CN111656214A - 光学雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光学雷达装置，扫描部(20)具有反射从投光部(10)入射的光的一个以上的反射面，通过使反射面相对于预先设定的旋转轴旋转，来使从投光部入射的光的射出方向沿着与旋转轴的轴向正交的主扫描方向变化。另外，扫描部反射来自扫描范围内的到来光，而使反射的到来光朝向来自投光部的光的入射方向射出。受光部(30)接受由扫描部反射出的到来光。在受光部中，受光折返镜(33)使从扫描部射出的到来光的路径向与光源(11、12)产生的光的射出方向不同的方向弯曲。受光元件(31)经由受光折返镜接受到来光。

Description

光学雷达装置

相关申请的交叉引用

本国际申请主张基于在2018年1月24日向日本专利厅申请的日本专利申请第2018－009656号的优先权，通过参照将日本专利申请第2018－009656号的所有内容引用至本国际申请。

技术领域

本公开涉及具备光偏转设备的光学雷达装置。

背景技术

在光学雷达装置中，作为使光偏转来实现扫描的光偏转设备之一，使用被旋转驱动的偏转反射镜。此外，光学雷达也记作LIDAR，是Light Detection and Ranging的缩写。

在下述专利文献1中，公开了一种从偏转反射镜来看发光基板和受光基板均配置于同一方向的结构，其中，上述发光基板设置有光源，该光源产生入射至偏转反射镜的光，上述受光基板设置有受光元件，该受光元件经由偏转反射镜接受来自上述对象物的反射光。

专利文献1：日本特开平7－92270号公报

然而，公开者详细研究的结果，发现在专利文献1所记载的现有技术中具有以下的课题。

即，在以往装置中，为了装置的小型化，而发光基板和受光基板被接近配置为其一部分安装面相互重合，所以相互容易受到在各自的基板上产生的电噪声的影响。另外，装置尺寸向两个基板重合的方向增大。

发明内容

本公开的一个方面在于提供一种在光学雷达装置中兼得小型化和电噪声减少的技术。

本公开的一个方式的光学雷达装置具备投光部、扫描部、以及受光部。

投光部具有输出光的一个以上的光源。此外，这里所说的光源也可以包含透镜、反射镜等光学部件。扫描部具有反射从投光部入射的光的一个以上的反射面，通过使反射面相对于预先设定的旋转轴旋转，来使从投光部入射的光的射出方向沿着与旋转轴的轴向正交的主扫描方向变化。另外，扫描部反射来自扫描范围内的到来光，使被反射的到来光朝向来自投光部的光的入射方向射出。受光部接受由扫描部反射出的到来光。受光部具备受光折返镜和受光元件。受光折返镜使从扫描部射出的到来光的路径向与光源产生的光的射出方向不同的方向弯曲。受光元件经由受光折返镜接受到来光。

根据这样的结构，能够使光源发出的光的射出方向和入射至受光元件的光的入射方向不同。其结果，设置有光源的发光基板和设置有受光元件的受光基板不配置于相互的安装面成为平行地重合的状态的位置，能够抑制在两个基板间电噪声相互影响。另外，能够避免由两个基板以重合的状态配置引起的装置尺寸向重合方向的增大。

附图说明

图1是表示光学雷达装置的外观的立体图。

图2是表示收纳于光学雷达装置的壳体内的光检测模块的结构的立体图。

图3是除去将光检测模块的构成部件一体化的框架的一部分来表示的光检测模块的主视图。

图4是除去光学雷达装置的壳体来表示的俯视图。

图5是表示构成光学雷达装置的各部件的配置的示意图。

图6是表示投光时的光路、以及针对光路的投光折返镜的配置的说明图。

图7是表示受光时的光束的路径的说明图。

图8是表示光检测模块的变形例中的各部件的配置的示意图。

图9是表示光检测模块的变形例中的各部件的配置的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开的实施方式进行说明。

[1.结构]

图1所示的本实施方式的光学雷达装置1搭载于车辆来使用，用于存在于车辆的周围的各种物体的检测等。光学雷达也记作LIDAR。LIDAR是Light Detection and Ranging的缩写。

