CN114144699A - 光学装置以及设置有光学装置的车载系统和移动设备 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置1，设置有：偏转单元30，偏转来自光源11的照明光束以扫描对象100并偏转来自对象100的反射光束；导光单元20，将来自光源11的照明光束引导至偏转单元30并将来自偏转单元30的反射光束引导至光接收元件53；以及包括多个透镜表面的光学系统40，将来自偏转单元30的反射光束引导至对象100并将来自对象100的反射光束引导至偏转单元30，其中照明光束在多个透镜表面中的每个透镜表面上的入射点处的法线与照明光束相互不平行。

Description

光学装置以及设置有光学装置的车载系统和移动设备
技术领域
本发明涉及一种接收在被照射的对象上反射的光以检测对象的光学装置。
背景技术
已知一种测量到对象的距离的距离测量设备，其中通过由偏转设备偏转来自光源的照明光来扫描对象，从而基于直到从对象接收到反射光的时间或基于反射光的相位来计算到对象的距离。
专利文献1公开了一种距离测量设备，其中照明光和反射光的直径可以通过部署在偏转单元的物侧的望远镜来改变。
此外，专利文献2公开了一种距离测量设备，其中来自偏转单元的照明光的偏转角可以通过部署在偏转单元的物侧的变倍透镜来改变。
[引用列表]
[专利文献]
PTL 1：美国专利申请公开No.2009/0201486
PTL 2：日本专利申请公开No.2016-102738
发明内容
[技术问题]
但是，在专利文献1和专利文献2中公开的距离测量设备中，照明光在望远镜和变倍透镜的每个透镜表面上反射而变成进入图像拾取元件的不必要的光，这恶化了距离测量的准确性。
本发明要提供一种能够抑制在透镜表面处出现不必要的光的光学装置。
[问题的技术方案]
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面的光学装置的特征在于一种光学装置，其包括：偏转单元，被配置为偏转来自光源的照明光线以扫描对象并将来自对象的反射光线偏转；导光单元，被配置为将来自光源的照明光线引导至偏转单元并将来自偏转单元的反射光线引导至光接收元件；以及具有多个透镜表面的光学系统，被配置为将来自偏转单元的照明光线引导至对象并将来自对象的反射光线引导至偏转单元，其中照明光线在多个透镜表面中的每一个上的入射点处的法线与照明光线彼此不平行。
[发明的有利效果]
根据本发明，可以提供一种能够抑制在透镜表面处出现不必要的光的光学装置。
附图说明
图1是根据实施例的光学装置的主要部分的示意图。
图2是例示在透镜表面中出现不必要的光的条件的图。
图3A是根据第一实施例的光学系统中在YZ横截面中的照明光的光路图。
图3B是根据第一实施例的光学系统中在ZX横截面中的照明光的光路图。
图4A是根据第一实施例的光学系统中在YZ横截面中的反射光的光路图。
图4B是根据第一实施例的光学系统中在ZX横截面中的反射光的光路图。
图5是例示根据第一实施例的偏转单元的摆动角(swinging angle)与不必要的光的光量之间的关系的图。
图6A是根据第二实施例的光学系统中在YZ横截面中的照明光的光路图。
图6B是根据第二实施例的光学系统中在ZX横截面中的照明光的光路图。
图7A是根据第二实施例的光学系统中在YZ横截面中的反射光的光路图。
图7B是根据第二实施例的光学系统中在ZX横截面中的反射光的光路图。
图8是例示根据第二实施例的偏转单元的摆动角与不必要的光的光量之间的关系的图。
图9A是根据第三实施例的光学系统中在YZ横截面中的照明光的光路图。
图9B是根据第三实施例的光学系统中在ZX横截面中的照明光的光路图。
图10A是根据第三实施例的光学系统中在YZ横截面中的反射光的光路图。
图10B是根据第三实施例的光学系统在ZX横截面中的反射光的光路图。
图11是例示根据第三实施例的偏转单元的摆动角与不必要的光的光量之间的关系的图。
图12是根据实施例的车载(onboard)系统的功能框图。
图13是根据实施例的车辆(移动设备)的示意图。
