CN111157972B - 具有对于车辆lidar有用的扩大的视场的mems反射镜 - Google Patents

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Abstract

一种说明性示例检测设备包括：辐射源；至少一个反射镜，所述至少一个反射镜沿着具有第一宽度的视场反射来自所述源的辐射；至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置成折射从所述至少一个反射镜反射的辐射；以及至少一个致动器，所述至少一个致动器在第一位置和第二位置之间选择性地移动所述光学部件。在所述第一位置中，所述光学部件处于所述视场外并且不折射从所述至少一个反射镜反射的所述辐射中的任何辐射。在所述第二位置中，所述光学部件处于所述视场中并且折射从所述至少一个反射镜反射的所述辐射中的至少一些。当所述至少一个光学部件处于所述第二位置时，所述视场具有第二较大的宽度。

Description

具有对于车辆LIDAR有用的扩大的视场的MEMS反射镜
技术领域
本公开涉及具有对于车辆LIDAR有用的扩大的视场的MEMS反射镜。
技术背景
电子器件方面和技术方面的发展已使得将各种高级特征结合在机动车辆上成为可能。已研发了各种感测技术以用于检测在车辆附近或路径中的对象。这种系统对于例如对象检测、泊车辅助和巡航控制调整特征而言是有用的。
最近，自动车辆特征已可以允许自主或半自主车辆控制。例如，巡航控制系统可以结合LIDAR(光检测和测距)，以检测车辆路径中的对象或另一车辆。取决于接近速度，可以基于在车辆的路径中检测到另一车辆而自动调整巡航控制设置以降低车辆的速度。
存在不同类型的LIDAR系统。闪光LIDAR依靠单个激光源来照亮感兴趣的区域。来自对象的反射光被雪崩光电二极管阵列检测到。尽管这样的系统提供了有用的信息，但是雪崩光电二极管阵列由于其是相对昂贵的部件而引入了额外的成本。此外，用于这种系统的激光源必须具有相对较高的功率，以实现对所感兴趣区域的足够均匀的照明。与闪光LIDAR相比，扫描LIDAR系统利用不同的部件。与前面提出的扫描LIDAR系统相关的一个挑战是扫描角度受到限制。实现更宽的视场需要多个MEMS反射镜设备，这增加了成本并需要额外的封装空间。
发明内容
一种说明性示例检测设备包括：辐射源；至少一个反射镜，所述至少一个反射镜沿着具有第一宽度的视场反射来自所述源的辐射；至少一个光学部件，所述至少一个光学部件被配置成折射从所述至少一个反射镜反射的辐射；以及至少一个致动器，所述至少一个致动器在第一位置和第二位置之间选择性地移动所述光学部件。在所述第一位置中，所述光学部件处于所述视场外并且不折射从所述至少一个反射镜反射的所述辐射中的任何辐射。在所述第二位置中，所述光学部件处于所述视场中并且折射从所述至少一个反射镜反射的所述辐射中的至少一些。当所述至少一个光学部件处于所述第二位置时，所述视场具有第二较大的宽度。
在具有前述段落的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述至少一个光学部件包括两个光学部件，所述两个光学部件中的第一光学部件位于所述视场的第一侧上，并且所述两个光学部件中的第二光学部件位于所述视场的第二相对侧上。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述至少一个致动器包括选择性地移动所述两个光学部件中的所述第一光学部件的第一致动器和选择性地移动所述两个光学部件中的所述第二光学部件的第二致动器。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，当所述两个光学部件中的所述第二光学部件处于所述第一位置时，所述第一致动器将所述两个光学部件中的所述第一光学部件移动到所述第二位置；当所述两个光学部件中的所述第一光学部件处于所述第一位置时，所述第二致动器将所述两个光学部件中的所述第二光学部件移动到所述第二位置。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述第一致动器和第二致动器分别将所述两个光学部件移动到各自的第二位置，并且所述视场的所述第二较大的宽度包括在所述视场的所述第一侧和第二侧中的每一个上从所述第一宽度的增加。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述至少一个反射镜包括机电(MEMs)反射镜。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述辐射源包括激光。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述第二位置在所述视场内可变以实现所述视场的多个第二宽度。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述视场的所述第一宽度对应于60度视场，并且所述视场的所述第二宽度对应于90度视场。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述视场的所述第一宽度对应于60度视场，并且所述视场的所述第二宽度对应于120度视场。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述第二宽度至少是所述第一宽度的至少两倍宽。
在具有前述段落中的任一个的所述检测设备的一个或多个特征的示例实施例中，所述光学部件包括具有折射率的材料和具有最大入射角的抗反射涂层，所述折射率和所述最大入射角在所述第一宽度和第二宽度之间建立差异。
