TW202407381A - 雷射探測系統及車輛 - Google Patents

Abstract

本申請提供一種雷射探測系統，包括：光源模組，用於發射第一雷射，所述第一雷射具有第一偏振方向；光隔離器，位於所述第一雷射的光路上，用於透過來自所述光源模組的所述第一雷射以出射第二雷射，還用於阻止朝向所述光源模組傳輸的所述第二雷射；掃描器，位於所述第二雷射的光路上，用於反射所述第二雷射以投射參考光至待測目標；以及探測器，用於接收所述待測目標根據所述參考光反射的探測光，並用於根據所述探測光獲取所述待測目標的位置信息。本申請還提供一種車輛。

Description

雷射探測系統及車輛

本申請涉及雷射探測技術領域，尤其涉及一種雷射探測系統及應用該雷射探測系統的車輛。

一種傳統的雷射探測系統包括光源、分光鏡和探測器。光源用於發射探測光至分光鏡。入射至分光鏡的探測光難以全部被引導至探測物體，而存在一小部分探測光在雷射探測系統中多次散射。在雷射探測系統中多次散射的部分探測光可能會重新返回至光源，對光源造成干涉；也可能入射至探測器，影響探測器的探測結果。

本申請第一方面提供一種雷射探測系統，包括： 光源模組，用於發射第一雷射，所述第一雷射具有第一偏振方向； 光隔離器，位於所述第一雷射的光路上，用於透過來自所述光源模組的所述第一雷射以出射第二雷射，還用於阻止朝向所述光源模組傳輸的所述第二雷射； 掃描器，位於所述第二雷射的光路上，用於反射所述第二雷射以投射參考光至待測目標；以及 探測器，用於接收所述待測目標根據所述參考光反射的探測光，並用於根據所述探測光獲取所述待測目標的位置信息。

本申請第二方面提供一種車輛，包括： 車輛本體； 如上述的雷射探測系統，所述雷射探測系統固定於所述車輛本體，用於探測所述車輛本體行進路徑上是否存在待測目標，並在存在待測目標時，獲取所述待測目標的距離信息。

上述雷射探測系統，藉由設置光隔離器，使得第一雷射可以從光隔離器透射，從而被應用至後續的雷射探測過程；還使得後續光路中產生的雜散光無法從光隔離器通過，可避免雜散光入射至光源模組產生光線干擾的問題，進而有利於提升獲取到的待測目標的位置信息的準確度。

請參閱圖1，本申請提供的車輛1包括車輛本體10和固定於車輛本體10上的雷射探測系統20。

在車輛1（或車輛本體10）的行進方向上可能出現障礙物（下稱待測目標2）。車輛1碰到待測目標2會阻礙行駛甚至損壞車輛。在車輛本體10行進過程中，雷射探測系統20用於持續探測車輛本體10行進路徑上是否存在待測目標2，當探測到存在待測目標2時，雷射探測系統20還用於獲取待測目標2的位置信息。本實施例中，距離信息包括待測目標2與車輛本體10之間的距離和待測目標2相對車輛本體的方位。車輛本體10還包括控制系統11，控制系統11可以與雷射探測系統20通信。當雷射探測系統20獲取到待測目標2的位置信息後，控制系統11可以以預設方式（例如圖像或語音）提醒駕駛人員注意待測目標2。因此本申請中的雷射探測系統20可用於在車輛1行進過程中提醒駕駛人員路況，從而有利於避免車輛本體10損壞。

於本申請另一實施例中，車輛1為無人駕駛車輛。在該實施例中，控制系統11用於根據雷射探測系統20獲取的待測目標2的位置信息控制自動駕駛車輛本體10，以沿預設路徑行駛，並避開行駛路徑上的待測目標2。

請參閱圖2，本實施例的雷射探測系統20，包括光源模組21、光隔離器22、掃描器23及探測器24。

本實施例中，光源模組21包括雷射源211和波片組件212。

雷射源211用於發射光源光L1。本實施例中，雷射源211包括至少一個雷射二極體，用於發射紅外雷射。於其他實施例中，雷射源211還可以包括至少一個雷射器。本實施例中，光源光L1中一部分具有第一偏振方向，一部分具有第二偏振方向。也即，部分光源光L1為P偏振光，部分光源光L1為S偏振光。