图14是例示根据实施例的车载系统的示例操作的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。为方便起见，每个图可以被绘制为与实际比例不同的比例。在每个图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且省略其冗余的描述。
图1是根据本发明的实施例的在包括光轴的横截面(YZ横截面)中的光学装置1的主要部分的示意性视图(示意图)。光学装置1包括光源单元10、导光单元(分支单元)20、偏转单元30、光学系统40、光接收单元50和控制单元60。在图1中，从光源单元10行进到对象(object)100的照明光的光路(照明光路)由实线示出，并且从对象100行进到光接收单元50的反射光的光路(接收光路)由虚线示出。
光学装置1可以被用作检测(图像拾取)对象100的检测装置(图像拾取装置)和通过接收来自对象100的反射光获取到对象100的距离(距离信息)的距离测量设备。根据本实施例的光学装置1使用称为LiDAR(光检测和测距)的技术，该技术基于从对象100接收到反射光的时间或反射光的相位来计算到对象100的距离。
光源单元10包括光源11、光学元件12和光阑13。作为光源11，可以使用作为具有高能量集中性和良好的方向性质量的激光器的半导体激光器等。如稍后将描述的，当光学装置1应用于车载系统时，存在人被包括在对象100中的可能性。因此，作为光源11，期望采用发射对人眼影响较小的红外光的设备。从根据本实施例的光源11发射的照明光的波长是包括在近红外区域中的905nm。
光学元件12具有改变从光源11射出的照明光的会聚度的功能。根据本实施例的光学元件12是将从光源11发射的发散波束转换(准直)为准直波束的准直透镜(聚光元件)。在此，准直波束不仅包括严格准直的波束，而且还包括近似平行的波束，诸如略微发散的波束和略微会聚的波束。
光阑13是其中设置有孔径的遮光构件，其限制来自光学元件12的照明光以确定其波束的直径(波束的宽度)。根据本实施例的光阑13的孔径的形状是椭圆形以匹配照明光的形状，但是如果必要，可以是椭圆形以外的形状。根据本实施例的光阑13的孔径的直径在X方向(长轴方向)上是1.60mm并且在Z方向(短轴方向)上是1.30mm。
导光单元20是将照明路径与光接收路径彼此分开、将来自光源单元10的照明光引导至偏转单元30并将在偏转单元30上反射的反射光引导至光接收单元50的构件。根据本实施例的导光单元20包括透明构件21、穿孔镜(带孔镜)22和用于光源的光接收元件23。透明构件21是用于反射已穿过光阑13的孔径的照明光的一部分并将光引导至用于光源的光接收元件23的构件，并且例如可以对其使用玻璃基板。
穿孔镜22是设置有开口(孔部分)的反射构件，来自光源单元10的照明光通过该开口，并且来自偏转单元30的反射光在其上被开口以外的反射区域(反射部分)朝着光接收单元50反射。根据本实施例的穿孔镜22的开口是如图1中所示的腔体，但也可以在开口中设置透明构件。作为用于分离照明光与反射光的导光构件(分支构件)，不仅可以使用穿孔镜，而且还可以使用分束器、棱镜和半反射镜(half mirror)。
用于光源的光接收元件23是对来自光源单元10的照明光进行光电转换并输出信号的设备。例如，与稍后描述的光接收单元50中的光接收元件53相似的传感器可以被用作光接收元件23。在稍后描述的控制单元60控制光源单元10时，使用从用于光源的光接收元件23输出的信号。注意的是，如果必要，那么用于从透明构件21向用于光源的光接收元件23的光接收表面引导光的光学元件(诸如滤光器或透镜)可以部署在透明构件21和用于光源的光接收元件23之间。
偏转单元30是用于偏转来自导光单元20的照明光以扫描对象100并用于将来自对象100的反射光偏转以引导至导光单元20的构件。根据本实施例的偏转单元30由折叠镜31和扫描镜(可移动镜)32构成。
扫描镜32优选地可绕至少两个轴摇动(双轴扫描镜)以允许对对象100的二维扫描。例如，可以采用电流镜或MEMS(微机电系统)镜作为扫描镜32。根据本实施例的扫描镜32是MEMS镜，其绕X轴的摆动角(shake angle)是±7度，绕Y轴的摆动角是±16度，并且摆动频率是大约1kHz。
