CN111684301B - 激光雷达装置 - Google Patents
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Abstract
加热器(9)设置为对光学窗(8)进行加热,具备投光侧膜(F1)、受光侧膜(F2)、两个投光侧电极(LD1、LG1)、以及两个受光侧电极(LD2、LG2)。投光侧膜是设置为覆盖被遮蔽板(83)分隔的光学窗的内侧面中的、面向投光部(10)的设置空间的投光用部位的透明导电膜。受光侧膜是设置为覆盖被遮蔽板分隔的光学窗的内侧面中的、面向受光部(30)的设置空间的受光用部位的透明导电膜。两个投光侧电极对投光侧膜通电。两个受光侧电极对受光侧膜通电。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张2018年1月24日向日本专利局申请的日本专利申请第2018-009668号的优先权,通过参照将日本专利申请第2018-009668号的全部内容引入本申请中。
技术领域
本公开涉及具备光学窗的激光雷达装置。
背景技术
公知有一种激光雷达装置,通过投射光,并接收反射光,来检测直至反射光的物体的距离等。此外,激光雷达也记为LIDAR,是Light Detection and Ranging的缩写。这种装置具有壳体,在壳体的供从壳体的内部向外部射出的光与从壳体的外部向内部入射的光通过的部位设置有供光透过的光学窗。
在专利文献1中,记载了为了将附着于光学窗的雨滴、雪、污垢等除去,作为加热光学窗的加热器,使用以避开供光透过的部位的方式被布线的加热线的技术。
专利文献1:日本特表2015-506459号公报
发明内容
然而,发明人进行详细研究的结果,发现在专利文献1记载的现有技术中存在以下课题。
即,越远离被布线的部位,基于加热线的加热的效果越弱。因此,对于在供光透过的部位的周围布线加热线的现有技术而言,无法高效地加热最想加热的部位。
本公开的一个方面提供一种高效地加热激光雷达装置所具有的光学窗的技术。
本公开的一个方式的激光雷达装置具备:光检测模块、光学窗、遮蔽板、以及加热器。
光检测模块具有投光部以及受光部。投光部投射沿着预先设定的扫描方向扫描的光束。受光部接收从扫描范围到来的光。
光学窗设置于收纳光检测模块的壳体,供由光检测模块投射以及接收的光都透过。遮蔽板从光学窗的面向壳体内部的内侧面突出,为了抑制投光部与受光部之间的光的泄漏,而设置于投光部的设置空间与受光部的设置空间之间。加热器对光学窗进行加热。
加热器具备:投光侧膜、受光侧膜、两个投光侧电极、以及两个受光侧电极。投光侧膜是以覆盖被遮蔽板分隔的光学窗的内侧面中的、面向投光部的设置空间的投光用部位的方式设置的透明导电膜。受光侧膜是以覆盖被遮蔽板分隔的光学窗的内侧面中的、面向受光部的设置空间的受光用部位的方式设置的透明导电膜。两个投光侧电极对投光侧膜通电。两个受光侧电极对受光侧膜通电。
根据这样的结构,对光学窗进行加热的加热器由透明导电膜与两个电极构成,因此被两个电极夹着的透明导电膜的整体被均匀地加热。因此,在光学窗中,能够均匀且高效地加热供光透过的部位。
另外,构成加热器的透明导电膜分别单独地设置于光学窗的投光用部位以及受光用部位。因此,能够缩短对透明导电膜通电的两个电极之间的距离,从而能够以相对低的电压高效地加热到所需的温度。
附图说明
图1是表示激光雷达装置的外观的立体图。
图2是表示收纳在激光雷达装置的壳体内的光检测模块的结构的立体图。
图3是从正面表示分隔板相对于光检测模块的位置的示意图。
图4是表示光学窗的内侧面的结构的立体图。
图5是从侧面表示扫描部相对于光学窗的位置的示意图。
图6是从侧面表示变形例中的光学窗的结构的一部分的示意图。
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激光雷达装置1搭载于车辆而使用,用于存在于车辆周围的各种物体的检测等。激光雷达也记为LIDAR。LIDAR是Light Detection and Ranging的缩写。