如图1所示，光学雷达装置1具备壳体100和光学窗200。

壳体100是1个面开口的形成为长方体状的树脂制的箱体，收纳有后述的光检测模块2。

光学窗200以覆盖壳体100的开口部的方式固定于壳体100，是透过从设置于壳体100的内部的光检测模块2照射的激光的树脂性的盖体。

以下，将沿着壳体100的具有大致长方形的开口部的长边方向的方向设为X轴方向，将沿着开口部的短边方向的方向设为Y轴方向，并将与X－Y平面正交的方向设为Z轴方向。此外，对于X轴方向上的左右、以及Y轴方向上的上下而言，从壳体100的开口部侧观察来定义。另外，对于Z轴方向上的前后而言，将壳体100的开口部侧定义为前，将进深侧定义为后。

如图2～图5所示，光检测模块2具备投光部10、扫描部20、以及受光部30。光检测模块2经由框架40组装到壳体100。

[1－1－1.扫描部]

扫描部20具备反射镜模块21、分隔板22、以及马达23。

反射镜模块21具备一对偏转反射镜211、212、反射镜框架213。

一对偏转反射镜211、212均是具有反射光的反射面的平板状的部件。反射镜框架213具备圆板部213a和被固定部213b。圆板部213a是圆形并且板状的部位，该圆的中心固定于马达23的旋转轴。被固定部213b是在两面固定偏转反射镜211、212的板状的部位，并直立设置于圆板部213a的圆形面上。

此外，一对偏转反射镜211、212以及被固定部213b均具有将长边方向的宽度不同的两个长方形一体化而成的形状。具体而言，具有将两个长方形以使沿着短边方向的中心轴对齐并沿着该中心轴排列的方式一体化而成的形状。以下，在反射镜模块21中，将一对偏转反射镜211、212和被固定部213b一体化而成的部位中的长边方向较窄的长方形的部位称为窄幅部、将长边方向较宽的长方形的部位称为宽幅部。

经由反射镜框架213一体化的一对偏转反射镜211、212以宽幅部朝下，且中心轴的位置与圆板部213a的圆的中心一致的方式直立设置于圆板部213a。由此，一对偏转反射镜211、212根据马达23的驱动，进行以马达23的旋转轴为中心的旋转运动。换句话说，反射镜框架213的中心轴成为反射镜模块21的旋转轴。另外，一对偏转反射镜211、212的反射面不管马达23的旋转位置如何，总是与马达23的旋转轴平行。

分隔板22是具有与反射镜模块21的宽幅部的长边方向的宽度相同的直径的圆形并且板状的部件。分隔板22被分割为半圆状的2个部位，以从两侧夹住反射镜模块21的窄幅部的状态，并且抵接于反射镜模块21的宽幅部与窄幅部的阶梯差部分的状态固定。

以下，将一对偏转反射镜211、212中的比分隔板22靠上侧的部位，即窄幅部侧的部位称为投光偏转部20a，将比分隔板22靠下侧的部位，即宽幅部侧的部位称为受光偏转部20b。

[1－1－2.发光部]

投光部10具备一对光源11、12。投光部10也可以具备一对投光透镜13、14、以及投光折返镜15。

以下，将在投光偏转部20a中入射有来自一对光源11、12的光束的点称为反射点。另外，将与反射镜模块21的旋转轴正交且包含反射点的面称为基准面。

光源11、12均使用半导体激光。

光源11以使发光面朝向投光偏转部20a的状态配置于从反射点沿着X轴向左侧偏离的位置。光源12以使发光面朝向Z轴的前侧的状态配置于从自反射点至光源11的路径的中心附近的折返点沿着Z轴向后侧偏离的位置。其中，对于一对光源11、12的Y轴方向的位置亦即纵向位置而言，光源11设定于低于基准面的位置，光源12配置于高于基准面的位置。换句话说，一对光源11、12配置为纵向位置不同。

投光透镜13是与光源11的发光面对置地配置的透镜。同样地，投光透镜14是与光源12的发光面对置地配置的透镜。此外，光源11、12配置于投光透镜13、14的焦点附近。

投光折返镜15配置于上述的折返点，配置为反射从光源12输出并透过投光透镜14的光将其引导至反射点。此外，在图5中，省略投光折返镜15的图示。另外，如图6所示，投光折返镜15以不遮挡从光源11输出并透过投光透镜13朝向反射点的光路的方式配置于比该路径靠上侧。另外，从光源11到反射点的光路和从光源12经由投光折返镜15到反射点的光路被设定为成为相同的长度。

[1－1－3.受光部]

如图2～图5所示，受光部30具备受光元件31。受光部30也可以具备受光透镜32、以及受光折返镜33。

受光元件31配置于受光折返镜33的下部。应予说明，在图3以及图5中，为了容易观察各部的配置，省略了框架40的一部分。如图7所示，受光元件31具有将多个APD配置成1列的APD阵列311。APD是雪崩光电二极管。受光元件31配置为使受光面朝向沿着Y轴的上侧，并且APD阵列311中的APD的排列方向与X轴方向一致。