光学系统40是用于将来自偏转单元30的照明光引导至对象100并将在对象100上反射的反射光引导至偏转单元30的构件。根据本实施例的光学系统40是由具有折光力(power)的多个透镜41至46构成但在整个光学系统中不具有折光力的光学系统(无焦光学系统)。具体而言，光学系统40是望远镜，用于放大来自偏转单元30的照明波束的直径并减小来自对象100的反射波束的直径。
根据本实施例的扫描镜32布置在光学系统40的入射光瞳的位置处。根据本实施例的光学系统40的光学倍率(横向倍率)β的绝对值大于1(|β|>1)。因此，从光学系统40发射的照明光的主光线的偏转角小于在被扫描镜32偏转后进入光学系统40的照明光的主光的偏转角，从而提高检测对象的分辨率。
来自光源单元10的照明光经由导光单元20被偏转单元30偏转并被光学系统40根据光学倍率β放大以照射对象100。来自对象100的反射光被光学系统40根据光学倍率1/β减小，并且被偏转单元30偏转以到达光接收单元50。以这种方式，通过在偏转单元30的物侧布置光学系统40，可以放大照明光的直径。
因此，由于可以进一步放大照明波束的直径从而可以进一步减小扩展角，因此即使在对象处于远距离时也可以确保足够的照度和分辨率。另外，通过由光学系统40放大瞳孔直径，可以摄入更多来自对象的反射光，从而可以改善由距离测量测得的距离和距离测量准确性。注意的是，光学系统40可以不是用于减小来自对象的反射光的直径的望远镜，而是可以是根据需要增加来自对象的反射光的直径的光学系统。光学系统40也可以不是无焦光学系统，并且可以可选地是在整个系统中具有折光力的光学系统。
光接收单元(用于距离测量的光接收单元)50包括滤光器51、聚集单元52和光接收元件(用于距离测量的光接收元件)53。滤光器51是仅允许预期的光通过并且阻挡(吸收)预期的光以外的不必要的光的构件。根据本实施例的滤光器51是仅允许与从光源11发射的照明光对应的波长带宽的光通过的带通滤波器。聚集单元52是用于将已透过滤光器51的光聚集在光接收元件53的光接收表面上的构件，并且在这个实施例中由单个光学元件(聚集透镜)构成。滤光器51和聚集单元52的配置不限于本实施例中的那些，其中每个构件的布置可以交换，并且可以根据需要包括多个滤光器51和聚集单元。例如，聚集单元52可以由多个聚集透镜构成。
光接收元件(用于距离测量的光接收元件)53是用于接收来自聚集单元52的光以进行光电转换而输出信号的元件(传感器)。作为光接收元件53，可以采用PD(光电二极管)、APD(雪崩光电二极管)、SPAD(单光子雪崩二极管)等。来自被照明光照射的对象100的反射光被偏转单元30偏转并被穿孔镜22反射以经由滤光器51和聚集单元52进入光接收元件53。
控制单元60控制光源11、用于光源的光接收元件23、扫描镜32、光接收元件53等。控制单元60例如是处理单元(处理器)(诸如CPU(中央处理单元))或包括它的算术单元(计算机)。控制单元60以预定的驱动电压和/或预定的驱动频率驱动光源11和扫描镜32中的每一个，并根据来自用于光源的光接收元件23的信号控制光源11的输出(照明光的光量)。控制单元60可以例如控制光源11以使照明光作为脉动光，或者对照明光执行强度调制以生成信号光。
控制单元60还可以基于从照明光从光源11发射的时间(光发射时间)到光接收元件53接收到来自对象100的反射光的时间(光接收时间)的时间段来获取对象100的距离信息。此时，控制单元60可以以特定频率从光接收元件53获取信号。注意的是，可以基于来自对象100的反射光的相位而不是基于直到接收到来自对象100的反射光的时间段来获得距离信息。更具体而言，通过获得光源11的信号与从光接收元件53输出的信号的相位之间的差(相位差)并将相位差和光速相乘，可以获得对象100的距离信息。
作为使用LiDAR的距离测量设备的光学装置1适合于用于识别诸如车辆、行人和障碍物之类的对象100并根据对象100的距离信息来控制本车的车载系统。在使用LiDAR的情况下，可以采用其中光源单元10的光轴和光接收单元50的光轴部分地彼此重合的同轴系统，或其中光轴不彼此重合的非同轴系统。根据本实施例的光学装置1设置有导光单元20，从而在使整个装置小型化的同时实现同轴系统。
