探測光至第x號探測光，離該車輛的頂部最遠的是該第1號探測光，離該車輛的頂部最近的是第x號探測光，複數個探測光中的第n號探測光的視場涵蓋的夾角，其中x為大於1的正整數，n為大於1且小於等於x的正整數，該等M1個光源與該等M2個光源中發出第n號探測光到第x號探測光的光源為測近光源。
9. 如請求項8所述的光學測距裝置，其中，該等M1個光源與該等M2個光源中發出該第1號探測光到第號探測光的光源為測遠光源、或測遠光源與測近光源的組合。
10. 一種光學測距裝置，裝設於一行駛於路面的車輛的頂部，該光學測距裝置包括：一陣列式光源，具有一垂直於路面的方向上的視場，並且包括複數個光源，該等光源包括複數個測近光源和複數個測遠光源；其中，該視場包括一第一區視場及一第二區視場，該第一區視場為該光學測距裝置的一基準光軸朝路面旋轉大於或等於的夾角範圍，該第一區視場僅由該陣列式光源中的該等光源的該等測近光源所提供；其中，該陣列式光源包括分離的第一光源陣列模組與第二光源陣列模組，該第一光源陣列模組與該第二光源陣列模組各具有M1個光源與M2個光源，該等M1個光源發出M1個光訊號，該等M2個光源發出M2個光訊號，該等M1個光訊號經過一分光組件後形成S1個分光訊號，該等M2個光訊號經過該分光組件後形成S2個分光訊號，其中S1大於M1，S2大於M2，該S1個分光訊號與該S2個分光訊號在垂直或不平行於路面的方向上依序為第1號探測光、第2號探測光、第3號探測光至第x號探測光，離該車輛的頂部最遠的是該第1號探測光，離該車輛的頂部最近的是第x號探測光，複數個探測光中的第n號探測光的視場涵蓋的夾角，其中x為大於1的正整數，n為大於1且小於等於x的正整數，該等M1個光源與該等M2個光源中發出第n號探測光到第x號探測光的光源為測近光源。