CN114114214A - 光达系统 - Google Patents

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CN114114214A CN202010895030.9A CN202010895030A CN114114214A CN 114114214 A CN114114214 A CN 114114214A CN 202010895030 A CN202010895030 A CN 202010895030A CN 114114214 A CN114114214 A CN 114114214A
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Abstract

一种光达系统，包含一驱动器、一发光元件、一第一检测器、一准直镜、一分光镜、一反射元件、一透镜以及一第二检测器。发光元件用以发出一第一光束以及一第二光束。第一检测器设置于驱动器以及发光元件之间且用以检测第一光束的一功率。准直镜用以准直第二光束以产生一第一准直光。分光镜用以穿透第一准直光以产生一穿透光。反射元件用以反射穿透光以产生一第一反射光，并使第一反射光打到测量物并产生散射光。透镜用以准直测量物的散射光以产生一第二准直光。反射元件更用以反射第二准直光以产生一第二反射光。分光镜更用以反射第二反射光以产生一第三反射光。第二检测器用以检测第三反射光。

Description

光达系统
技术领域
本公开中所述实施例内容涉及一种光达系统，特别关于一种可实时测量发光元件功率的光达系统。
背景技术
随着科技的发展，光达(LIDAR)系统已应用于许多领域。在一些相关技术中，是在组装测试阶段或出厂前对光达系统中的发光元件进行功率测量。然而，这无法确保此发光元件在后续的使用过程中不会发生异常。
发明内容
本公开的一些实施方式涉及一种光达系统。光达系统包含一驱动器、一发光元件、一第一检测器、一准直镜、一分光镜、一反射元件、一透镜以及一第二检测器。发光元件用以发出一第一光束以及一第二光束。第一检测器设置于驱动器以及发光元件之间且用以检测第一光束的一功率。准直镜用以准直第二光束以产生一第一准直光。分光镜穿透第一准直光以产生一穿透光。反射元件用以反射穿透光以产生一第一反射光，并使第一反射光打到测量物并产生散射光。透镜用以准直测量物的散射光以产生一第二准直光。反射元件更用以反射第二准直光以产生一第二反射光。分光镜更用以反射第二反射光以产生一第三反射光。第二检测器用以检测第三反射光。
本公开的一些实施方式涉及一种光达系统。光达系统包含一第一驱动器、一第一发光元件、一第一检测器、一第一准直镜、一第一分光镜、一反射元件、一第一透镜以及一第二检测器。第一发光元件用以发出一第一光束以及一第二光束。第一驱动器与第一发光元件之间形成一第一区域。第一光束照射第一驱动器，使第一驱动器反射第一光束以产生一第一待测光。第一检测器设置于第一区域之外且用以检测第一待测光。第一准直镜用以准直第二光线，以产生一第一准直光。第一分光镜用以穿透第一准直光以产生一第一穿透光。反射元件用以反射第一穿透光以产生一第一反射光，并使第一反射光打到测量物并产生第一散射光。第一透镜用以准直测量物的第一散射光以产生一第二准直光。反射元件更用以反射第二准直光以产生一第二反射光。第一分光镜更用以反射第二反射光以产生一第三反射光。第二检测器用以检测第三反射光。
综上所述，本公开中的光达系统可实时测量发光元件的功率，以提高光达系统的可靠度。另外，本公开将检测器设置于驱动器以及发光元件之间，可有效利用空间，以避免增加光达系统的体积且避免光路过于复杂。再者，本公开的光达系统具有设置简易且成本较低的优点。
附图说明
为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能够更明显易懂，说明书附图的说明如下：
图1A是依照本公开一些实施例所示出一光达系统的示意图；
图1B是依照本公开一些实施例所示出图1A中的驱动器、检测器以及发光元件的上视图；
图1C是依照本公开一些实施例所示出的一发光元件的侧视图；
图1D是依照本公开一些实施例所示出的图1C中发光元件的上视图；
图2A是依照本公开一些其他实施例所示出驱动器、检测器以及发光元件的上视图；
图2B是依照本公开一些其他实施例所示出驱动器、检测器以及发光元件的上视图；
图3A是依照本公开一些实施例所示出的一光达系统的示意图；
图3B是依照本公开一些实施例所示出图3A中的驱动器、检测器以及发光元件的上视图；以及
图4是依照本公开一些实施例所示出的一光达系统的示意图。
附图标记说明：
100：光达系统