返回到图2～图5，受光折返镜33相对于受光偏转部20b沿着X轴配置于左侧，并配置为使光路向Y轴方向的下侧弯曲大致90°，以使从受光偏转部20b经由受光透镜32入射的光到达受光元件31。

受光透镜32是配置于受光偏转部20b与受光折返镜33之间的透镜。受光透镜32以入射至受光元件31的光束的沿着Z轴方向的光束宽度成为APD的元件宽度的程度的方式聚光。

[1－1－4.框架]

框架40是用于通过将投光部10、扫描部20、以及受光部30所具有的各部件组装成1体，而以确定出这些部件的配置的状态组装到壳体100内的部件。

如图2～图5所示，框架40具有框架下部41、框架侧面部42、框架背面部43、以及分隔部44。

在框架下部41，从其下侧安装组装有受光元件31的受光基板51、以及组装有扫描部20的马达基板52。因此，在框架下部41，在成为从受光折返镜33到受光元件31的光路的部位、和配置扫描部20的马达23的部位设置有孔。另外，在安装于框架下部41的受光基板51和马达基板52中，组装有受光元件31的安装面和组装有马达23的安装面成为大致同一平面。

在框架侧面部42，将与扫描部20对置的一侧的面作为表面，在该表面突出地设置圆筒状的支架421。在支架421的表面端(即，X轴方向的右侧端)以堵塞其开口部的方式组装投光透镜13。另外，在框架侧面部42的背面安装组装有光源11的发光基板53。若发光基板53安装于框架侧面部42，则光源11位于支架421的背面侧端(即，X轴方向的左侧端)。

与框架侧面部42相同地，在框架背面部43突出地设置有支架431，在支架431的表面侧端(即，Z轴方向的前侧端)组装有投光透镜14。另外，在框架背面部43的背面安装组装有光源12的发光基板54。若发光基板54安装于框架背面部43，则光源12位于支架431的背面侧端(即，Z轴方向的后侧端)。

分隔部44设置于分隔配置有属于投光部10的各部件的空间和配置有属于受光部30的各部件的空间的位置。在分隔部44组装有投光折返镜15、受光折返镜33、以及受光透镜32。

此外，受光基板51以及一对发光基板53、54分别通过螺纹固定安装于框架40。换句话说，构成为通过螺钉调整受光基板51的安装位置以及角度中的至少一方，从而能够三维地微调受光元件31的安装位置以及角度中的至少一方。同样地，构成为通过螺钉调整一对发光基板53、54的安装位置以及角度中的至少一方，从而能够三维地微调一对光源11、12的安装位置以及角度中的至少一方。

这里，支架421是与框架侧面部42一体地设置的，但也可以是与发光基板53一体地设置的。另外，支架431是与框架背面部43一体地设置的，但也可以是与发光基板54一体地设置的。

[1－2.动作]

如图6所示，从光源11输出的光经由投光透镜13入射至投光偏转部20a的反射点。另外，从光源12输出的光透过投光透镜14之后，通过投光折返镜15将行进方向弯曲大约90°，而入射至投光偏转部20a的反射点。其中，在光源11和光源12中，使用投光偏转部20a的不同的面。入射至反射点P的光朝向与反射镜模块21的旋转位置相应的方向射出。经由反射镜模块21照射光的范围为扫描范围。

如图7所示，来自位于与反射镜模块21的旋转位置相应的规定方向的被检物的反射光(以下，到来光)被受光偏转部20b反射，经由受光透镜32和受光折返镜33被受光元件31接受。所谓的与反射镜模块21的旋转位置相应的规定方向是来自投光偏转部20a的光的射出方向。被检物是成为光学雷达装置1的检测对象的各种物标。

也就是说，在光学雷达装置1中，沿着X轴方向的水平方向的扫描(以下，主扫描)在机械方式上是通过反射镜模块21的旋转来实现的。另外，沿着Y轴方向的垂直方向的扫描(以下，副扫描)在电子方式上是通过输出在垂直方向上排列的4个光束的光源11、12、以及接受该光束的APD阵列311来实现的。

[1－3.效果]