通过以下具体实施方式，至少一个公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以被简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出包括根据本发明的实施例设计的检测设备的车辆。
图2示意性地示出根据本发明的实施例设计的示例检测设备的所选特征。
图3示意性地示出使用图2的示例检测设备来实现较宽视场的示例技术。
图4示意性地示出使用根据本发明的实施例设计的设备的另一技术。
具体实施方式
与其他提出的布置相比，本发明的实施例以较低的成本提供了扩大的检测器视场能力，同时占据更少的空间。本发明的实施例非常适合于自动车辆LIDAR系统。
图1示意性地示出了包括检测设备22的车辆20。检测设备22的一种示例用途是为车辆、发动机或制动控制器(例如自动车辆控制器)提供感测或引导信息。出于讨论的目的，检测设备22是LIDAR设备，该LIDAR设备在视场24上发射至少一个辐射束，该视场24对于检测车辆20的附近或路径中的对象是有用的。在该示例中，辐射束包括相对于车辆20以选定角度定向的光。
图2示意性地示出了沿着视场24提供辐射的检测设备22的选定部分。未示出提供从车辆20附近的对象反射的辐射的指示的检测器或接收器部件，但是其将以本领域技术人员理解的方式被包括在内。辐射源30向反射镜32发射辐射，该反射镜32在期望的方向上反射该辐射。在该示例中，反射镜32是微机电(MEMS)反射镜，其以已知方式操作以建立视场24。
光学部件34和36以及相关联的致动器38和40a分别通过使从反射镜32反射的辐射中的至少一些折射来选择性地改变视场24的宽度或范围。在该示例中，光学部件34和36包括由具有选定折射率的光学材料制成的楔形物。致动器38和40a可以包括例如压电致动器，该压电致动器能够使相关联的光学部件34、36在跨1mm的运动范围内移动。
图3示意性地示出了使用光学部件34和36来选择性地改变视场24的宽度或范围的示例技术。在该示例中，致动器38和40a使相应的光学部件选择性地在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置处，光学部件处于视场24的外部，在第二位置处，光学部件至少部分地处于视场24内。当光学部件34、36中的至少一个在视场24中时，其以加宽视场24的方式使得从反射镜32反射的辐射折射。
在图4中，第一模式或条件在40b处示出，并且可以被认为是“模式1”，其中光学部件34、36处于相应的第一位置并且在视场24外。在42处示出了“模式2”，其中致动器38将光学部件34移动到至少部分地处于视场24内的第二位置中，在该第二位置处，光学部件34使辐射中的一些辐射折射，以扩大或加宽视场，如24’处所示。光学部件36在模式2下保持在其第一位置。在“模式3”中，致动器38将光学部件34返回到其第一位置，并且致动器40a将光学部件36至少部分地移动到视场24中，以使其变宽，如24’处所示。
图4包括时序图50，该时序图示出了光学部件34、36如何可以随着时间推移被移动到相应的第一位置和第二位置中，以实现视场24、24’的期望宽度。第一曲线54示出了光学部件34在由+1指示的第一位置和由0指示的第二位置中的第一位置。第二曲线56将光学部件56的第一位置指示为-1，将第二位置指示为0。控制致动器38和40a并如图3所示在模式1、2和3之间顺序地移动光学部件34、36在单个扫描帧期间为检测设备22提供了较宽的视场24’。
当两个光学部件34、36都在相应的第一位置时，视场24具有第一宽度，并且当光学部件34、36中的至少一个处于相应的第二位置时，视场24'具有第二较大的宽度。可以选择第一宽度和第二宽度之间的差异以满足特定检测设备22或特定应用的需求。例如，改变光学部件的配置或材料将对折射量和所产生的视场宽度产生影响。同样，改变第二位置的位置可以改变第二宽度。在一些实施例中，光学部件34、36被移动到视场的大约8.7度，而在另一些实施例中，光学部件34、36被移动到扫描场的大约15度。取决于光学部件的配置，这种移动可以例如将扫描视场增加多达30度或60度。
在一些实施例中，视场24具有60度的默认范围，其对应于光学部件34、36处于各自的第一位置。当光学部件34、36处于第二位置并用于实现较宽的视场24’时，扫描范围或视场范围在一些实施例中为90度，而在其他实施例中为120度。在一些实施例中，取决于例如光学部件的材料和配置，其他范围是可能的。选择具有适当折射率的光学部件材料并使用具有更宽入射角要求的抗反射涂层可以实现具有可接受的传输损耗的甚至更大的范围。受益于此描述的本领域技术人员将认识到哪种视场宽度将最能满足其特定需求以及选择光学部件特征以实现期望宽度的方式。
在图3中，光学部件34、36中仅一个在特定时间处移动到第二位置。在图4中示出了另一个实施例，其中可以同时将两个光学部件移动到第二位置以实现更宽的视场24'。其他实施例仅包括一个光学部件，而不是图示示例中所示的两个。
本发明的实施例为检测设备提供了较宽的视场，而无需不止一个的MEMS反射镜。与增加检测设备的数量以实现累积更大的视场相比，光学部件和致动器使得可以以相对较低的成本有效地将视场的范围或宽度加倍。可从本发明的实施例获得的增加的视场以较低的成本来实现，并且适合于比其他可能方式的更小包装空间。
前述描述本质上是示例性的，而不是限制性的。对所公开的示例的不一定背离本发明的实质的变化和修改对于本领域技术人员而言可变得显而易见。赋予本发明的法律保护范围仅能通过研究所附权利要求书来确定。