波片組件212位於光源光L1的光路上，波片組件212用於接收光源光L1並用於轉換光源光L1的偏振方向。也即，當具有第一偏振方向的光源光L1入射至波片組件212時，將被波片組件212轉換為具有第二偏振方向；當具有第二偏振方向的光源光L1入射至波片組件212時，將被波片組件212轉換為具有第一偏振方向。換句話說，波片組件212用於將P偏振光轉換為S偏振光，並用於將S偏振光轉換為P偏振光。

本實施例中，由於雷射源211本身的結構特性，其發射的光源光L1中的S偏振光的量遠大於P偏振光的量（98%的S偏振光和2%的P偏振光），但後續光路中主要利用P偏振光，因此本實施例中藉由設置波片組件212轉換光源光L1的偏振方向，以使得經過波片組件212的光幾乎都為P偏振光，可在後續光路中被利用。因此，波片組件212有利於提升光利用率。

本實施例中，波片組件212包括一個二分之一波片213。於其他實施例中，波片組件212也可包括兩個依序設置的四分之一波片214（參圖3）。

本實施例中，光源模組21還包括擋光元件215。擋光元件215位於雷射源211與波片組件212之間。請參閱圖4，本實施例中，擋光元件215包括遮光材料，整體呈平板狀，且在靠近中心區域（幾何中心，例如圓的圓心、正方形的對角線交點）開設有通光孔216。擋光元件215上的通光孔216對應雷射源211設置，以使得光源光L1可從通光孔216透射出去。

本實施例中，光源光L1從光源模組21出射後，一部分被後續的光路利用以實現雷射探測，另一部分難以被用作雷射探測，會在雷射探測系統20的各個光學元件之間傳播而被損耗，該部分下稱為雜散光。雜散光在傳播過程中，可能會入射至雷射源211而產生光線干擾。

因此本實施例中，擋光元件215上的通光孔216為圓形孔，其尺寸依照雷射源211的尺寸設置。也即，通光孔216的尺寸稍大於雷射源211的尺寸。如此，使得雷射源211發射的光源光L1盡可能都通過通光孔216。並且，由於擋光元件215包括遮光材料，朝向光源模組21入射的雜散光會被擋光元件215的阻擋，雜散光若要到達雷射源211，必須要穿過通光孔216，而雜散光的傳播路徑比較雜亂，穿過通光孔216的概率極小。因此本實施例中擋光元件215可以一定程度避免雜散光入射至雷射源211而產生光線干擾。

請再參閱圖2，本實施例中，光源模組21還包括準直元件217。準直元件217位於雷射源211與擋光元件215之間並位於光源光L1的光路上，用於將來自雷射源211的光源光L1進行準直，以減小雷射源211的發散角，使得光源光L1順利通過通光孔216。光源光L1若不能通過通光孔216，將被損失掉。因此準直元件217有利於提升光源光L1的利用率。

請參閱圖5，本實施例中，定義從波片組件212出射的光為第一雷射L2。光隔離器22位於第一雷射L2的光路上，用於接收第一雷射L2並根據第一雷射L2出射第二雷射L3，第二雷射L3相對於第一雷射L2的偏振方向旋轉45°。

本實施例中，光隔離器22包括起偏器221、法拉第旋轉器222及檢偏器223。起偏器221、法拉第旋轉器222及檢偏器223依次位於第一雷射L2的光路上。第一雷射L2通過起偏器221後，轉換為線偏振光。經過法拉第旋轉器222時，第一雷射L2的偏振方向被旋轉45°。檢偏器223與起偏器221呈45°，偏振方向經旋轉後的第一雷射L2剛好可以從檢偏器223通過。定義從檢偏器223通過的光為上述的第二雷射L3。

從檢偏器223出射的第二雷射L3在後續的光路中傳播時，可能被部分損耗。被損耗的部分可能會作為雜散光返回至光隔離器22。而當雜散光朝向光隔離器22傳播時，其依次經過檢偏器223、法拉第旋轉器222及起偏器221。此時只有與檢偏器223方向平行的雜散光可以通過檢偏器223並入射至法拉第旋轉器222。雜散光入射至法拉第旋轉器222時，其偏振方向會偏轉45°。如前述的，檢偏器223本身即與起偏器221具有45°夾角，雜散光又被偏轉45°，則從法拉第旋轉器222出射的雜散光與起偏器221的夾角為90°，也即從法拉第旋轉器222出射的雜散光與起偏器221的方向垂直，會被起偏器221阻擋而不會繼續朝向光源模組21傳播。因此本實施例中，用過設置光隔離器22，也可以避免雜散光入射至光源模組21以造成光線干擾。

