CN107688203B - 对自动车辆lidar有用的折射束转向设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对自动车辆LIDAR有用的折射束转向设备。用于使辐射(24)转向的说明性示例设备(22)包括：光学组件(34)，光学组件(34)包括在光学组件(34)的至少一侧上的多个凹形表面(36)；分别与多个凹形表面(36)对齐的多个辐射(24)源；以及至少一个致动器(38)，至少一个致动器(38)选择性地将光学组件(34)相对于多个辐射(24)源移动以选择性地改变相应辐射(24)束通过多个凹形表面(36)的方向。

Description

对自动车辆LIDAR有用的折射束转向设备
技术领域
本发明涉及转向设备，更具体地涉及对自动车辆LIDAR有用的折射束转向设备。
背景技术
电子和技术的进步已经使得将各种先进的特征结合到自动车辆上成为可能。已经发展了用于探测车辆附近或车辆路径上的物体的各种传感技术。这样的系统对于例如泊车辅助和巡航控制调整特征是有用的。
最近，允许自动或半自动车辆控制的自动车辆特征已经变得可能。例如，巡航控制系统可结合LIDAR(光探测和测距)用于探测车辆路径上的物体或另一车辆。取决于接近速度，巡航控制设置可自动地调整以基于探测到车辆路径上的另一车辆而降低车辆的速度。
存在不同类型的LIDAR系统。快闪LIDAR依赖于单个激光源来照亮感兴趣的区域。由雪崩光电二极管阵列探测从物体反射的光。尽管这样的系统提供有用的信息，但因为雪崩光电二极管阵列是相对昂贵的组件，所以也引入额外的成本。另外，用于这样的系统的激光源必须是相对高功率的以达到对感兴趣的区域的足够均匀的照明。扫描LIDAR系统利用与快闪LIDAR相比不同的组件。与先前建议的扫描LIDAR系统相关联的一个挑战是扫描组件要求额外的空间而在车辆上只有有限的封装空间可用。光学相控阵列LIDAR系统利用趋于引入相对显著的功率损失的束复用。
存在对较低成本、较易安装在小封装限制内并有效地利用功率的系统(诸如LIDAR系统)的组件的改进的需求。
发明内容
用于使辐射转向的说明性示例设备包括：光学组件，该光学组件包括在光学组件的至少一侧上的多个凹形表面；分别与多个凹形表面对齐的多个辐射源；以及至少一个致动器，该至少一个致动器选择性地将光学组件相对于多个光源移动以选择性地改变相应辐射束通过多个凹形表面的方向。
在具有前一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源在第一方向上发射相应的辐射束并且至少一个致动器选择性地在横贯第一方向的第二方向上移动光学组件。
在具有前两段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个致动器包括在光学组件的一侧上的第一致动器和在光学组件的第二侧上的第二致动器。
在具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个致动器选择性地在与第二方向相反并平行的第三方向上移动光学组件。
在具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个致动器包括微机电(MEMs)致动器。
具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例包括各自在激光二极管和凹形表面之间的多个准直透镜。
具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例包括壳体，该壳体包括底座、盖子(和底座间隔底座和盖子之间的至少一个侧壁)，且其中辐射源被支撑在壳体内靠近底座处、光学组件被支撑在壳体内在辐射源和盖子之间，并且该至少一个致动器在与盖子基本平行的相反方向上选择性地移动光学组件。
在具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个侧壁包括两个相对面对的侧壁，至少一个致动器包括被支撑在两个相对面对的侧壁中的一个上的第一致动器和被支撑在两个相对面对的侧壁中的另一个上的第二致动器，且第一和第二致动器分别将光学组件移动得更接近或更远离两个相对面对的侧壁。
在具有前诸段中任何一段中的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源、光学组件和至少一个致动器全都在壳体内，至少一个致动器有一部分被支撑在壳体上，并且光学组件由至少一个致动器的另一部分支撑。
使辐射转向的方法的说明性示例实施例包括引导辐射通过光学组件的至少一侧上的多个凹形表面并选择性地移动光学组件以控制相应辐射束通过多个凹形表面的方向。
具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例包括在第一方向上发射相应的辐射束并选择性地在横贯第一方向的第二方向上移动光学组件。