Claims (12)

1.一种检测设备(22)，包括：
辐射源(30)；
至少一个反射镜(32)，所述至少一个反射镜(32)沿着具有第一宽度的视场(24)反射来自所述源(30)的辐射；
至少一个光学部件(34，36)，所述至少一个光学部件(34，36)被配置成折射从所述至少一个反射镜(32)反射的辐射；以及
至少一个致动器(38，40a)，所述至少一个致动器(38，40a)在第一位置和第二位置之间选择性地移动所述光学部件(34，36)，在所述第一位置处，所述光学部件(34，36)处于所述视场(24)外并且不折射从所述至少一个反射镜(32)反射的所述辐射中的任何辐射，在所述第二位置处，所述光学部件(34，36)处于所述视场(24)中并且折射从所述至少一个反射镜(32)反射的所述辐射中的至少一些，其中，当所述至少一个光学部件(34，36)处于所述第二位置时，所述视场(24)具有比所述第一宽度更大的第二宽度。
2.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于：
所述至少一个光学部件(34，36)包括两个光学部件(34，36)；
所述两个光学部件(34，36)中的第一光学部件位于所述视场(24)的第一侧上；并且
所述两个光学部件(34，36)中的第二光学部件位于所述视场(24)的与所述第一光学部件相对的第二侧上。
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(38，40a)包括选择性地移动所述两个光学部件中的所述第一光学部件(34)的第一致动器(38)和选择性地移动所述两个光学部件中的所述第二光学部件(36)的第二致动器(40a)。
4.如权利要求3所述的设备(22)，其特征在于：
当所述两个光学部件中的所述第二光学部件(36)处于所述第一位置时，所述第一致动器(38)将所述两个光学部件中的所述第一光学部件(34)移动到所述第二位置；
当所述两个光学部件中的所述第一光学部件(34)处于所述第一位置时，所述第二致动器(40a)将所述两个光学部件中的所述第二光学部件(36)移动到所述第二位置。
5.如权利要求3所述的设备(22)，其特征在于：
所述第一致动器和第二致动器(38，40a)分别将所述两个光学部件(34，36)移动到各自的第二位置，并且
所述视场(24)的比所述第一宽度更大的所述第二宽度包括在所述视场(24)的所述第一侧和第二侧中的每一个上从所述第一宽度的增加。
6.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述至少一个反射镜(32)包括微机电(MEMs)反射镜(32)。
7.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述辐射源(30)包括激光。
8.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述第二位置在所述视场(24)内可变以实现所述视场(24)的多个第二宽度。
9.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于：
所述视场(24)的所述第一宽度对应于60度视场(24)；并且
所述视场(24)的所述第二宽度对应于90度视场(24)。
10.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于：
所述视场(24)的所述第一宽度对应于60度视场(24)；并且
所述视场(24)的所述第二宽度对应于120度视场(24)。
11.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述第二宽度是所述第一宽度的至少两倍宽。
12.如权利要求1所述的设备(22)，其特征在于，所述光学部件(34、36)包括具有折射率的材料和具有最大入射角的抗反射涂层，所述折射率和所述最大入射角在所述第一宽度和第二宽度之间建立差异。
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