TW201925820A - 匹配式雷射雷達系統 - Google Patents
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Abstract
一種匹配式雷射雷達系統，包含：一訊號發射端，係用以產生一雷射光；複數菱鏡，係繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變雷射光之行進方向，使該雷射光掃描待測區域後產生一反射訊號；一訊號接收端，係用於接受該反射訊號，藉此，利用此匹配式雷射雷達系統，可提高雷射雷達之能量效率，增加偵測距離。
Description
本發明係關於一種雷射雷達系統，特別是關於一種使用單通道單光束偵測方法之雷射雷達系統。
習知雷射雷達(Light Detection and Ranging，LIDAR)又稱為光學雷達或簡稱光達，其有高精度、高辨識度等優點，能高精度地測得距離、辨識物體外型並建立周遭3D地理資訊模型，常使用於車輛自動駕駛系統中。
習知雷射雷達產品，因為其光學系統製造以及調整的成本過高，使得這些產品普遍價格昂貴，若減少雷射光源數量，雖然可以降低成本，但容易產生雷射能量效率使用低下，而讓雷射雷達的偵測距離減少的問題。
因此目前業界需發展一種使用單通道單光束偵測方法之雷射雷達系統，單通道的設計可降低光學系統製造以及調整的成本，單光束的設計可有效避免雷射能量效率使用低下，進而增進雷射雷達的偵測距離。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種匹配式雷射雷達系統，整合一訊號發射端、複數菱鏡及一訊號接收端，藉由該複數菱鏡繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，以改變雷射光之行進方向，使雷射光可掃描待測區域，而該訊號接收端用於接收待測區域產生的反射訊號，藉由該單通道單光束偵測方法之雷射雷達系統，降低光學系統製造、調整之成本，並提升雷射能量使用效率，進而增進雷射雷達的偵測距離。
為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種匹配式雷射雷達系統，包含：一訊號發射端，係用以產生一雷射光；複數菱鏡，係繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變雷射光之行進方向，使該雷射光掃描待測區域後產生一反射訊號；一訊號接收端，係用於接受該反射訊號。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一第一光學元件，以調整該雷射光之光束形狀。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一第二光學元件，以改變該反射訊號之行進方向，該第二光學元件可為離軸拋物線曲面反射鏡。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號接收端係具有一第三光學元件，該第三光學元件係用以改變該
反射訊號之行進方向。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該第三光學元件係為一偏振態分光鏡，該偏振態分光鏡係依該反射訊號之偏振態改變該反射訊號之行進方向。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一液晶元件組，該液晶元件組係用以調整該雷射光之偏振態。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係具有相同頂角。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係以複數電控馬達各別控制該複數菱鏡旋轉。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係以一以上之套筒固定，該套筒係各別結合相對應之該複數電控馬達。
本發明所提出之另一方案，提供一種匹配式雷射雷達系統，包含：一訊號發射端，係用以產生一雷射光；複數菱鏡，係繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變雷射光之行進方向，使該雷射光掃描待測區域後產生一反射訊號；一光學元件，設置於該雷射光與該反射訊號之共同光路上，該光學元件係用以改變該反射訊號之行進方向；複數馬達，係用以各別控制該複數菱鏡旋轉；一訊號接收端，係用於接受該反射訊號。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
111‧‧‧雷射光
120‧‧‧複數菱鏡
121‧‧‧第一菱鏡