在车载系统等中，要求检测作为对象100距光学装置1近距离(大约1m)至远距离(大约300m)处的对象。但是，来自对象100的反射光(信号光)的强度非常弱。例如，如果从光源11发射的照明光的功率是1，那么反射光大约为10-7至10-8。随着从光学装置1到对象100的距离更长，来自对象100的反射光的强度变得更小。例如，如果从光学装置1到对象100的距离增加10倍，那么光学装置1接收到的反射光的强度减小到大约1/100。
如果在光学装置1中的每个构件中无意出现的反射光(分散光)作为不必要的光到达光接收元件53，那么测量距离的准确性受到影响。例如，如果光接收元件53接收到的不必要的光与信号光的比率增加，那么变得难以区分信号光与不必要的光，并且测量距离的准确性显著恶化。应当注意的是，也可以存在根据与对象100的距离增加而增加照明光的光量(光源11的输出)的方法，但这种方法不是优选的，因为对于作为对象100的人眼的影响增加。
在特别部署在导光单元20的像侧的透镜表面处，很可能引起这种不必要的光。在本实施例中，由于比导光单元20更靠近对象100部署的光学系统40具有多个透镜，因此照明光有可能通过在每个透镜表面处被反射(分散)而变成不必要的光。因此，在本实施例中，为了抑制在光学系统40的每个透镜表面处出现不必要的光，每个透镜被设计为使得照明光不垂直入射在每个透镜表面上。这将在下面详细描述。
图2是示出进入比偏转单元30更靠近对象100布置的透镜表面4的照明光的示意图。通过扫描镜32的摆动而偏转的照明光进入透镜表面4。即，照明光以各种入射角进入透镜表面4。由实线指示的照明波束中的一些照明光线A由于通过透镜表面4的曲率中心C而垂直进入透镜表面4。在这种情况下，由于光线A在透镜表面4处反射并在与照明光路相反方向的反射光路上行进，因此光线A有可能作为不必要的光与来自对象100的反射光线一起进入光接收元件53。即使在透镜表面4上设置反射率大约为0.1％的抗反射膜，一些光线也可以变成这种不必要的光。
另一方面，由点线指示的照明光线B不通过曲率中心C，并且因此以一定的入射角进入透镜表面4。即，照明光线B在透镜表面4上的入射点处的法线D与照明光线B彼此不平行(它们彼此不重叠)。因此，即使照明光线B被透镜表面4反射，由于照明光线B沿着与反射光路不同的光路行进，因此也不会引起不必要的光。因而，为了抑制在光学系统40中出现不必要的光，将偏转单元30和光学系统40布置为使得进入透镜表面的每条照明光线都不通过透镜表面的曲率中心(从而不是垂直地进入每个透镜表面)就足够了。
因此，在本实施例中，偏转单元30和光学系统40被布置为使得照明光线在光学系统40的每个透镜表面中的入射点处的法线和照明光线彼此不平行。具体而言，在包括照明光路和偏转光路的横截面(YZ横截面)中，偏转单元30被布置为使得在扫描镜32的扫描范围内的中心视角中的照明光线的光路与光学系统40的光轴彼此不重合。此外，光学系统40的每个透镜被设计为使得每条照明光线不是垂直地入射在每个透镜表面上。因此，抑制了照明光线垂直地进入光学系统40的每个透镜表面，并且可以充分地抑制不必要的光的出现。
应当注意的是，存在不止一种方法来防止照明光线垂直进入每个透镜表面。在本实施例中，偏转单元30和光学系统40通过在Y方向上彼此偏移(移位)来布置，从而减少了照明光线在每个透镜表面上的垂直进入。但是，通过不使偏转单元30和光学系统40彼此移位而是相对于光学系统40的光轴不对称地设置偏转单元30的扫描范围，可以获得相似的效果。移位和倾斜可以被组合。
而且，通过使用众所周知的光学模拟软件等来检查每条照明光线在光学系统40中的每个透镜表面上的入射角，可以防止照明光线垂直进入每个透镜表面。用于每个透镜的设计参数包括但不限于曲率(曲率半径)、厚度(光轴方向上的厚度)、表面形状，以及在垂直于光轴的方向上的位置(偏心)。每个透镜表面的形状可以是非球面表面，但是考虑到形成，期望使用球面表面。
令f表示聚集单元52的焦距，H表示光接收元件53的光接收表面的最大直径，并且i表示光学系统40中的多个透镜表面中的透镜表面在从偏转单元30一侧起计数时的次序。并且，令Di-1表示照明光线进入第i个透镜表面的方向余弦向量，Si表示第i个透镜表面中的入射点处的法向量，并且Min表示cos-1(Di-1·Si)的最小值。期望满足以下不等式(1)。
Min>tan-1(H/2f)(1)
