CN114966605A

CN114966605A - 光学感测系统

Info

Publication number: CN114966605A
Application number: CN202110195580.4A
Authority: CN
Inventors: 潘浩炜; 翁懿萱
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-08-30
Also published as: EP4047387A1; US20220268898A1

Abstract

本发明提供一种光学感测系统，用以感测目标物件。光学感测系统包括光源、光学波片、偏振分光元件以及反射元件。光源提供第一线偏振光束。光学波片配置于第一线偏振光束的传递路径上，用以转换第一线偏振光束为圆偏振光束以及转换圆偏振光束为第二线偏振光束。偏振分光元件配置于第一线偏振光束的传递路径上，用以让第一线偏振光束通过以及反射第二线偏振光束。反射元件配置于圆偏振光束的传递路径上，用以反射圆偏振光束至目标物件，以及用以反射来自所述目标物件的圆偏振光束。感测元件配置于第二线偏振光束的传递路径上。本发明之光学感测系统可大幅提升光束的利用，降低光束在系统中的损耗，并且可维持小体积。

Description

光学感测系统

技术领域

本发明关于一种光学系统，且特别是关于一种光学感测系统。

背景技术

光学雷达，或简称光达(light detection and ranging，LiDAR)，是一种光学遥感技术，它通过向目标照射一光束，通常是一束脉冲激光来测量目标的距离等参数。激光雷达在测绘学、考古学、地理学、地貌、地震、林业、遥感以及大气物理等领域都有应用。此外，这项技术还用于机载激光地图测绘、激光测高、激光雷达等高线绘制等等具体应用中。

在目前常见的架构中，分光元件为分光镜，其可使50％的光束穿透，而反射另外50％的光束。然而，这样的方式将使得发射光强度及接受光强度无法被有效的利用，而光强度是决定光学雷达侦测距离的关键参数，这样也导致光学雷达的侦测距离变短。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种光学感测系统，可大幅提升光束的利用，降低光束在系统中的损耗。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种光学感测系统，用以感测目标物件。光学感测系统包括光源、光学波片、偏振分光元件以及反射元件。光源提供第一线偏振光束。光学波片配置于第一线偏振光束的传递路径上，用以转换第一线偏振光束为圆偏振光束以及转换圆偏振光束为第二线偏振光束。偏振分光元件配置于第一线偏振光束的传递路径上，用以让第一线偏振光束通过以及反射第二线偏振光束。反射元件配置于圆偏振光束的传递路径上，用以反射圆偏振光束至目标物件，以及用以反射来自所述目标物件的圆偏振光束。感测元件配置于第二线偏振光束的传递路径上。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的光学感测系统中，光源提供出的第一线偏振光束依序传递通过偏振分光元件以及光学波片以转换成圆偏振光束，圆偏振光束传递至反射元件并反射至目标物件。目标物件反射出带有感测信息的圆偏振光束沿原路径传递通过光学波片以转换成第二线偏振光束。第二线偏振光束朝偏振分光元件传递，并借由偏振分光元件反射至感测元件以进行感测。如此一来，可大幅提升光束的利用，降低光束在系统中的损耗，并且可维持小体积。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B分别为本发明一实施例的光学感测系统在不同时序的示意图。

附图标记列表

10:目标物件

100:光学感测系统

110:光源

120:光学波片

130:偏振分光元件

140:反射元件

150:感测元件

160:准直元件

170:滤光元件

180:收光元件

C:圆偏振光束

L1:第一线偏振光束

L2:第二线偏振光束。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A及图1B分别为本发明一实施例的光学感测系统在不同时序的示意图。请参考图1A及图1B。本实施例的光学感测系统100用以感测目标物件10。光学感测系统100例如应用于电子装置(例如是智能手机、平板或电脑等电子装置)的光学雷达。目标物件10可以是任意有形体且具有表面的物件，本发明并不限于此。

光学感测系统100包括光源110、光学波片120、偏振分光元件130、反射元件140、感测元件150。具体而言，在本实施例中，光学感测系统100还包括准直元件160、滤光元件170以及收光元件180。

光源110提供第一线偏振光束L1。在本实施例中，光源110为红外光发光元件，光源110例如是激光二极管(laser diode，LD)，其所发出红外光波段为905纳米至1550纳米，但本发明并不限于此。具体而言，本实施例的光源110朝偏振分光元件130提供第一线偏振光束L1。举例而言，第一线偏振光束L1例如是带有P偏振的红外光束。

光学波片120配置于第一线偏振光束L1的传递路径上，用以转换第一线偏振光束L1为圆偏振光束C以及转换圆偏振光束C为第二线偏振光束L2。在本实施例中，光学波片120例如是二分之一波片，但在其他实施例中，光学波片120可选用四分之一波片或间隔器，本发明并不限于此。举例而言，圆偏振光束C例如是带有左旋偏振或右旋偏振的红外光束，而第二线偏振光束L2例如是带有S偏振的红外光束。

偏振分光元件130配置于第一线偏振光束L1的传递路径上，用以让第一线偏振光束L1通过以及反射第二线偏振光束L2。偏振分光元件130配置于光学波片120与光源110之间。在本实施例中，偏振分光元件130例如是极化分光器，用以让带有P偏振的第一线偏振光束L1通过，并反射带有S偏振的第二线偏振光束L2通过。换句话说，本实施例的偏振分光元件130为P偏振光穿透且S偏振光反射的极化分光器。然而，在其他实施例中，光源110所提供的第一线偏振光束L1为带有S偏振的红外光束，且偏振分光元件130为S偏振光穿透且P偏振光反射的极化分光器，本发明并不限于此。此外，在本实施例中，传递至偏振分光元件130的第一线偏振光束L1为准直光。