請再參閱圖2，掃描器23位於第二雷射L3的光路上，用於反射接收到的第二雷射L3。本實施例中，掃描器23還用於對接收到的第二雷射L3進行繞射以產生參考光L4，參考光L4為結構光。本實施例中的掃描器23為電驅動式的掃描器。也即，藉由改變施加至掃描器23上的電壓值，可以改變掃描器23的旋轉角度。藉由改變掃描器23的旋轉角度，可以調製掃描器23所反射的光的相位，從而調製光發生干涉而產生相應的結構光（即參考光L4）。

如前述的，本申請的雷射探測系統20應用於車輛1上，也即本申請的雷射探測系統20為車載雷射探測系統。車輛在行駛過程中存在頻繁顛簸振動，這使得對掃描器23的抗振動能力要求較高。習知的機械式驅動的掃描器23容易因抖動發生偏轉誤差，而本申請中採用電驅動式的掃描器23，有利於提升掃描器23的工作穩定性。

本實施例中，雷射探測系統20還包括分束器25。分束器25位於第二雷射L3的光路上，用於將第二雷射L3引導至掃描器23。分束器25還位於參考光L4的光路上，用於將參考光L4引導至待測目標2。分束器25具有第一入光面251、第二入光面252及分光面253。本實施例中，第二雷射L3從第一入光面251垂直入射，參考光L4從第二入光面252垂直入射。且本實施例中，第二雷射L3入射至分光面253時部分被反射至掃描器23，另一部分沿原來的光路從分光面253透射。參考光L4入射至分光面253時部分被反射，另一部分沿原來的光路從分光面253透射。

進一步的，掃描器23還用於藉由分束器25將參考光L4引導至待測目標2上。當參考光L4照射待測目標2時會被待測目標2反射。本實施例中，定義待測目標2所反射的光為探測光L5。

本實施例中，探測器24位於探測光L5的光路上，用於接收探測光L5，並根據探測光L5獲取待測目標2的位置信息。本實施例中，探測器24包括複數光電元件（圖未示），每一光電元件用於在接收到感測光L5時進行光電轉換以生成對應於探測光L5的感應電訊號，該感應電訊號可用於計算待測目標2的位置信息。

本實施例中，雷射探測系統20還包括濾光片26。濾光片26位於探測光L5的光路上，用於濾除環境光。如前述的，探測器24用於根據接收到的探測光L5獲取待測目標2的位置信息。而與探測光L5一起入射至探測器24上的光可能還包括環境光（雷射探測系統20所處環境中的光線）。但探測器24還接收到環境光時，其獲取到的待測目標2的位置信息可能產生誤差。因此本實施例中藉由濾光片濾除環境光，有利於提升探測器24獲取的位置信息的精準度。

本實施例中，雷射探測系統20還包括聚焦透鏡27。聚焦透鏡27位於探測光L5的光路上，且位於濾光片26與探測器24之間。由於待測目標2反射回的探測光L5存在較大的發散角，難以全部被探測器24接收。本實施例中藉由設置聚焦透鏡27聚焦探測光L5至探測器24，有利於提升探測光L5的光利用率，進而有利於提升位置信息的精準度。

在本申請的雷射探測系統20中，分束器25用於反射部分第二雷射L3和透射部分參考光L4，還用於透射另一部分第二雷射L3和反射另一部分參考光L4。其中被透射的另一部分第二雷射L3和被反射的另一部分參考光L4都難以被後續的光路用作雷射探測，而會被損失掉。上述被損失掉的光即作為雜散光在雷射探測系統20中傳播，一部分雜散光甚至會朝向光源模組21傳播，導致形成光線干擾。

而本實施例中，藉由設置光隔離器22，使得第一雷射L2可以從光隔離器22透射，從而被應用至後續的雷射探測過程。還使得雜散光無法從光隔離器通過，可避免雜散光入射至光源模組21產生光線干擾。