不等式(1)示出了当在光学系统40的每个透镜表面处引起不必要的光时抑制不必要的光进入光接收元件53的条件。如果不满足不等式(1)，那么变得难以抑制在光学系统40的每个透镜表面处生成的不必要的光进入光接收元件53。
如上所述，根据本实施例的光学装置1，可以抑制在透镜表面中出现不必要的光。因此，当光学装置1应用于距离测量设备时，可以在不增加照明光的光量的情况下实现测量距离的良好准确性。此外，即使当灵敏度比可见光传感器低的红外传感器被用作光接收元件53时，也能够以较高的准确性获取对象100的距离信息。
[第一实施例]
在下文中，将描述根据本发明的第一实施例的光学装置。在根据本实施例的光学装置中，省略了与根据上述实施例的光学装置1等效的配置的描述。
图3A和图3B是根据本实施例的光学系统40中的照明光路的示意图，其中图3A示出了YZ横截面，而图3B示出了ZX横截面。图4A和4B是根据本实施例的光学系统40中的反射光路的示意图，其中图4A示出了YZ横截面，而图4B示出了ZX横截面。本实施例的光学系统40是由具有折光力的多个透镜41a至46a构成并且在整个系统中不具有折光力的望远镜。透镜41a至46a的每个透镜表面是球面表面。
根据本实施例的光学系统40的每个透镜表面的表面数据和光学系统40的各种数据如下所示。在表面数据中，r表示透镜表面的曲率半径[mm]，并且d表示相邻透镜表面间隙的距离[mm]。nd指示相邻透镜表面间隙的介质针对d线(波长587.6nm)的折射率，而νd指示相邻透镜表面间隙的介质的以d线作为参考的阿贝数。在各种数据中，倾斜量指示在偏转单元30的中心视角处照明光线与光学系统40的光轴之间的角度，并且移位量指示照明光线在扫描镜32的偏转表面上的入射点与光学系统40的光轴之间的距离。
表面数据
表面
Figure BDA0003463758520000111
各种数据(YZ横截面)
Figure BDA0003463758520000112
如各种数据中所示，根据本实施例的偏转单元30被布置成使得在YZ横截面中扫描镜32的扫描范围内的中心视角处的照明光线的光路与光学系统40的光轴彼此不重合。具体而言，偏转单元30的中心视角处的照明光线与光学系统40的光轴不重合并且它们相对彼此形成角度(彼此倾斜)。在扫描镜32的偏转表面中，照明光线的入射点和光学系统40的光轴彼此间隔开(移位)。通过以这种方式布置，还可以获得可以减小轴向波束到每个透镜表面的入射角的效果。
下面针对光学系统40中的相应透镜表面示出上述不等式(1)左侧的值。在本实施例中，由于f＝32.3mm、H＝0.5mm并且不等式(1)的右侧是0.0077，因此所有透镜表面都满足不等式(1)。
不等式(1)的左侧的值
表面编号
Figure BDA0003463758520000121
图5是示出根据本实施例的偏转单元30的扫描镜32的摆动角与到达光接收元件53的不必要的光的光量之间的关系的图。图5不仅示出了由照明光在光学系统40的每个透镜表面上的垂直进入引起的不必要的光，而且还示出了被各个透镜表面多次反射以进入光接收元件53的不必要的光。如图5中所示，不必要的光的光量最大为大约2×10-8，并且不必要的光的出现被充分抑制。
[第二实施例]
下面将描述根据本发明的第二实施例的光学装置。在根据本实施例的光学装置中，省略了对与根据上述第一实施例的光学装置等效的配置的描述。
图6A和图6B是根据本实施例的光学系统40中的照明光路的示意图，其中图6A示出了YZ横截面，而图6B示出了ZX横截面。图7A和图7B是根据本实施例的光学系统40中的反射光路的示意图，其中图7A示出了YZ横截面，而图7B示出了ZX横截面。本实施例的光学系统40是由具有折光力的多个透镜41b至46b构成并且在整个系统中不具有折光力的望远镜。透镜41b至46b的每个透镜表面是球面表面。
以下示出了根据本实施例的光学系统40的每个透镜表面的表面数据和光学系统40的各种数据。
表面数据
表面
Figure BDA0003463758520000131
Figure BDA0003463758520000141
各种数据(YZ横截面)
Figure BDA0003463758520000142