110：驱动器
110A：驱动器
110-1：驱动器
110-2：驱动器
120A：检测器
120B：检测器
120C：检测器
120D：检测器
120-1：检测器
120-2：检测器
130：发光元件
130-1：发光元件
130-2：发光元件
140：准直镜
140-1：准直镜
140-2：准直镜
150：分光镜
150-1：分光镜
150-2：分光镜
160：检测器
170：反射元件
180：处理器
190：透镜
190-1：透镜
190-2：透镜
300：光达系统
400：光达系统
L1：光束
L2：光束
L3：光束
L4：光束
AL：轴线
P1：连线
P2：连线
P3：连线
P4：连线
D：锐角
LA1：发光面
LA2：发光面
LB：感光面
BA：走线区域
OB：测量物
SL：散射光
SL1：散射光
SL2：散射光
CL1：准直光
CL2：准直光
CL3：准直光
CL4：准直光
RL0：反射光
RL1：反射光
RL2：反射光
RL3：反射光
RL4：反射光
RL5：反射光
RL6：反射光
UL1：待测光
UL2：待测光
TL：穿透光
TL1：穿透光
TL2：穿透光
A1：区域
A2：区域
具体实施方式
下文是举实施例配合说明书附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同的符号标示来说明。
在本文中所使用的用词“耦接”亦可指“电性耦接”，且用词“连接”亦可指“电性连接”。“耦接”及“连接”亦可指二个或多个元件相互配合或相互互动。
参考图1A以及图1B。图1A是依照本公开一些实施例所示出光达系统100的示意图。以图1A以及图1B示例而言，光达系统100包含驱动器110、检测器120A、发光元件130、准直镜140、分光镜150、检测器160、反射元件170、处理器180以及透镜190。图1B是依照本公开一些实施例所示出图1A中的驱动器110、检测器120A以及发光元件130的上视图。驱动器110可利用脉冲信号驱动发光元件130发光。在一些实施例中，驱动器110可利用特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)或由氮化镓(GaN)所制作的场效晶体管实现。驱动器110需要有能忍受瞬间高电流的特性。若要正常驱动发光元件130，一般需要数十安培的电流，因此，驱动器110与发光元件130之间的距离通常为毫米等级。举例而言，驱动器110至发光元件130的距离可小于10毫米。检测器120A设置于驱动器110以及发光元件130之间。在一些实施例中，发光元件130为激光二极管(laser diode，LD)，但本公开不以此为限。在一些实施例中，反射元件170为反光镜。
参考图1C以及图1D。图1C是依照本公开一些实施例所示出的发光元件130的侧视图。图1D是依照本公开一些实施例所示出的图1C中发光元件130的上视图。以图1C以及图1D示例而言，发光元件130包含发光面LA1以及发光面LA2。在一些实施例中，发光元件130的中央可设有走线区域BA。其他走线可设置于走线区域BA。
如上所述，检测器120A设置于驱动器110以及发光元件130之间。以图1B示例而言，驱动器110以及检测器120A设置于发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且发光面LA1朝向检测器120A的感光面LB。发光元件130包含轴线AL。驱动器110的中心与检测器120A的中心形成连线P1，且连线P1对齐于轴线AL。
以图1A示例而言，发光面LA1朝向检测器120A设置且朝向检测器120A发出光束L1。发光面LA2朝向准直镜140设置且朝向准直镜140发出光束L2。本发明实施例中，自发光面LA1发出的光束L1的光强度小于自发光面LA2发出的光束L2的光强度。
检测器120A用以检测自发光面LA1发出的光束L1的功率，以实时测量发光元件130的功率。处理器180耦接检测器120A。在一些实施例中，处理器180可将检测器120A所检测到的功率以及一门限值进行比较，以判断光达系统100是否异常。举例而言，当检测器120A所检测到的功率小于门限值，处理器180判断光达系统100发生异常，且提供警示信号。
