[发明专利]在倾斜界面后面使用衍射结构的LiDAR系统的紧凑光学封装

说明书

感测装置包括透明窗口和包括光束源的LiDAR组件，所述LiDAR组件被配置为沿光束轴线发射一个或多个光学辐射束，并且被配置为在围绕所述光束轴线的角度范围内扫描所述一个或多个光束。衍射结构被安装成大致平行于所述透明窗口并且被定位成拦截由所述LiDAR组件发射的所述一个或多个光束，并且使所述光束轴线转向以相对于所述透明窗口表面的法线成大于30°的角穿过所述透明窗口。

技术领域

本发明一般涉及用于光学感测的系统和方法，具体地涉及深度映射。

背景技术

飞行时间(ToF)成像技术用在许多LiDAR系统(也称为深度映射、3D映射或3D成像系统)中。在直接ToF技术中，光源诸如脉冲激光器朝向要被映射的场景引导光学辐射的脉冲，并且高速检测器感测从该场景反射的辐射的到达时间。深度图中每个像素的深度值是得自输出脉冲的发射时间与从场景中对应点反射的辐射的到达时间之间的差值，这被称为光学脉冲的“飞行时间”。被反射回且被检测器接收的辐射脉冲也被称为“回波”。

发明内容

下文所述的本发明的实施方案提供了用于光学感测诸如基于LiDAR的深度感测的改进的装置和方法。

因此，根据本发明的实施方案，提供了感测装置，该感测装置包括透明窗口和包括光束源的LiDAR组件，该LiDAR组件被配置为沿光束轴线发射一个或多个光学辐射束，并且被配置为在围绕光束轴线的角度范围内扫描一个或多个光束。衍射结构被安装成大致平行于所述透明窗口并且被定位成拦截由所述LiDAR组件发射的所述一个或多个光束，并且使所述光束轴线转向以相对于所述透明窗口表面的法线成大于30°的角穿过所述透明窗口。

在一些实施方案中，LiDAR组件包括至少一个传感器，该传感器被配置为检测从目标反射并且通过透明窗口返回到至少一个传感器的光学辐射。在所公开的实施方案中，至少一个传感器

以具有光束源的单站配置定位在光束轴线上。附加地或可替代地，光束源包括衬底和发射器阵列，该发射器阵列设置在衬底上并且被配置为发射相应的光束。

在一些实施方案中，LiDAR组件包括折叠光学器件诸如光栅，该折叠光学器件被定位在光束源与一个或多个衍射结构之间，该衍射结构被配置为拦截光束轴线并且使其朝透明窗口转向。在所公开的实施方案中，光束源被配置为在预定义的调谐范围内调谐一个或多个光束的波长，并且折叠光学器件包括色散元件，该色散元件被配置为以作为波长的函数而变化的转向角偏转一个或多个光束。可替代地，折叠光学器件包括反射镜，该反射镜被配置为旋转以在转向角的范围内偏转一个或多个光束。

在一些实施方案中，衍射结构被配置为相对于光束轴线旋转以在光束角范围内扫描穿过透明窗口的一个或多个光束。在一个实施方案中，LiDAR组件被配置为在第一扫描方向上扫描一个或多个光束，而衍射结构被配置为旋转以在横向于第一扫描方向的第二扫描方向上扫描一个或多个光束。

通常，衍射结构被安装在透明窗口附近。在一些实施方案中，LiDAR组件被封装到车辆挡风玻璃的支撑结构中，并且透明窗口为挡风玻璃或被放置在大致平行于挡风玻璃的支撑结构中。

根据本发明的实施方案，还提供了一种用于感测的方法，该方法包括提供LiDAR组件，该LiDAR组件被配置为沿光束轴线发射一个或多个光学辐射束并且在围绕光束轴线的角度范围内扫描一个或多个光束。衍射结构被安装成大致平行于透明窗口以拦截由LiDAR组件发射的一个或多个光束，并且使光束轴线转向以相对于透明窗口表面的法线成大于30°的角穿过透明窗口。

结合附图，从下文中对本发明的实施方案的详细描述将更全面地理解本发明，在附图中：

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的用于深度感测的装置的示意性侧视图；

图2是根据本发明的另一个实施方案的用于深度感测的装置的示意性侧视图；