下面针对光学系统40的每个透镜表面示出上述不等式(1)的左侧的值。在本实施例中，与第一实施例的情况一样，由于不等式(1)的右侧是0.0077，因此任何透镜表面都满足不等式(1)。
不等式(1)的左侧的值
表面编号
Figure BDA0003463758520000143
图8是示出根据本实施例的偏转单元30中的扫描镜32的摆动角与到达光接收元件53的不必要的光的光量之间的关系的图。如图8中所示，不必要的光的光量最大为大约1×10-8，并且不必要的光的出现被充分抑制。在本实施例中，与第一实施例相比，可以减少在被各个透镜表面反射多次之后到达光接收元件53的不必要的光。
[第三实施例]
下面将描述根据本发明的第三实施例的光学装置。在根据本实施例的光学装置中，省略了对与根据上述第一实施例的光学装置等效的配置的描述。
图9A和图9B是根据本实施例的光学系统40中的照明光路的示意图，其中图9A示出了YZ横截面，而图9B示出了ZX横截面。图10A和图10B是根据本实施例的光学系统40中的反射光路的示意图，其中图10A示出了YZ横截面，而图10B示出了ZX横截面。本实施例的光学系统40是由具有折光力的多个透镜41c至49c构成并且在整个系统中不具有折光力的望远镜。透镜41a至49b的每个透镜表面是球面表面。
在本实施例中，与第一实施例和第二实施例不同，偏转单元30的中心视角处的照明光线与光学系统40的光轴重合。另一方面，在扫描镜32的偏转表面中，照明光线的入射点与光学系统40的光轴彼此间隔开(移位)。利用这样的布置，由于中心视角处的光线在从光学系统40发射时与光学系统40的光轴重合，因此即使从光学装置中移除光学系统40，屏幕的中心位置也不会改变。因而，可以通过将光学系统40附接到光学装置/从光学装置中移除来改变视角。
以下示出了根据本实施例的光学系统40的每个透镜表面的表面数据和光学系统40的各种数据。
表面数据
表面
Figure BDA0003463758520000151
Figure BDA0003463758520000161
各种数据(YZ横截面)
Figure BDA0003463758520000162
下面针对光学系统40中的每个透镜表面示出上述不等式(1)的左侧的值。在本实施例中，与第一实施例的情况一样，由于不等式(1)的右侧是0.0077，因此任何透镜表面都满足不等式(1)。
不等式(1)的左侧的值
表面编号
Figure BDA0003463758520000171
图11是示出根据本实施例的偏转单元30中的扫描镜32的摆动角与到达光接收元件53的不必要的光的光量之间的关系的图。如图11中所示，不必要的光的光量最大为大约1×10-8，并且不必要的光的出现被充分抑制。在本实施例中，与第一实施例相比，可以减少在被各个透镜表面反射多次之后到达光接收元件53的不必要的光。
[车载系统]
图12是根据本实施例的光学装置1和具有该光学装置的车载系统(驾驶员支持设备)1000的配置图。车载系统1000是由诸如汽车(车辆)之类可移动的移动构件(移动装置)支持并且基于由光学装置1获取的诸如车辆周围障碍物或行人之类的对象的距离信息来支持车辆的驾驶(转向)的设备。图13是包括车载系统1000的车辆500的示意图。图13示出了光学装置1的距离测量范围(检测范围)被设置在车辆500的前方的情况，但是距离测量范围可以被设置在车辆500的后方或侧面。
如图12中所示，车载系统1000包括光学装置1、车辆信息获取设备200、控制单元(ECU：电子控制单元)300和警告设备(警告单元)400。在车载系统1000中，在光学装置1中设置的控制单元60具有作为距离获得单元(获得单元)和碰撞确定单元(确定单元)的功能。但是，如果需要，那么车载系统1000可以设置有与控制单元60分开的距离获得单元和碰撞确定单元，并且距离获得单元和碰撞确定单元中的每个可以设置在光学装置1的外部(例如，在车辆500内)。可替代地，控制单元300可以被用作控制单元60。
图14是示出根据本实施例的车载系统1000的操作示例的流程图。下面将参考这个流程图描述车载系统1000的操作。