准直镜140用以准直自发光面LA2发出的光束L2以产生准直光CL1。分光镜150用以穿透准直光CL1以产生穿透光TL。反射元件170用以反射穿透光TL以产生反射光RL1。反射光RL1打到测量物OB会产生测量物OB的散射光SL。透镜190用以准直测量物OB的散射光SL以产生准直光CL2。透镜190亦可达到搜集更多光的技术效果。反射元件170用以反射准直光CL2以产生反射光RL1。分光镜150用以将反射光RL1反射以产生反射光RL2。检测器160用以检测反射光RL2。处理器180耦接检测器160。处理器180用以依据检测器160所检测到的反射光RL2以及发光元件130的发光时间执行一飞行测距(time of flight measurement，ToF)程序。在一些实施例中，检测器160设置于透镜190的焦点。
在一些实施例中，检测器120A不具有放大功能，而检测器160具有放大功能。举例而言，检测器120A可为光检测器(photo diode，PD)，而检测器160可为雪崩光电二极管(avalanched photodiode，APD)。
如上所述，在本公开中，检测器120A可检测自发光面LA1发出的光束L1的功率，以实时测量发光元件130的功率。借此，可实时得知发光元件130或光达系统100是否发生异常，以提高光达系统100的可靠度。
另外，将检测器120A设置于驱动器110以及发光元件130之间可有效利用空间。借此配置，可避免增加光达系统100的系统体积且可避免光路过于复杂。
再者，在一些实施例中，检测器120A可利用较便宜的光检测器实现。借此，亦可避免增加过多的成本。
参考图2A。图2A是依照本公开一些其他实施例所示出驱动器110、检测器120B以及发光元件130的上视图。以图2A示例而言，驱动器110以及检测器120B设置于发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且检测器120B的感光面LB朝向另一侧(例如：图面上的右侧)。发光元件130包含轴线AL。驱动器110的中心与检测器120A的中心形成连线P2，且连线P2未对齐于轴线AL。
参考图2B。图2B是依照本公开一些其他实施例所示出驱动器110A、检测器120C以及发光元件130的上视图。以图2B示例而言，驱动器110A以及检测器120C设置于发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且检测器120C的感光面LB朝向另一侧(例如：图面上的右侧)。驱动器110A相对于检测器120C旋转一个角度。发光元件130包含轴线AL。驱动器110A的中心与检测器120C的中心形成连线P3，且连线P3未对齐于轴线AL。
参考图3A以及图3B。图3A是依照本公开一些实施例所示出的光达系统300的示意图。图3B是依照本公开一些实施例所示出图3A中的驱动器110、检测器120D以及发光元件130的上视图。以图3A示例而言，驱动器110与发光元件130之间形成区域A1，该区域A1的范围为发光元件130的上边与下边往驱动器110延伸包围的区域。检测器120D设置于区域A1外。以图3B示例而言，驱动器110以及检测器120D设置于发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且检测器120D的感光面LB朝向驱动器110。发光元件130包含轴线AL。驱动器110的中心与检测器120D的中心形成连线P4，且连线P4未对齐于轴线AL。举例而言，连线P4与轴线AL形成锐角D。
再次参考图3A。驱动器110用以反射来自发光元件130的发光面LA1的光束L1以产生待测光UL1。而检测器120D用以接收且检测被驱动器110所反射的待测光UL1，以实时测量发光元件130的功率。
在图3A的光达系统300中，由于检测器120D并非设置于驱动器110与发光元件130之间的区域A1中，因此检测器120D与驱动器110之间的距离可缩短。借此配置，可达到节省空间的技术效果。举例而言，驱动器110至发光元件130的距离可小于5毫米。
准直镜140用以准直自发光面LA2发出的光束L2以产生准直光CL1。分光镜150用以穿透准直光CL1以产生穿透光TL。反射元件170用以反射穿透光TL以产生反射光RL1。反射光RL1打到测量物OB会产生测量物OB的散射光SL。透镜190用以准直测量物OB的散射光SL以产生准直光CL2。反射元件170用以反射准直光CL2以产生反射光RL2。分光镜150用以将反射光RL2反射以产生反射光RL3。检测器160用以检测反射光RL3。处理器180耦接检测器160。处理器180用以依据检测器160所检测到的反射光RL3以及发光元件130的发光时间执行一飞行测距程序。
参考图4。图4是依照本公开一些实施例所示出的光达系统400的示意图。以图4示例而言，光达系统400包含驱动器110-1以及110-2、检测器120-1以及120-2、发光元件130-1以及130-2、准直镜140-1以及140-2、分光镜150-1以及150-2、检测器160-1以及160-2、反射元件170、处理器180以及透镜190-1以及190-2。
