CN114994640A - 光学感测系统 - Google Patents

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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、分光元件、反射元件、光栅元件、光阑元件以及感测元件。光源提供第一光束。分光元件用以让第一光束通过以及反射第二光束。反射元件用以反射第一光束至目标物件，以及用以反射来自目标物件传递的第二光束。光栅元件根据第二光束的多个子光束的波长用以改变多个子光束的出射角度。光阑元件用以让多个子光束中包括特定波长范围的感测光束通过并阻挡其他的多个子光束。感测元件配置于感测光束的传递路径上。本案的光学感测系统可借由光栅元件与光阑元件之间的搭配而有效的降低其他波长的光进入到感测元件，进而提升光学感测系统的感测效果。

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束光，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，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，可降低非感测光进入到感测元件，进而提升光学感测系统的感测效果。
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、分光元件、反射元件、光栅元件、光阑元件以及感测元件。光源提供第一光束。分光元件配置于第一光束的传递路径上，用以让第一光束通过以及反射第二光束。反射元件配置于第一光束的传递路径上，用以反射第一光束至目标物件，以及用以反射来自目标物件传递的第二光束。光栅元件配置于第二光束的传递路径上，根据第二光束的多个子光束的波长用以改变多个子光束的出射角度。光阑元件配置于多个子光束的传递路径上，用以让多个子光束中包括特定波长范围的感测光束通过并阻挡其他的多个子光束。感测元件配置于感测光束的传递路径上。
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，光源提供出的第一光束传递通过分光元件以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第二光束沿原路径朝分光元件传递，并借由分光元件传递至光栅元件。第二光束传递至光栅元件后，借由光栅元件的光学作用，形成出多个不同出射角度的子光束，而其中光阑元件让且具有特定波长范围且带有深度信号的子光束传递通过成为感测光束，并且阻档其他的子光束。如此一来，光学感测系统可借由光栅元件与光阑元件之间的搭配而有效的降低其他波长的光进入到感测元件，进而提升光学感测系统的感测效果。
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:分光元件
130:反射元件
140:光栅元件
150:光阑元件
160:感测元件
170:第一准直元件
180:第二准直元件
190:收光元件
L1:第一光束
L2:第二光束
LS:子光束
LS’:感测光束。
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(例如是智慧型手机、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、分光元件120、反射元件130、光栅元件140、光阑元件150以及感测元件160。具体而言，在本实施例中，光学感测系统100还包括第一准直元件170、第二准直元件180以及收光元件190。
光源110提供第一光束L1。在本实施例中，光源110为红外光发光元件，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。举例而言，本实施例的光源110朝分光元件120提供的第一光束L1例如是带有P偏振的红外光束，但本发明并不限于此。
分光元件120配置于第一光束L1的传递路径上，用以让第一光束L1通过以及反射第二光束L2。于另一实施例中，分光元件120用以让第二光束L2通过以及反射第一光束L1。在本实施例中，偏振分光元件120例如是极化分光器，用以让带有P偏振的第一光束L1通过，并反射带有S偏振的第二光束L2通过。换句话说，本实施例的分光元件120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所提供的第一光束L1亦可以为带有S偏振的红外光束，且分光元件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，传递至分光元件120的第一光束L1为准直光。详细而言，在本实施例中，第一准直元件170配置于第一光束L1的传递路径上，且位于光源110与分光元件120之间，用以准直化第一光束L1，进而让第一光束L1以准直光状态传递至分光元件120。第一准直元件170例如是由具有屈光度的至少一透镜所组成，但本发明并不限制第一准直元件170的种类与形式。
反射元件130配置于第一光束L1的传递路径上，用以反射第一光束L1至目标物件10，以及用以反射来自目标物件10的第二光束L2。在本实施例中，反射元件130为微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)的反射装置，用以进行转动以改变第一光束L1及第二光束L2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130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130也可以选用二维扫描偏板，本发明并不限于此。
光栅元件140配置于第二光束L2的传递路径上，根据第二光束L2的多个子光束LS以及感测光束LS’的波长用以改变子光束LS以及感测光束LS’的出射角度。在本实施例中，光栅元件140为反射式光栅，故第二光束L2借由光栅元件140进行反射传递，但本发明并不限于此。具体而言，由分光元件120传递至光栅元件140的第二光束L2为带有各种不同波长范围的多个子光束LS以及多个子光束LS之中带有深度信号的特定波长范围(即等同于光源110所提供的红外波长范围)的感测光束LS’所组成。因此，第二光束L2借由传递至光栅元件140，光栅元件140将依据所设计的光学结构，对不同波长范围的光束进行不同角度的反射。换句话说，即各个子光束LS以及感测光束LS’的聚焦平面皆不相同。又可换句话说，第二光束L2传递至光栅元件140后，借由光栅元件140的光学作用，形成出多个不同出射角度的子光束LS以及感测光束LS’，而其中感测光束LS’为带有深度信号的感测光束，且具有特定波长范围。
光阑元件150配置于多个子光束LS以及感测光束LS’的传递路径上，用以让第二光束L2中包括特定波长范围的光束(即感测光束LS’)通过并阻挡其他的多个子光束LS。在本实施例中，光阑元件150的孔径尺寸可依据所需要接收的波长范围的感测光束LS’而设计。举例而言，光阑元件150的孔径可设计仅让波长范围介于10纳米之间的光束通过，以滤除其他非感测光而提高感测精准度。换句话说，在本实施例中，光阑元件150为对应感测光束LS’的传递路径而设置。光阑元件150的孔径尺寸可依据需求而调整，本发明并不限于此。
感测元件160配置于感测光束LS’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160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。
除此之外，在本实施例中，第二准直元件180配置于感测光束LS’的传递路径上，且位于光阑元件150与感测元件160之间，用以准直化感测光束LS’，进而让感测光束LS’以准直光状态传递至感测元件160。第二准直元件180类似于第一准直元件170，例如是由具有屈光度的至少一透镜所组成，但本发明并不限制第二准直元件180的种类与形式。
在本实施例中，收光元件190配置于子光束LS的传递路径上，位于光栅元件140与光阑元件150之间，用以调整子光束LS以及感测光束LS’传递至光阑元件150。收光元件190例如是由具有正屈光度的透镜或透镜组，但本发明并不限制收光元件190的种类与形式。
如此一来，本实施例光学感测系统100可借由光栅元件140与光阑元件150之间的搭配而有效的降低其他波长的光(即感测光束LS’以外的子光束LS)进入到感测元件160，进而提升光学感测系统100的感测效果。
综上所述，在本发明的光学感测系统中，光源提供出的第一光束传递通过分光元件以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第二光束沿原路径朝分光元件传递，并借由分光元件传递至光栅元件。第二光束传递至光栅元件后，借由光栅元件的光学作用，形成出多个不同出射角度的子光束，而其中光阑元件让且具有特定波长范围且带有深度信号的子光束传递通过成为感测光束，并且阻档其他的子光束。如此一来，光学感测系统可借由光栅元件与光阑元件之间的搭配而有效的降低其他波长的光进入到感测元件，进而提升光学感测系统的感测效果。
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 (10)