根据以上详细叙述的光学雷达装置1，起到以下的效果。

(1a)在光学雷达装置1中，从扫描部20观察，投光部10和受光部30配置于同一方向(即，图2～5中的X轴方向左侧)。而且，通过利用投光折返镜15和受光折返镜33使光路弯曲，使得光源11、12发出的光的射出方向与入射至受光元件31的到来光的入射方向相互大致正交。由此，在光学雷达装置1中，能够将发光基板53、54以及受光基板51配置成各自的安装面相互正交的状态。这里所说的安装面在发光基板53、54中是指安装有光源11、12的面，在受光基板51中是指安装有受光元件31的面。其结果是，根据光学雷达装置1，与配置为相互的安装面平行地重合的以往装置相比，能够抑制在各基板间电噪声相互影响。

(1b)在光学雷达装置1中，通过利用受光折返镜33使由扫描部20a反射出的到来光的路径向Y轴方向下侧弯曲，从而将受光基板51配置于相互的安装面成为与马达基板52大致同一平面的位置。由此，能够有效利用以往成为无效空间的壳体100内下部的与马达23的厚度(即，Y轴方向的宽度)相应的空间，并能够将装置尺寸小型化。另外，由于组装有受光基板51和马达基板52的框架下部41的形状也简化，所以能够减轻框架40的制造、以及针对框架40的受光基板51以及马达基板52的组装作业的负荷。

[2.其它实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限于上述的实施方式，能够进行各种变形并实施。

(2a)在上述实施方式中，光检测模块2的投光部10具备2个发光基板53、54，但也可以省略这些基板中的任意一方。在这些情况下，也可以在一个发光基板上组装2个光源11、12。而且，在如图8所示的光检测模块2a的投光部10a那样省略发光基板54的情况下，能够使进深方向(即，Z轴方向)的装置尺寸小型化，并且也能够省略投光折返镜15。另外，在如图9所示的光检测模块2b的投光部10b那样，省略发光基板53的情况下，能够使宽度方向(即，X轴方向)的装置尺寸小型化。

(2b)也可以将上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能通过多个构成要素来实现、或将一个构成要素所具有的一个功能通过多个构成要素来实现。另外，也可以将多个构成要素所具有的多个功能通过一个构成要素来实现、或将由多个构成要素实现的一个功能通过一个构成要素来实现。另外，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以将上述实施方式的构成的至少一部分附加至或者置换为其它上述实施方式的结构。

(2c)除了上述的光学雷达装置1以外，也能够以将该光学雷达装置1作为构成要素的系统等各种方式来实现本公开。

Claims (6)

1.一种光学雷达装置，具备：

投光部(10)，具有输出光的一个以上的光源(11、12)；

扫描部(20)，构成为具有反射从上述投光部入射的光的一个以上的反射面，通过使上述反射面相对于预先设定的旋转轴旋转，来使从上述投光部入射的光的射出方向沿着与上述旋转轴的轴向正交的主扫描方向变化，并且反射来自扫描范围内的到来光，而使被反射的到来光朝向来自上述投光部的光的入射方向射出；以及

受光部(30)，构成为接受由上述扫描部反射出的上述到来光，

上述受光部具备：

受光折返镜(33)，构成为使从上述扫描部射出的上述到来光的路径向与上述光源产生的光的射出方向不同的方向弯曲；以及

受光元件(31)，构成为经由上述受光折返镜接受上述到来光。

2.根据权利要求1所述的光学雷达装置，其中，

上述扫描部构成为使用同一偏转反射镜全部反射来自上述投光部的入射光以及来自外部的上述到来光。

3.根据权利要求1或2所述的光学雷达装置，其中，

上述扫描部构成为具备：

反射镜模块(21)，具有上述反射面；以及

马达(23)，安装于上述旋转轴，

上述扫描部的沿着上述旋转轴的轴向距上述马达较远的一侧成为使从上述投光部入射的光的射出方向变化的投光偏转部(20a)，上述扫描部的沿着上述旋转轴的轴向接近上述马达的一侧成为使上述到来光朝向上述受光折返镜射出的受光偏转部(20b)。

4.根据权利要求3所述的光学雷达装置，其中，

上述受光折返镜构成为使上述到来光的路径向在上述旋转轴的轴向上配置有上述马达的一侧弯曲。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学雷达装置，其中，

安装上述光源的发光基板(53、54)和安装上述受光元件的受光基板(51)配置为各自的安装面相互正交。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的光学雷达装置，其中，

安装上述受光元件的受光基板(51)和安装配置于上述旋转轴的马达的马达基板(52)配置为各自的安装面成为同一平面。

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