驱动器110-1、检测器120-1、发光元件130-1、准直镜140-1、分光镜150-1、反射元件170以及透镜190-1的配置相似于图3A中的光达系统300且可形成第一光信号通道(channel)。驱动器110-2、检测器120-2、发光元件130-2、准直镜140-2、分光镜150-2、反射元件170以及透镜190-2的配置亦相似于图3A中的光达系统300且可形成第二光信号通道。也就是说，图4的光达系统400为多通道(multi-channel)的架构且包含两个光信号通道。在一些其他的实施中，光达系统400可包含超过两个光信号通道。
图4中的驱动器110-1(110-2)、检测器120-1(120-2)、发光元件130-1(130-2)的配置可相同于图3B中的驱动器110、检测器120D、发光元件130的配置。以图4示例而言，驱动器110-1与发光元件130-1之间形成区域A1。检测器120-1设置于区域A1外。详细而言，驱动器110-1以及检测器120-1设置于发光元件130-1的发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且检测器120-1的感光面LB朝向驱动器110-1。发光元件130-1包含一轴线(例如：图3B中的轴线AL)。驱动器110-1的中心与检测器120-1的中心形成一连线(例如：图3B中的连线P4)，且此连线未对齐于发光元件130-1的轴线。举例而言，此连线(例如：图3B中的连线P4)与发光元件130-1的轴线(例如：图3B中的轴线AL)形成锐角(例如：图3B中的锐角D)。相似地，驱动器110-2与发光元件130-2之间形成区域A2。检测器120-2设置于区域A2外。详细而言，驱动器110-2以及检测器120-2设置于发光元件130-2的发光面LA1的一侧(例如：图面上的左侧)，且检测器120-2的感光面LB朝向驱动器110-2。发光元件130-2包含一轴线(例如：图3B中的轴线AL)。驱动器110-2的中心与检测器120-2的中心形成一连线(例如：图3B中的连线P4)，且此连线未对齐于发光元件130-2的轴线。举例而言，此连线(例如：图3B中的连线P4)与发光元件130-2的轴线(例如：图3B中的轴线AL)形成锐角(例如：图3B中的锐角D)。
发光元件130-1或130-2具有两个不同光强度的发光面LA1以及LA2。发光元件130-1的发光面LA1以及LA2分别用以发出不同光强度的光束L1以及光束L2。驱动器110-1用以反射光束L1以产生待测光UL1。检测器120-1用以检测待测光UL1，以实时测量发光元件130-1的功率。准直镜140-1用以准直光束L2以产生准直光CL1。分光镜150-1用以穿透准直光CL1以产生穿透光TL1。反射元件170用以反射穿透光TL1以产生反射光RL1。反射光RL1打到测量物OB会产生测量物OB的散射光SL1。透镜190-1用以准直测量物OB的散射光SL1以产生准直光CL2。反射元件170用以反射准直光CL2以产生反射光RL2。分光镜150-1用以将反射光RL2反射以产生反射光RL3。检测器160-1用以检测反射光RL3，以供处理器180执行飞行测距程序。相似地，发光元件130-2的发光面LA1以及LA2分别用以发出不同光强度的光束L3以及光束L4。驱动器110-2用以反射光束L3以产生待测光UL2。检测器120-2用以检测待测光UL2，以实时测量发光元件130-2的功率。准直镜140-2用以准直光束L4以产生准直光CL3。分光镜150-2用以穿透准直光CL3以产生穿透光TL2。反射元件170用以反射穿透光TL2以产生反射光RL4。反射光RL4打到测量物OB会产生测量物OB的散射光SL2。透镜190-2用以准直测量物OB的散射光SL2以产生准直光CL4。反射元件170用以反射准直光CL4以产生反射光RL5。分光镜150-2用以将反射光RL5反射以产生反射光RL6。检测器160-2用以检测反射光RL6，以供处理器180执行飞行测距程序。
以图4示例而言，由于检测器120-2设置于区域A1与区域A2之间(待测光UL1的光路径上以及待测光UL2的光路径上)，因此检测器120-2可阻挡待测光UL1以避免待测光UL1影响到第二光信号通道，也可阻挡待测光UL2以避免待测光UL2影响到第一光信号通道。也就是说，图4中的光达系统400可降低不同光信号通道之间的串音(crosstalk)干扰。