首先，在步骤S1中，基于从接收来自被光学装置1的光源单元10照射的在车辆周围的对象的反射光的光接收单元40输出的信号，控制单元60接收对象的距离信息。在步骤S2中，车辆信息获取设备200获取车辆信息，包括车速、偏航角速率、转向角等。在步骤S3中，通过使用在步骤S1中获取的距离信息和在步骤S2中获取的车辆信息，控制单元60确定到对象的距离是否包括在预设的设定距离的范围内。
因此，可以确定在车辆周围的设定距离内是否存在对象，并且确定车辆与对象之间发生碰撞的可能性。应当注意的是，步骤S1和S2可以按照与上述相反的次序执行，或者可以彼此并行执行。当对象存在于设定距离内时，控制单元60确定“存在碰撞的可能性”(步骤S4)，而当对象不存在于设定距离内时，确定“不存在碰撞的可能性”(步骤S5)。
接下来，当确定“存在碰撞的可能性”时，控制单元60将确定结果通知(传输)给控制单元300和警告设备400。此时，控制单元300基于控制单元60的确定结果对车辆进行控制(步骤S6)，并且警告设备400基于控制单元60的确定结果对车辆的用户(驾驶员)进行警告(步骤S7)。确定结果可以被通知给控制单元300和警告设备400中的至少一个。
控制单元300例如通过施加制动、返回加速器、转动方向盘、生成用于在每个车轮上生成制动力的控制信号以抑制发动机或马达的输出来控制车辆。此外，警告设备400执行诸如发出警告声音、显示关于汽车导航系统的警告的警告信息等的屏幕操作或向安全带或方向盘提供振动。
如上所述，根据本实施例的车载系统1000，可以通过上述处理检测对象并测量距离，以避免车辆和对象之间的碰撞。特别地，通过将根据上述每个实施例的光学装置1应用于车载系统1000，可以实现测量距离的高准确性，从而能够以高准确性执行对象的检测和碰撞确定。
在本实施例中，车载系统1000被应用于驾驶辅助(碰撞伤害减少)，但本发明不限于此，并且车载系统1000可以应用于巡航控制(包括具有自适应巡航控制功能的巡航控制)、自动驾驶等。车载系统1000不限于诸如汽车之类的车辆，并且可以应用于诸如船舶、飞行器、工业机器人等的移动构件。本发明不仅适用于移动构件，而且适用于利用对象识别的各种装置，诸如智能运输系统(ITS)和监控系统。
车载系统1000和移动设备500可以设置有通知设备(通知单元)，用于将移动设备500与障碍物碰撞的事实通知给车载系统的制造商(manufacturer)或移动设备的经销商(dealer)。例如，通知设备可以是用于通过电子邮件等向预设的外部通知目的地传输与移动设备500和障碍物之间的碰撞相关的信息(碰撞信息)的设备。
如上所述，通过采用其中通知设备自动通知碰撞信息的配置，可以在碰撞发生之后迅速采取措施，诸如检查和修理。应当注意的是，碰撞信息的通知目的地可以是保险公司、医疗机构、派出所或用户设置的任何其它目的地。此外，通知设备可以被配置为向通知目的地通知不仅碰撞信息，还有每个部件的故障信息或耗材的消耗信息。碰撞的存在/不存在可以使用基于来自上述光接收单元2的输出获得的距离信息来检测，或者可以由另一个检测单元(传感器)来检测。
[经修改的实施例]
虽然上面已经描述了本发明的优选实施例和示例，但是本发明不限于这些实施例和示例，并且在其精神范围内可以进行各种组合、变形和变化。
在每个实施例中，每个构件都被集成(整体支撑)，但是如果需要，每个构件可以被配置为单独的主体。例如，导光单元20或偏转单元30可以与光源单元10或光接收单元50可分离。在这种情况下，可以在用于保持每个构件的保持构件(壳体)中设置用于彼此连接的连接构件(连接部分)。在这种情况下，为了提高光源单元10和导光单元20之间的定位的准确性，光阑13可以设置在导光单元20中并由与分支光学元件共用的保持构件支撑。
本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，各种修改和变形是可以的。因而，为了使本发明公开，附上所附的权利要求书。
本申请基于2019年7月16日提交的日本专利申请No.2019-131060和2020年1月29日提交的日本专利申请No.2020-012904并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[附图标记列表]
1 光学装置；
11 光源
20 导光部
30 偏转部
40 光学系统
53 光接收元件
100 对象

Claims (18)