具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例包括选择性地在与第二方向相反并平行的第三方向上移动光学组件。
具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例包括使用至少一个致动器来选择性地移动光学组件。
在具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个致动器包括微机电(MEMs)致动器。
具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例包括使用激光二极管作为辐射源。
在具有前诸段中任何一段中的方法的一个或多个特征的示例实施例中，光学组件在包括底座、盖子(和底座间隔底座和盖子之间的至少一个侧壁)的壳体内且方法包括选择性地在与盖子基本平行的相反方向上移动光学组件。
用于在车辆上使用的LIDAR设备的说明性示例实施例包括：光学组件，该光学组件包括在光学组件的至少一侧上的多个凹形表面；分别与多个凹形表面对齐的多个辐射源；以及选择性地将光学组件相对于多个光源移动的至少一个致动器，其中相应辐射束通过多个凹形表面的方向取决于凹形表面相对于辐射源的位置。
在具有前一段中的LIDAR设备的一个或多个特征的示例实施例中，至少一个致动器包括微机电(MEMs)致动器。
具有前两段中任何一段中的LIDAR设备的一个或多个特征的示例实施例包括壳体，该壳体包括底座、盖子(和底座间隔底座和盖子之间的至少一个侧壁)，且其中辐射源被支撑在壳体内靠近底座处、光学组件被支撑在壳体内在辐射源和盖子之间，并且该至少一个致动器在与盖子基本平行的相反方向上选择性地移动光学组件。
至少一个侧壁包括两个相对面对的侧壁，至少一个致动器包括被支撑在两个相对面对的侧壁中的一个上的第一致动器和被支撑在两个相对面对的侧壁中的另一个上的第二致动器，且第一和第二致动器分别将光学组件移动得更接近或更远离两个相对面对的侧壁。
在具有前诸段中任何一段中的LIDAR设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源、光学组件和至少一个致动器全都在壳体内，至少一个致动器有一部分被支撑在壳体上，并且光学组件由至少一个致动器的另一部分支撑。
从以下具体实施方式中至少一个所公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。详具体实施方式所附的图可以如下简要描述。
附图说明
图1示意性地解说了包括具有根据本发明的实施例而设计的束转向组件的探测设备的车辆。
图2示意性地解说了根据本发明的实施例而设计的用于使辐射转向的示例设备。
图3示意性地解说了图2的示例设备不同于图2中所示地引导辐射束。
具体实施方式
图1示意性地解说了包括探测设备22的车辆20。用于探测设备22的一个示例是为车辆、发动机或刹车控制器(诸如自动车辆控制器)提供感测或导引信息。出于讨论的目的，探测设备22是发射对于探测车辆20附近或车辆20路径上的物体有用的至少一个辐射24束的LIDAR设备。在此示例中，辐射24束包括以相对车辆20的经选择的角度来引导的光。
本发明的实施例提供额外的束转向和扫描能力，同时与其他提议的布置相比要求更低的功率和占据更少的空间。本发明的实施例允许使用更少的功率和占据更少的空间而达到期望的束控制级别，这使得本发明的实施例很适于自动车辆LIDAR系统。在此示例中，辐射包括光。辐射源30包括多个激光二极管32。此示例中每一个激光二极管32都发射单独的辐射24束。
图2示意性地解说了对于以期望的方向、方式或图案转向辐射24(例如，光束)有用的LIDAR设备22的一部分。光学组件34包括在光学组件34的至少一侧上的多个凹形表面36。凹形表面36分别与激光二极管32对齐，使得每一个光束源自激光二极管32中的一个并通过凹形表面36中的一个。
光学组件34包括合适的光学材料，诸如那些对于制造透镜有用的。凹形表面36提供折射表面用于以期望的方向使辐射24束转向。至少一个致动器38与光学组件34相关联以导致光学组件34相对于辐射源30的用于选择性地改变辐射24束的方向的选择性移动。在此示例中，存在两个致动器38，一个致动器38与光学组件34的一端相关联。
如图2中由箭头40示意性地表示的，致动器38将光学组件34移动到所示位置中，根据该图这对应于向左的移动。图2中光学组件34的位置在所示方向上引导辐射24束从设备22离开。如图3中所示，根据该图按箭头42示意性地所示，光学组件34朝右移动或平移。在图3中所示的位置中，凹形表面36在所示方向上折射辐射24束，这与利用图2中所示的设备22的条件所实现的不同。