综上所述，本公开中的光达系统可实时测量发光元件的功率，以提高光达系统的可靠度。另外，本公开将检测器设置于驱动器以及发光元件之间，可有效利用空间，以避免增加光达系统的体积且避免光路过于复杂。再者，本公开的光达系统具有设置简易且成本较低的优点。
虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域具通常知识者，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1.一种光达系统，包含：
一驱动器；
一发光元件，用以发出一第一光束以及一第二光束；
一第一检测器，设置于该驱动器以及该发光元件之间且用以检测该第一光束的一功率；
一准直镜，用以准直该第二光束以产生一第一准直光；
一分光镜，用以穿透该第一准直光以产生一穿透光；
一反射元件，用以反射该穿透光以产生一第一反射光，并使该第一反射光打到测量物并产生散射光；
一透镜，用以准直测量物的散射光以产生一第二准直光，其中该反射元件更用以反射该第二准直光以产生一第二反射光，且该分光镜更用以反射该第二反射光以产生一第三反射光；以及
一第二检测器，用以检测该第三反射光。
2.如权利要求1所述的光达系统，其中该发光元件包含一第一发光面以及一第二发光面，其中该第一发光面以及该第二发光面用以分别发出该第一光束以及该第二光束。
3.如权利要求2所述的光达系统，其中该发光元件包含一轴线，该驱动器以及该第一检测器设置于该第一发光面的一侧，该驱动器的中心与该第一检测器的中心形成一连线，且该连线对齐于该轴线。
4.如权利要求2所述的光达系统，其中该发光元件包含一轴线，该驱动器以及该第一检测器设置于该第一发光面的一侧，该驱动器的中心与该第一检测器的中心形成一连线，且该连线未对齐于该轴线。
5.如权利要求1所述的光达系统，还包含：
一处理器，用以依据检测到的该功率以及一门限值判断该光达系统是否异常。
6.一种光达系统，包含：
一第一驱动器；
一第一发光元件，用以发出一第一光束以及一第二光束，其中该第一驱动器与该第一发光元件之间形成一第一区域，其中该第一光束照射该第一驱动器，使该第一驱动器反射该第一光束产生一第一待测光；
一第一检测器，设置于该第一区域之外且用以检测该第一待测光；
一第一准直镜，用以准直该第二光束以产生一第一准直光；
一第一分光镜，用以穿透该第一准直光以产生一第一穿透光；
一反射元件，用以反射该第一穿透光以产生一第一反射光，并使该第一反射光打到测量物并产生第一散射光；
一第一透镜，用以准直测量物的第一散射光以产生一第二准直光，其中该反射元件更用以反射该第二准直光以产生一第二反射光，且该第一分光镜更用以反射该第二反射光以产生一第三反射光；以及
一第二检测器，用以检测该第三反射光。
7.如权利要求6所述的光达系统，其中该第一驱动器至该第一发光元件的距离小于5毫米。
8.如权利要求6所述的光达系统，其中该第一发光元件包含一第一发光面以及一第二发光面，其中该第一发光面以及该第二发光面用以分别发出该第一光束以及该第二光束。
9.如权利要求8所述的光达系统，其中该第一发光元件包含一轴线，该第一驱动器以及该第一检测器设置于该第一发光面的一侧，该第一驱动器的中心与该第一检测器的中心形成一连线，且该连线未对齐于该轴线。
10.如权利要求6所述的光达系统，还包含：
一第二驱动器；
一第二发光元件，用以发出一第三光束以及一第四光束，其中该第二驱动器与该第二发光元件之间形成一第二区域，其中该第三光束照射该第二驱动器，使该第二驱动器反射该第三光束产生一第二待测光；
一第三检测器，设置于该第二区域之外且用以检测该第二待测光的一功率；
一第二准直镜，用以准直该第四光束以产生一第三准直光；
一第二分光镜，用以穿透该第三准直光以产生一第二穿透光，其中该反射元件更用以反射该第二穿透光以产生一第四反射光，并使该第四反射光打到测量物并产生第二散射光；
一第二透镜，用以准直第二散射光以产生一第四准直光，其中该反射元件更用以反射该第四准直光以产生一第五反射光，且该第二分光镜更用以反射该第五反射光以产生一第六反射光；以及
一第四检测器，用以检测该第六反射光。
11.如权利要求10所述的光达系统，其中该第二发光元件包含一第三发光面以及一第四发光面，其中该第三发光面以及该第四发光面用以分别发出该第三光束以及该第四光束。
12.如权利要求11所述的光达系统，其中该第二发光元件包含一轴线，该第二驱动器以及该第三检测器设置于该第三发光面的一侧，该第二驱动器的中心与该第三检测器的中心形成一连线，且该连线未对齐于该轴线。
13.如权利要求10所述的光达系统，其中该第三检测器设置于该第一区域与该第二区域之间。
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