進一步的，本實施例中藉由設置擋光元件215，也可從物理結構上阻止雜散光進一步入射至雷射源211。

綜上，本申請的雷射探測系統20、雷射探測系統20應用的車輛1，可以有效避免雜散光入射至光源模組21產生光線干擾，從而有利於提升獲取到的待測目標2的位置信息的準確度。

本技術領域之普通技術人員應當認識到，以上之實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明之限定，只要於本發明之實質精神範圍之內，對以上實施例所作之適當改變及變化均落於本發明要求保護之範圍之內。

1:車輛 10:車輛本體 11:控制系統 20:雷射探測系統 21:光源模組 211:雷射源 212:波片組件 213:二分之一波片 214:四分之一波片 215:擋光元件 216:通光孔 217:準直元件 22:光隔離器 221:起偏器 222:法拉第旋轉器 223:檢偏器 23:掃描器 24:探測器 25:分束器 251:第一入光面 252:第二入光面 253:分光面 26:濾光片 27:聚焦透鏡 2:待測目標 L1:光源光 L2:第一雷射 L3:第二雷射 L4:參考光 L5:探測光

圖1為本申請實施例的車輛與待測目標的結構示意圖。

圖2為圖1中雷射探測系統的結構示意圖。

圖3為圖2中波片組件的結構示意圖。

圖4為圖2中擋光元件的結構示意圖。

圖5為圖2中光隔離器的結構示意圖。

20:雷射探測系統

21:光源模組

211:雷射源

212:波片組件

213:二分之一波片

215:擋光元件

216:通光孔

217:準直元件

22:光隔離器

23:掃描器

24:探測器

25:分束器

251:第一入光面

252:第二入光面

253:分光面

26:濾光片

27:聚焦透鏡

2:待測目標

L1:光源光

L2:第一雷射

L3:第二雷射

L4:參考光

L5:探測光

Claims (10)

1. 一種雷射探測系統，其改良在於，包括： 光源模組，用於發射第一雷射，所述第一雷射具有第一偏振方向； 光隔離器，位於所述第一雷射的光路上，用於透過來自所述光源模組的所述第一雷射以出射第二雷射，還用於阻止朝向所述光源模組傳輸的所述第二雷射； 掃描器，位於所述第二雷射的光路上，用於反射所述第二雷射以投射參考光至待測目標；以及 探測器，用於接收所述待測目標根據所述參考光反射的探測光，並用於根據所述探測光獲取所述待測目標的位置信息。
2. 如請求項1所述的雷射探測系統，其中，所述光源模組包括： 雷射源，用於發射光源光；以及 波片組件，位於所述光源光的光路上，用於將至少部分所述光源光轉換為具有所述第一偏振方向的第一雷射。
3. 如請求項2所述的雷射探測系統，其中，所述波片組件包括一二分之一波片或包括兩個四分之一波片。
4. 如請求項2所述的雷射探測系統，其中，所述光源模組還包括擋光元件，所述擋光元件位於所述雷射源與所述波片組件之間； 所述擋光元件包括遮光材料，所述擋光元件開設有通光孔，所述光源光從所述通光孔入射至所述波片組件。
5. 如請求項1或2所述的雷射探測系統，其中，所述第一雷射為P偏振光。
6. 如請求項1所述的雷射探測系統，其中，還包括分束器，所述分束器位於所述第二雷射的光路上，用於引導部分所述第二雷射至所述掃描器； 所述分束器還用於引導部分所述參考光至所述待測目標。
7. 如請求項6所述的雷射探測系統，其中，所述掃描器還用於繞射所接收到的所述第二雷射，所述參考光為結構光。
8. 如請求項1所述的雷射探測系統，其中，所述掃描器為電驅動式的掃描器。
9. 如請求項1所述的雷射探測系統，其中，還包括濾光片，所述濾光片位於所述探測光的光路上，用於濾除環境光。
10. 一種車輛，其改良在於，包括： 車輛本體； 如請求項1至9中任一項所述的雷射探測系統，所述雷射探測系統固定於所述車輛本體，用於探測所述車輛本體行進路徑上是否存在待測目標，並在存在待測目標時，獲取所述待測目標的距離信息。

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