设备22的控制器(未示出)导致致动器38的期望操作以导致光学组件34的选择性移动，从而实现从设备22发出的期望方向的辐射或实现期望的束扫描图案。给定此描述，本领域技术人员将认识到如何实现期望的控制策略以实现适于他们的特定需求的束扫描图案。
在一些示例实施例中，致动器38包括微机电(MEMs)致动器。这样的致动器对于其中设备22旨在安装到相对小空间内的实施例有用。其他示例实施例包括不同的致动器，诸如压电致动器。
图2和3的示例实施例包括控制由激光二极管32发射的束的静止光学组件50。在此示例中，光学组件50包括防止由激光二极管32发射的束不按期望传播的多个准直透镜52。
辐射源30、光学组件34、致动器38和准直透镜52全都位于壳体60内。在此示例中，壳体60包括底座62，底座62可包括支撑激光二极管32的衬底。盖子64包括光学透明材料。至少一个侧壁66在底座62和盖子64之间伸展。在所解说的示例中，致动器38至少部分地由壳体60支撑。根据图2和3中所示的布置，致动器38被支撑在壳体60的相对面对的侧壁66上。用于在壳体内支撑致动器的其他布置是可能的。在此示例中，静止光学组件50也由侧壁66支撑。一个示例实施例包括用于帮助向致动器38提供功率和信号的蚀刻进盖子64中的铜迹线。
如可从附图中领会的，激光二极管32在第一方向(例如，根据附图，垂直的)上发射辐射24束。致动器38在横贯第一方向的第二方向(例如，根据附图，向右或向左)上选择性地移动光学组件34。致动器38还选择性地在与第二方向相反且平行的第三方向(例如，根据附图，向左或向右)上移动光学组件34。
所解说的实施例的一个特征是允许实现对于自动车辆应用有用的LIDAR(光探测和测距)设备22。所解说的实施例能够安装在非常狭小的封装限制中，使用相对低的功率来操作，并且提供宽范围的束方向能力。所解说的示例实施例的另一个特征是与依赖于用于引导光的外置镜布置(诸如MEMs镜)的设备相比，它减少组件的数量。与其他提议的LIDAR设备相比，利用所解说的布置，不需要外置的引导镜、不要求额外的束折叠空间且只有较小的发射器能量损失。
前述描述在本质上是示例性的而不是限制性的。不必偏离本发明的本质而对所公开的示例的改变和修改对于本领域技术人员可变得显而易见。给予本发明的法律保护的范围仅通过研究以下权利要求而确定。

Claims (22)

1.一种用于使辐射(24)转向的设备(22)，所述设备(22)包括：
光学组件(34)，所述光学组件(34)包括在所述光学组件(34)的至少一侧上的多个凹形表面(36)；
多个辐射(24)源，所述多个辐射(24)源分别与所述多个凹形表面(36)对齐；
静止光学组件(50)，所述静止光学组件(50)包括防止由所述辐射(24)源发射的束不按期望传播的多个准直透镜(52)，以及
至少一个致动器(38)，所述至少一个致动器(38)选择性地将所述光学组件(34)相对于所述多个辐射(24)源移动以选择性地改变相应辐射(24)束通过所述多个凹形表面(36)的方向。
2.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于：
所述辐射(24)源在第一方向上发射相应的辐射(24)束；以及
所述至少一个致动器(38)选择性地在横贯所述第一方向的第二方向上移动所述光学组件(34)。
3.如权利要求2所述的设备(22)，其特征在于，所述至少一个致动器(38)包括在所述光学组件(34)的一侧上的第一致动器和在所述光学组件(34)的第二侧上的第二致动器。
4.如权利要求2所述的设备(22)，其特征在于，所述至少一个致动器(38)选择性地在与所述第二方向相反且平行的第三方向上移动所述光学组件(34)。
5.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述至少一个致动器(38)包括微机电MEMs致动器。
6.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述辐射(24)源包括激光二极管(32)。
7.如权利要求6所述的设备(22)，其特征在于，包括各自在所述激光二极管(32)和所述凹形表面(36)之间的多个准直透镜(52)。
8.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，包括壳体(60)，所述壳体(60)包括底座(62)、盖子(64)，所述盖子(64)与所述底座(62)间隔所述底座(62)和所述盖子(64)之间的至少一个侧壁(66)，并且其中
所述辐射(24)源被支撑在所述壳体(60)内靠近所述底座(62)；
所述光学组件(34)被支撑在所述壳体(60)内在所述辐射(24)源和所述盖子(64)之间；以及
所述至少一个致动器(38)选择性地在与所述盖子(64)基本平行的相反方向上移动所述光学组件(34)。
9.如权利要求8所述的设备(22)，其特征在于：
所述至少一个侧壁(66)包括两个相对面对的侧壁；