122‧‧‧第二菱鏡
131‧‧‧待測區域
211‧‧‧複數菱鏡影響雷射光之向量範圍
212‧‧‧第二菱鏡影響雷射光之向量範圍
220‧‧‧複數菱鏡影響雷射光之向量合
221‧‧‧第一菱鏡影響雷射光之向量
222‧‧‧第二菱鏡影響雷射光之向量
300‧‧‧匹配式雷射雷達系統
310‧‧‧訊號發射端
311‧‧‧雷射光
312‧‧‧第一光學元件
313‧‧‧第二光學元件
314‧‧‧液晶元件組
320‧‧‧複數菱鏡
321‧‧‧第一菱鏡
322‧‧‧第二菱鏡
323‧‧‧反射訊號
330‧‧‧訊號接收端
331‧‧‧第三光學元件
332‧‧‧第一訊號接收器
333‧‧‧第二訊號接收器
340‧‧‧複數電控馬達
341‧‧‧套筒
342‧‧‧第一電控馬達
343‧‧‧第二電控馬達
第一圖係為本發明匹配式雷射雷達系統之複數菱鏡運作示意圖。
第二圖係為本發明匹配式雷射雷達系統之複數菱鏡改變雷射光之向量示意圖。
第三圖係為本發明匹配式雷射雷達系統之一實施例。
以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。
請參閱第一至二圖，為本發明之複數菱鏡運作示意圖，如圖所示，本發明所提出一種匹配式雷射雷達系統，其中，包括由一第一菱鏡(121)及一第二菱鏡(122)組成複數菱鏡(120)，該複數菱鏡可具有相同頂角，可繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變一雷射光(111)之行進方向，
使該雷射光可(111)掃描待測區域(131)；該複數菱鏡(120)對該雷射光(111)造成改變之總偏折角可視為該第一菱鏡(121)與該第二菱鏡(122)對該雷射光(111)之偏折角向量相加。
該第一菱鏡影響雷射光產生一第一菱鏡影響雷射光之向量(221)先假定為一固定方向之向量，該第二菱鏡影響雷射光產生一第二菱鏡影響雷射光之向量(222)假定為另一固定方向之向量，則雷射光經過第一菱鏡與第二菱鏡後，其產生的偏折角，可用一複數菱鏡影響雷射光之向量合(220)表示，而當該第一菱鏡固定時，旋轉該第二菱鏡可造成一第二菱鏡影響雷射光之向量範圍(212)，該範圍之向量皆為僅旋轉該第二菱鏡即可掃描之區域，同理，當同時旋轉該第一菱鏡與該第二菱鏡時，可造成一複數菱鏡影響雷射光之向量範圍(211)，該範圍之向量皆為該系統可掃描之區域，此外，本實施例僅為兩個菱鏡作為該複數菱鏡，但該複數菱鏡不以兩個為限，更佳地，該複數菱鏡可為二以上之菱鏡組成。
請參閱第三圖，為本發明之一實施例，如圖所示，一訊號發射端(310)產生一雷射光(311)；在該雷射光(311)之光路上，設置一第一光學元件(312)，可用以調整該雷射光(311)光束形狀及大小，並可使該雷射光(311)形成準直光(collimated light)；在該第一光學元件(312)後方及該雷射光(311)之光路上，設置一第二光學元件(313)，該第二光學元件可使該雷射光(311)通過，並具其他用途，之後表述；在該第
一光學元件(312)後方及該雷射光(311)之光路上，設置一液晶元件組(314)，可用以調整該雷射光(311)之偏振態；在該第一光學元件(312)後方及該雷射光(311)之光路上，設置複數菱鏡(320)，該複數菱鏡可具有相同頂角，本實施例之複數菱鏡(320)為一第一菱鏡(321)與一第二菱鏡(322)二個菱鏡所組成，但本發明不以此為限，更佳地，該複數菱鏡可為二以上之菱鏡組成；該第一菱鏡(321)與該第二菱鏡(322)可藉由繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變該雷射光(311)之行進方向，使該雷射光(311)掃描待測區域後，待測區域之物體表面產生一反射訊號(323)。
該反射訊號(323)經過該複數菱鏡(320)，將依循著該雷射光(311)之光路，進入該第二光學元件(311)，該第二光學元件(311)面向該反射訊號(323)之一面具有可改變該反射訊號(323)行進方向之結構，使該反射訊號經該第二光學元件(311)，改變行進方向進入一訊號接收端(330)。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該第二光學元件(311)可為一離軸拋物線曲面鏡(Off-Axis Parabolic Mirror)，可將該反射訊號(323)經該離軸拋物線曲面鏡後，除改變該反射訊號(323)之行進方向，並使該反射訊號(323)因該離軸拋物線曲面鏡之拋物線曲面而具有聚焦波形，增強該訊號接收端(330)接收到的單位面積訊號能量。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號接