1.一种光学装置，包括：
偏转单元，被配置为偏转来自光源的照明光线以扫描对象并将来自对象的反射光线偏转；
导光单元，被配置为将来自光源的照明光线引导至偏转单元并将来自偏转单元的反射光线引导至光接收元件；以及
具有多个透镜表面的光学系统，被配置为将来自偏转单元的照明光线引导至对象并将来自对象的反射光线引导至偏转单元，
其中照明光线在所述多个透镜表面中的每个透镜表面上的入射点处的法线与照明光线彼此不平行。
2.根据权利要求1所述的光学装置，包括聚集单元，被配置为将来自导光单元的反射光线聚集在光接收元件上，
其中满足以下不等式，
Min>tan-1(H/2f)
其中f表示聚集单元的焦距，H表示光接收元件的光接收表面的最大直径，i表示所述多个透镜表面中的每个透镜表面在从偏转单元侧起计数时的次序，Di-1表示照明光线进入第i个透镜表面的方向余弦向量，Si表示第i个透镜表面上的入射点处的法向量，以及Min表示cos-1(Di-1·Si)的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中偏转单元被布置为使得在包括照明光线和反射光线的横截面中在扫描范围内的中心视角处的照明光线的光路与光学系统的光轴彼此不重合。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光学装置，其中照明光线的入射点与光学系统的光轴在偏转单元的偏转表面中彼此间隔开。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光学装置，其中光学系统放大来自偏转单元的照明波束的直径并减小来自对象的反射波束的直径。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光学装置，其中偏转单元的偏转表面布置在光学系统的入射光瞳的位置处。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光学装置，其中光学系统在整个系统中不具有折光力。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学装置，其中所述多个透镜表面中的每个透镜表面都是球面的。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学装置，包括用于基于光接收元件的输出获得对象的距离信息的控制单元。
10.一种车载系统，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的光学装置，其中基于由光学装置获得的对象的距离信息来确定车辆与对象之间碰撞的可能性。
11.根据权利要求10所述的车载系统，包括控制装置，被配置为在确定车辆与对象之间存在碰撞的可能性时输出控制信号以向车辆生成制动力。
12.根据权利要求10或11所述的车载系统，包括警告设备，被配置为在确定车辆与对象之间存在碰撞的可能性时向车辆的驾驶员生成警告。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的车载系统，包括通知设备，被配置为将与车辆和对象之间的碰撞相关的信息通知给外部。
14.一种移动设备，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的光学装置，其中可移动设备在保持光学装置的同时可移动。
15.根据权利要求14所述的移动设备，包括确定单元，确定单元被配置为基于由光学装置获得的对象的距离信息来确定与对象碰撞的可能性。
16.根据权利要求15所述的移动设备，包括控制单元，被配置为在确定存在与对象碰撞的可能性时输出控制信号以控制移动。
17.根据权利要求15或16所述的移动设备，包括警告单元，被配置为在确定存在与对象碰撞的可能性时对移动设备的操作者进行警告。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的移动设备，包括通知单元，被配置为将有关与对象碰撞的信息通知给外部。
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