所述至少一个致动器(38)包括被支撑在所述两个相对面对的侧壁中的一个上的第一致动器和被支撑在所述两个相对面对的侧壁中的另外一个上的第二致动器；以及
所述第一和第二致动器分别将所述光学组件(34)移动得更接近或更远离所述两个相对面对的侧壁。
10.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，包括壳体(60)并且其中
所述辐射(24)源、所述光学组件(34)和所述至少一个致动器(38)全都在所述壳体(60)内；
所述至少一个致动器(38)有一部分被支撑在所述壳体(60)上；以及
所述光学组件(34)由所述至少一个致动器(38)的另一部分支撑。
11.一种使辐射(24)转向的方法，所述方法包括：
引导辐射(24)通过静止光学组件(50)以及光学组件(34)的至少一侧上的多个凹形表面(36)，所述静止光学组件(50)包括防止由辐射(24)源发射的束不按期望传播的多个准直透镜(52)；以及
选择性地移动所述光学组件(34)以控制相应辐射(24)束通过所述多个凹形表面(36)的方向。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：
在第一方向上发射相应的辐射(24)束；以及
选择性地在横贯所述第一方向的第二方向上移动所述光学组件(34)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括选择性地在与所述第二方向相反且平行的第三方向上移动所述光学组件(34)。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括使用至少一个致动器(38)来选择性地移动所述光学组件(34)。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一个致动器(38)包括微机电MEMs致动器。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括使用激光二极管(32)作为所述辐射(24)源。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述光学组件(34)在壳体(60)内，所述壳体(60)包括底座(62)、盖子(64)，所述盖子(64)与所述底座(62)间隔所述底座(62)和所述盖子(64)之间的至少一个侧壁；以及
所述方法包括选择性地在与所述盖子(64)基本平行的相反方向上移动所述光学组件(34)。
18.一种用于在自动车辆(20)上使用的LIDAR设备(22)，其特征在于，包括：
光学组件(34)，所述光学组件(34)包括在所述光学组件(34)的至少一侧上的多个凹形表面(36)；
多个辐射(24)源，所述多个辐射(24)源分别与所述多个凹形表面(36)对齐；
静止光学组件(50)，所述静止光学组件(50)包括防止由所述辐射(24)源发射的束不按期望传播的多个准直透镜(52)，以及
至少一个致动器(38)，所述至少一个致动器(38)选择性地将所述光学组件(34)相对于所述多个辐射(24)源移动，
其中相应辐射(24)束通过所述多个凹形表面(36)的方向取决于所述凹形表面(36)相对于所述辐射(24)源的位置。
19.如权利要求18所述的LIDAR设备(22)，其特征在于，所述至少一个致动器(38)包括微机电MEMs致动器。
20.如权利要求18所述的LIDAR设备(22)，其特征在于，包括壳体(60)，该壳体(60)包括底座(62)、盖子(64)与所述底座(62)间隔所述底座(62)和所述盖子(64)之间的至少一个侧壁(66)，并且其中
所述辐射(24)源支撑在所述壳体(60)内靠近所述底座(62)；
所述光学组件(34)支撑在所述壳体(60)内所述辐射(24)源和所述盖子(64)之间；以及
所述至少一个致动器(38)选择性地在与所述盖子(64)基本平行的相反方向上移动所述光学组件(34)。
21.如权利要求20所述的LIDAR设备(22)，其特征在于：
所述至少一个侧壁(66)包括两个相对面对的侧壁；
所述至少一个致动器(38)包括被支撑在所述两个相对面对的侧壁中的一个上的第一致动器和被支撑在所述两个相对面对的侧壁中的另外一个上的第二致动器；以及
所述第一和第二致动器分别将所述光学组件(34)移动得更接近或更远离所述两个相对面对的侧壁。
22.如权利要求18所述的LIDAR设备(22)，其特征在于，包括壳体(60)并且其中
所述辐射(24)源、所述光学组件(34)和所述至少一个致动器(38)全都在所述壳体(60)内；
所述至少一个致动器(38)有一部分被支撑在所述壳体(60)上；以及
所述光学组件(34)由所述至少一个致动器(38)的另一部分支撑。
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