如图1所示,激光雷达装置1具备壳体6。壳体6是形成为长方体状的树脂性的箱体,具备前表面6a、背面6b、底面6c、顶面6d、左侧面6e、以及右侧面6f。另外,在壳体6收纳有后述的光检测模块2与加热部9。以下,将沿着具有大致长方形的前表面6a的长边方向的方向设为X轴方向,将沿着前表面6a的短边方向的方向设为Y轴方向,将与X-Y平面正交的方向设为Z轴方向。将X轴方向中的前表面6a侧称为前,将背面6b侧称为后,将Z轴方向中的底面6c侧称为下,将顶面6d侧称为上,将Y轴方向中的左侧面6e侧称为左,将右侧面6f侧称为右。即,左右定义为从前方观察壳体6的方向。
壳体6具备壳体主体7与盖部8。盖部8包括壳体6的整个前表面6a,壳体主体7包括壳体的整个背面6b。
[2.光检测模块]
如图2、图3以及图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组装于壳体主体7。
[2-1.扫描部]
扫描部20包括反射镜模块21、分隔板22以及马达23。
反射镜模块21是在两面安装有反射光的两个偏转镜的平板状的部件。反射镜模块21立设在马达23上,随着马达23的驱动进行旋转运动。
分隔板22是在反射镜模块21的上下方向的中心附近,以与旋转运动的旋转轴正交的方式,与反射镜模块21一体地设置的圆形且板状的部件。
以下,将反射镜模块21中的、比分隔板22靠上侧的部位称为投光偏转部20a,将比分隔板22靠下侧的部位称为受光偏转部20b。
[2-2.发光部]
投光部10具备两个光源11、12。投光部10也可以具备两个投光透镜13、14与投光折返镜15。
光源11、12均使用半导体激光器。
投光透镜13是与光源11的发光面对置地配置的透镜。同样,投光透镜14是与光源12的发光面对置地配置的透镜。
投光折返镜15是使光的行进方向变化的镜。
光源11配置为使从光源11输出并透过投光透镜13的光保持原状地入射到投光偏转部20a。
投光折返镜15配置为使从光源12输出并透过投光透镜14的光的行进方向被该投光折返镜15折弯大致90°,从而路径被该投光折返镜15折弯的光入射到投光偏转部20a。
这里,光源11以朝向右方输出光的方式配置在壳体6的左侧面6e附近,光源12以朝向前方输出光的方式配置在壳体6的背面6b附近。另外,投光折返镜15配置为不遮挡从光源11朝向投光偏转部20a的光的路径。
[2-3.受光部]
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与受光折返镜33。
受光元件31具有将多个APD配置成一列的APD阵列。APD是雪崩光电二极管。
受光透镜32是缩小从受光偏转部20b到来的光的透镜。
受光折返镜33是使光的行进方向变化的镜。
受光元件31配置在受光折返镜33的下部。此外,在图3中,为了容易观察各部的配置,省略了框架40的一部分。
受光折返镜33配置为使光的路径向下方折弯大致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配置于受光偏转部20b与受光折返镜33之间。受光透镜32将入射到受光元件31的光束的光束直径缩小为APD的元件宽度左右。
[2-4.框架]
框架40是用于将投光部10、扫描部20以及受光部30具有的各部件组装为一体,由此在确定了这些部件的配置的状态下组装于壳体6内的部件。
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,从其下侧安装有组装了受光元件31的受光基板51与组装了扫描部20的马达基板52。因此,在框架下部41的、成为从受光折返镜33到受光元件31的光的路径的部位与供扫描部20的马达23配置的部位设置有孔。
在框架侧面部42中,将与扫描部20对置的一侧的面作为表面,在该表面突出设置有圆筒状的支架421。在支架421的表面侧端(即,X轴方向的右侧端),以堵塞其开口部的方式组装有投光透镜13。另外,在框架侧面部42的背面安装有组装了光源11的发光基板53。若在框架侧面部42安装有发光基板53,则光源11位于支架421的背面侧端(即,X轴方向的左侧端)。