收端(330)可由一第一訊號接收器(332)及一第二訊號接收器(333)組成，其中該第一訊號接收器位於該反射訊號(323)之光路上，可接收經該第二光學元件(311)改變行進方向之該反射訊號(323)，於該第一訊號接收器(332)前方及反射訊號(323)之光路上設置一第三光學元件(331)，可改變該反射訊號(323)之行進方向，用一第二訊號接收器(333)接收被第三光學元件(331)改變行進方向之該反射訊號(323)，該第三光學元件(331)可為偏振態分光鏡(Polarized Beam Splitter)，依該反射訊號(323)之偏振態改變該反射訊號(323)之行進方向。
本發明之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡(320)可被複數電控馬達(340)控制旋轉，該複數電控馬達(340)可為圓環狀各別包覆該複數菱鏡(320)，本實施例中，一第一電控馬達(342)控制該第一菱鏡(321)旋轉，一第二電控馬達(343)控制該第二菱鏡(322)旋轉，其中，可使用一套筒(341)接合該第一電控馬達(342)，並同時固定該第一菱鏡(321)，除可增加該第一菱鏡(321)之固定穩定度，亦可方便地調整該第一電控馬達(342)與該第一菱鏡(321)之間的體積差異；本發明之匹配式雷射雷達系統可利用提高電控馬達的轉速，獲得較多的掃描區域內資料點數量，配合後端的資料庫，便可得知待測區域的樣貌，因此，該匹配式雷射雷達系統之資料點的解析度以及資料密度，可用電控馬達的轉速決定，轉速越高則解析度以及密度越高。
本發明提出一雷射雷達系統利用複數菱鏡改變雷射光的方式掃描待測區域，藉由該單通道單光束偵測方法之雷射雷達系統，降低光學系統製造、調整之成本，並提升雷射能量使用效率，進而增進雷射雷達的偵測距離，解決習知技術之問題。
上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍，任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化，因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
Claims (11)
- 一種匹配式雷射雷達系統，包含：一訊號發射端，係用以產生一雷射光；複數菱鏡，係繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變雷射光之行進方向，使該雷射光掃描待測區域後產生一反射訊號；一訊號接收端，係用於接受該反射訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一第一光學元件，以調整該雷射光之光束形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一第二光學元件，以改變該反射訊號之行進方向。
- 如申請專利範圍第3項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該第二光學元件係為離軸拋物線曲面反射鏡。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號接收端係具有一第三光學元件，該第三光學元件係用以改變該反射訊號之行進方向。
- 如申請專利範圍第5項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該第三光學元件係為一偏振態分光鏡，該偏振態分光鏡係依該反射訊號之偏振態改變該反射訊號之行進方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該訊號發射端係具有一液晶元件組，該液晶元件組係用以調整該雷射光之偏振態。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係具有相同頂角。
- 如申請專利範圍第1項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係以複數電控馬達各別控制該複數菱鏡旋轉。
- 如申請專利範圍第9項所述之匹配式雷射雷達系統，其中，該複數菱鏡係以一以上之套筒固定，該套筒係用於各別結合相對應之該複數電控馬達。
- 一種匹配式雷射雷達系統，包含：一訊號發射端，係用以產生一雷射光；複數菱鏡，係繞著同一旋轉軸旋轉且個別轉速不相同，用以改變雷射光之行進方向，使該雷射光掃描待測區域後產生一反射訊號；一光學元件，設置於該雷射光與該反射訊號之共同光路上，該光學元件係用以改變該反射訊號之行進方向；複數馬達，係用以各別控制該複數菱鏡旋轉；一訊號接收端，係用於接受該反射訊號。
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