反射元件140配置于圆偏振光束C的传递路径上，用以反射圆偏振光束C至目标物件10，以及用以反射来自目标物件10的圆偏振光束C。在本实施例中，反射元件140为微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)的反射装置，用以进行转动以改变圆偏振光束C的出射角度。因此，本实施例可借由微机电系统调整反射元件140的角度，以达到大面积扫描的效果。在其他实施例中，反射元件140也可以选用二维扫描偏板，例如两维度反射光束的反射板，本发明并不限于此。

在一些实施例中，光学波片120可选择性地以镀膜形式形成于偏振分光元件130或反射元件140上，以节省光学感测系统100的体积，但本发明并不限于此。

感测元件150配置于第二线偏振光束L2的传递路径上，用以感测经目标物件10反射而传递发出的深度信号。感测元件150例如是电荷耦合元件(Charge coupled device，CCD)或互补式金氧半电晶体(Complementary metal oxide semiconductor transistors，CMOS)等感光元件，本发明并不限于此。

准直元件160配置于第一线偏振光束L1的传递路径上，且位于光源110与偏振分光元件130之间，用以准直化第一线偏振光束L1，进而让第一线偏振光束L1以准直光状态传递至偏振分光元件130。准直元件160例如是由具有屈光度的至少一透镜所组成，但本发明并不限制准直元件160的种类与形式。

滤光元件170配置于第二线偏振光束L2的传递路径上，位于偏振分光元件130与感测元件150之间，用以使第二线偏振光束L2中的一波长范围内的光束通过。因此，可进一步滤除未带有深度信号的其他波段光，从而提高感测效果。然而，本发明并不限制滤光元件170的种类与形式。

收光元件180配置于第二线偏振光束L2的传递路径上，位于偏振分光元件130与感测元件150之间，用以使第二线偏振光束L2进入感测元件150。因此，可使进一步收集所有具深度信号的光至感测元件150的收光范围内，从而提高感测效果。收光元件180例如是由具有屈光度的至少一透镜所组成，但本发明并不限制准直元件160的种类与形式。

详细而言，在本实施例提供光束的步骤中，光源110朝准直元件160提供出带有P偏振的第一线偏振光束L1，第一线偏振光束L1由光源110依续传递通过准直元件160以及偏振分光元件130，并借由光学波片120转换成圆偏振光束C。圆偏振光束C借由反射元件140的反射及二维的扫描，传递至目标物件10以获得带有深度信号的圆偏振光束C，如图1A所显示。

此外，在本实施例接收光束的步骤中，目标物件10朝反射元件140反射出带有深度信号的圆偏振光束C，并借由反射元件140反射依序传递通过光学波片120以形成带有S偏振的第二线偏振光束L2。值得一提的是，入射到目标物件10之前的圆偏振光束C与来自目标物件10的圆偏振光束C的传递路径相同，故反射元件140。第二线偏振光束L2借由偏振分光元件130反射依序传递通过滤光元件170以及收光元件180。最后，第二线偏振光束L2传递至感测元件150以进行感测，如图1B所显示。如此一来，使用此架构可大幅提升光的利用，降低光在系统中的损耗，并且可维持小体积。

综上所述，在本发明的光学感测系统中，光源提供出的第一线偏振光束依序传递通过偏振分光元件以及光学波片以转换成圆偏振光束，圆偏振光束传递至反射元件并反射至目标物件。目标物件反射出带有感测信息的圆偏振光束沿原路径传递通过光学波片以转换成第二线偏振光束。第二线偏振光束朝偏振分光元件传递，并借由偏振分光元件反射至感测元件以进行感测。如此一来，可大幅提升光的利用，降低光在系统中的损耗，并且可维持小体积。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims

1.一种光学感测系统，用以感测目标物件，其特征在于，所述光学感测系统包括光源、光学波片、偏振分光元件、反射元件以及感测元件，其中

所述光源提供第一线偏振光束；

所述光学波片配置于所述第一线偏振光束的传递路径上，用以转换所述第一线偏振光束为圆偏振光束以及转换所述圆偏振光束为第二线偏振光束；

所述偏振分光元件配置于所述第一线偏振光束的传递路径上，用以让所述第一线偏振光束通过以及反射所述第二线偏振光束；

所述反射元件配置于所述圆偏振光束的传递路径上，用以反射所述圆偏振光束至所述目标物件，以及用以反射来自所述目标物件的所述圆偏振光束；以及

所述感测元件配置于所述第二线偏振光束的传递路径上。

2.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光源为红外光发光元件，其所发出红外光波段为905纳米至1550纳米。

3.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，传递至所述偏振分光元件的所述第一线偏振光束为准直光。

4.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述反射元件为微机电系统，用以进行转动以改变所述圆偏振光束的出射角度。

5.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述反射元件为二维扫描偏板。

6.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光学波片形成于所述偏振分光元件或所述反射元件上。

7.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光学感测系统还包括：

准直元件，配置于所述第一线偏振光束的传递路径上，位于所述光源与所述偏振分光元件之间，用以准直化所述第一线偏振光束。

8.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光学感测系统还包括：

滤光元件，配置于所述第二线偏振光束的传递路径上，位于所述偏振分光元件与所述感测元件之间，用以使所述第二线偏振光束中的一波长范围内的光束通过。

9.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光学感测系统还包括：

收光元件，配置于所述第二线偏振光束的传递路径上，位于所述偏振分光元件与所述感测元件之间，用以使所述第二线偏振光束进入所述感测元件。

10.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，入射到所述目标物件之前的所述圆偏振光束与来自所述目标物件的所述圆偏振光束的传递路径相同。