在框架背面部43与框架侧面部42同样,突出设置有支架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的背面安装有组装了光源12的发光基板54。若在框架背面部43安装有发光基板54,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设置于将供属于投光部10的各部件配置的空间与供属于受光部30的各部件配置的空间分隔开的位置。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。
壳体6的内部空间被框架40的分隔部44、扫描部20的分隔板22、以及后述的盖部8的遮蔽板83划分为上下方向的两个空间。在这两个空间中,将供投光部10设置的上侧的空间称为投光侧空间6g,将供受光部30设置的下侧的空间称为受光侧空间6h。
这里,支架421与框架侧面部42一体地设置,但也可以与发光基板53一体地设置。同样,支架431与框架背面部43一体地设置,但也可以与发光基板54一体地设置。
[2-5.光检测模块的动作]
从光源11输出的光经由投光透镜13入射到投光偏转部20a。另外,从光源12输出的光在透过投光透镜14后,其行进方向被投光折返镜15折弯大致90°而入射到投光偏转部20a。入射到投光偏转部20a的光经由壳体的前表面6a,朝向与反射镜模块21的旋转角度对应的方向射出。经由反射镜模块21照射光的范围是扫描范围。例如,将以沿着Z轴的前方向为0度,沿着X轴方向扩展±60°的范围作为扫描范围。
位于与反射镜模块21的旋转位置对应的规定方向的来自被检测物体的反射光(以下,到来光)透过壳体的前表面6a,由受光偏转部20b反射,经由受光透镜32以及受光折返镜33被受光元件31接收。与反射镜模块21的旋转位置对应的规定方向是来自投光偏转部20a的光的射出方向。
[3.盖部]
如图4以及图5所示,盖部8具有光学窗81、框体82以及遮蔽板83。
框体82由阻止光源11、12发出的激光透过的树脂材料形成,且是构成盖部8的壳体前表面6a以外的部位的框状的部位。
光学窗81设置为覆盖框体82形成的大致长方形的开口部,且形成壳体6的前表面6a。光学窗81由供光源11、12发出的激光透过的树脂性的材料形成。
遮蔽板83是在光学窗81的Y轴方向的中心附近设置为沿着X轴方向从光学窗81的内侧面突出的板状的部位。如图2以及图3所示,遮蔽板83具有填埋在扫描部20的分隔板22与光学窗81之间产生的间隙的形状。以下,在光学窗81中,将位于比遮蔽板83靠上方且面向投光侧空间6g的部位称为投光用部位81a,将位于比遮蔽板83靠下方且面向受光侧空间6h的部位称为受光用部位81b。
遮蔽板83由阻止光源11、12发出的激光透过的树脂材料形成。光学窗81、框体82以及遮蔽板83一体成型。其中,如图5所示,遮蔽板83埋设至到达光学窗81的外侧面的位置。由此,在光学窗81内传播的光被遮蔽板83遮蔽,因此能够抑制投光部10与受光部30之间的经由光学窗81的光的泄漏。
[4.加热器]
加热部9用于光学窗81的加热。如图4所示,加热部9具备投光侧加热器91与受光侧加热器92。投光侧加热器91以及受光侧加热器92均具有透明导电膜Fi与两个电极LDi、LGi。此外,i在属于投光侧加热器91的情况下表示为1,在属于受光侧加热器92的情况下表示为2。
在投光侧加热器91中,透明导电膜(以下,投光侧膜)F1以至少覆盖供从投光部10经由扫描部20向扫描范围照射的光通过的范围的方式形成于光学窗81的投光用部位81a。两个电极(以下,投光侧电极)LD1、LG1沿着扫描方向平行地配置于投光侧膜F1的上下端,即沿着扫描方向的投光侧膜F1的外缘部。
在受光侧加热器92中,透明导电膜(以下,受光侧膜)F2以至少覆盖供从扫描范围到来且被受光部30接收的光通过的范围的方式形成于光学窗81的受光用部位81b。两个电极(以下,受光侧电极)LD2、LG2与两个投光侧电极LD1、LG1同样,平行地配置在受光侧膜F2上。
这些电极LDi、LGi经由柔性基板93与省略了图示的电源连接。
作为透明导电膜F1、F2,例如能够使用ITO膜。ITO是氧化铟与氧化锡的无机化合物。不限定于此,只要是由具有透明性与导电性的材料形成的膜即可。
[5.效果]
根据以上详细叙述的本实施方式,起到以下的效果。