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、分光元件、反射元件、光栅元件、光阑元件以及感测元件，其中
所述光源提供第一光束；
所述分光元件配置于所述第一光束的传递路径上，用以让所述第一光束通过以及反射第二光束；
所述反射元件配置于所述第一光束的传递路径上，用以反射所述第一光束至所述目标物件，以及用以反射来自所述目标物件传递的所述第二光束；
所述光栅元件配置于所述第二光束的传递路径上，根据所述第二光束的多个子光束的波长用以改变所述多个子光束的出射角度；
所述光阑元件配置于所述多个子光束的传递路径上，用以让所述多个子光束中包括特定波长范围的感测光束通过并阻挡其他的所述多个子光束；以及
所述感测元件配置于所述感测光束的传递路径上。
2.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，各个所述多个子光束的聚焦平面皆不相同。
3.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。
4.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光阑元件为对应所述感测光束的传递路径而设置。
5.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述反射元件为微机电系统，用以进行转动以改变所述第一光束及所述第二光束的出射角度。
6.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。
7.根据权利要求1所述的光学感测系统，其特征在于，所述光栅元件为反射式光栅。
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：
第一准直元件，配置于所述第一光束的传递路径上，位于所述光源与所述分光元件之间，用以准直化所述第一光束。
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：
第二准直元件，配置于所述感测光束的传递路径上，位于所述光阑元件与所述感测元件之间，用以准直化所述感测光束。
10.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，配置于所述多个子光束的传递路径上，位于所述光栅元件与所述光阑元件之间，用以调整所述多个子光束传递至所述光阑元件。
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