(5a)在激光雷达装置1中,加热光学窗81的加热部9由透明导电膜Fi与电极LDi、LGi构成,因此被两个电极LDi、LGi夹着的透明电极膜Fi的整体被均匀地加热。其结果,能够高效地加热光学窗81中供光透过的部分。
(5b)在激光雷达装置1中,透明导电膜F1、F2分别单独地形成于光学窗81的投光用部位81a以及受光用部位81b,并且,沿着扫描方向配置有对透明导电膜Fi通电的两个电极LDi、LGi。因此,能够缩短两个电极LDi、LGi之间的距离,从而能够以相对低的电压高效地加热到所需的温度。
[6.其他实施方式]
以上,对本公开的实施方式进行了说明,但本公开不限定于上述实施方式,能够进行各种变形而实施。
(6a)在上述实施方式中,遮蔽板83与光学窗81一体成型,但本公开不限定于此。例如,遮蔽板83也可以与光检测模块2具有的框架40一体成型。在该情况下,如图6所示,在光学窗81形成有作为供遮蔽板83的前端部分插入的孔或槽的插入部81c。而且,在将盖部8安装于壳体主体7时,以遮蔽板83的前端部分到达光学窗81的外侧面、或槽的底部的方式形成遮蔽板83的前端部分。由此,与上述实施方式的情况相同,能够抑制投光部10与受光部30之间的经由光学窗81的光的泄漏。图6表示插入部81c为孔的情况。
(6b)在上述实施方式中,两个电极LDi、LGi沿着扫描方向布线,但也可以沿着与扫描方向正交的方向布线。
(6c)也可以由多个构成要素实现上述实施方式中的一个构成要素具有的多个功能、或者由多个构成要素实现一个构成要素具有的一个功能。另外,也可以由一个构成要素实现多个构成要素具有的多个功能、或者由一个构成要素实现由多个构成要素实现的一个功能。另外,也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外,也可以相对于其他的上述实施方式的结构附加或置换上述实施方式的结构的至少一部分。
(6d)除上述的激光雷达装置1之外,在以该激光雷达装置1为构成要素的系统等各种方式中也能够实现本公开。
Claims (4)
1.一种激光雷达装置,其特征在于,具备:
光检测模块(2),所述光检测模块(2)具有构成为投射沿着预先设定的扫描方向扫描的光的投光部(10)以及构成为接收从扫描范围到来的光的受光部(30);
光学窗(8),所述光学窗(8)设置于收纳所述光检测模块的壳体(6),并构成为供由所述光检测模块投射以及接收的光都透过;
遮蔽板(83),所述遮蔽板(83)从所述光学窗的面向所述壳体内部的内侧面突出,为了抑制所述投光部与所述受光部之间的光的泄漏,而设置于所述投光部的设置空间与所述受光部的设置空间之间;以及
加热部(9),所述加热部(9)构成为对所述光学窗进行加热,
所述加热部具备:
投光侧膜(F1),所述投光侧膜(F1)是设置为覆盖被所述遮蔽板分隔的所述光学窗的内侧面中的、面向所述投光部的设置空间的投光用部位(81a)的透明导电膜;
受光侧膜(F2),所述受光侧膜(F2)是设置为覆盖被所述遮蔽板分隔的所述光学窗的内侧面中的、面向所述受光部的设置空间的受光用部位(81b)的透明导电膜;
两个投光侧电极(LD1、LG1),所述两个投光侧电极(LD1、LG1)对所述投光侧膜通电;以及
两个受光侧电极(LD2、LG2),所述两个受光侧电极(LD2、LG2)对所述受光侧膜通电,
所述两个投光侧电极以及所述两个受光侧电极均沿着所述扫描方向平行地配置于所述投光侧膜以及所述受光侧膜的沿着所述扫描方向的外缘部。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置,其特征在于,
所述投光部以及所述受光部配置为沿着与所述扫描方向正交的方向排列。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达装置,其特征在于,
所述遮蔽板与所述光学窗一体地设置。
4.根据权利要求1或2所述的激光雷达装置,其特征在于,
所述遮蔽板与所述光检测模块一体地设置,
所述光学窗具有插入部(81c),所述插入部(81c)是供与所述光学窗接触的所述遮蔽板的前端部分插入的孔或槽。
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