具有束压缩和扩展的光学扫描装置制造方法及图纸

公开了一种光学扫描装置，包括：束扫描器(102)，所述束扫描器耦合到输入光源，以接收输入光束(101)，并且所述束扫描器能够操作以产生具有第一扫描图案的扫描光束(109)；第一棱镜(103)，所述第一棱镜被定位成接收所述扫描光束并至少使得所述扫描光束的维度发生变化；以及第二棱镜(104)，所述第二棱镜被定位成接收由所述第一光学元件输出的光，并使得所述扫描光束的方向或维度中的一者或两者发生另一变化，以在像平面处产生第二扫描图案，所述第二扫描图案具有扩展的或压缩的视野(FOV)。该棱镜以预先确定的角关系定位。根据该预先确定的角关系，棱镜可以沿着一根或多根轴线扩展或压缩扫描束的FOV。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有束压缩和扩展的光学扫描装置
本技术总体上涉及光学扫描装置和方法，尤其涉及扫描光学图案的生成和操控。
技术介绍
光学扫描器具有许多应用，包括应用于自主驾驶。通常可以使用一个或多个传感器(例如LiDAR传感器)来扫描或以其他方式检测移动平台的环境，所述一个或多个传感器通常传送脉冲信号(例如激光信号)并检测脉冲信号的反射。可以以这种方式(例如，在激光扫描点处)确定关于环境的三维信息。各种干扰源(例如，变化的地平面、障碍物类型等)以及位置和定位技术的局限性(例如GPS信号的精度)都会影响避障和导航应用。因此，仍然需要改进的光学扫描和处理技术以提高从光学扫描器获得的三维信息的准确性和可靠性。
技术实现思路
为了方便读者，提供了下列
技术实现思路
，以及该
技术实现思路
明确了所公开技术的几个代表性实施例。在一方面，公开了一种光学扫描装置。光学扫描装置包括束扫描器，该束扫描器耦合到输入光源，以接收输入光束，并且该束扫描器可操作以产生具有第一扫描图案的扫描光束。光学扫描装置进一步包括：第一光学元件，该第一光学元件被定位成接收扫描光束并至少使得扫描光束的维度发生变化；以及第二光学元件，该第二光学元件被定位成接收从第一光学元件输出的光，并使得扫描光束的方向或维度中的一者或两者发生另一变化，以在图像平面处产生第二扫描图案，该第二扫描图案具有扩展或压缩的视野。在另一方面，公开了一种光学扩展或压缩装置，该光学扩展或压缩装置包括至少两个光学元件，所述至少两个光学元件包括：第一光学元件，用于接收具有第一扫描图案的光束并产生第一重定向光束；以及第二光学元件，用于接收第一重定向光束并产生第二重定向光束，其中，第二重定向光束具有第二扫描图案。第一光学元件和第二光学元件中的每一者被配置成相对于彼此以一角度范围定位，以使得当第一光学元件相对于第二光学元件以第一预定角度范围定位时，第二扫描图案产生有扩展的视野，以及当第一光学元件相对于第二光学元件以第二预定角度范围定位时，第二扫描图案产生有压缩的视野。在另一方面，公开了一种光学扫描装置，该光学扫描装置包括：第一束扫描器部分，其被配置成接收输入光束并产生包括圆形或椭圆形扫描光束部分的第一扫描图案；以及第二束扫描器部分，其被定位成接收来自第一束扫描器部分的光并产生具有第二扫描图案的输出光束，其中第二扫描图案包括至少一个平坦的或直的边界。在另一方面，公开了一种光学扫描装置，该光学扫描装置包括第一束扫描器部分，该第一束扫描器部分包括第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜和所述第二棱镜被配置成相对于彼此沿相反的方向转动，第一棱镜具有第一转动速度，以及第二棱镜具有第二转动速度；以及第二束扫描器部分，该第二束扫描器部分被定位成接收来自第一束扫描器部分的光，第二束扫描器部分包括第三棱镜和第四棱镜，其中，第三棱镜和第四棱镜被配置成相对于彼此沿相反的方向转动，第三棱镜具有第三转动速度，以及第四棱镜具有第四转动速度，其中，第一转动速度、第二转动速度、第三转动速度以及第四转动速度可选择成产生具有特定扫描图案的输出光束。下列特征可以包括在各种组合中。第一光学元件是第一棱镜，第二光学元件是第二棱镜，以及第一棱镜相对于第二棱镜以预定角度范围内的一角度定位，以产生第二扫描图案，与与第一扫描图案相关联的视野相比，该第二扫描图案具有扩展的视野。第一棱镜被定位成使得在光学扫描装置的光轴和接收扫描光束的第一棱镜的第一表面之间形成的角大于90度，以及第二棱镜被定位成使得在光学扫描装置的光轴和输出扫描光束的第二棱镜的第二表面之间形成的角小于90度。第一光学元件是第一棱镜，第二光学元件是第二棱镜，以及第一棱镜相对于第二棱镜以预定角度范围内的一角度定位，以产生第二扫描图案，与与第一扫描图案相关联的视野相比，第二扫描图案具有压缩的视野。第一棱镜被定位成使得在光学扫描装置的光轴与接收扫描光束的第一棱镜的第一表面之间形成的角小于90度，以及第二棱镜被定位成使得在光学扫描装置的光轴和输出扫描光束的第二棱镜的第二表面之间形成的角大于90度。所产生的第二扫描图案的中心相对于第一扫描图案的中心偏移。第一光学元件和第二光学元件每个都被配置成相对于光学扫描装置的光轴以一角度范围内的一角度定位，并且其中，基于对第一光学元件和第二光学元件中的一者或两者的角度的选择，增加或减小与第二扫描图案相关联的视野的扩展或压缩的量。第一光学元件和第二光学元件被定位成使得：与方位角相比，第二扫描图案的俯仰角不对称。束扫描器包括一对棱镜，该对棱镜被配置成相对于彼此在相反的方向上转动，以产生具有第一扫描图案的扫描光束。束扫描器包括一个或多个可转动的反射镜。第一光学元件和第二光学元件中的至少一者包括透镜。第二扫描图案在至少一个维度上与第一扫描图案的尺寸不同。第二光学元件被定位成补偿由第一光学元件引入的横向偏移的至少一部分。第一光学元件被定位成扩展并且横向偏移扫描光学图案，以及第二光学元件被定位成(a)补偿扫描光学图案中的横向偏移的至少一部分，以及(b)进一步扩展或压缩扫描光学图案。第一光学元件被定位成压缩并横向偏移扫描光学图案，以及第二光学元件被定位成(a)补偿扫描光学图案中的横向偏移的至少一部分，以及(b)进一步压缩或扩展扫描光学图案。第二光学元件在其输出扫描光束的第二表面上包括防反射涂层，该防反射涂层允许光学扫描光束在没有实质损失的情况下从第二表面出射，同时防止光通过第二表面进入第二光学元件。第一光学元件是第一楔形棱镜，以及第二光学元件是第二楔形棱镜。第一楔形棱镜和第二楔形棱镜中的一者或两者在两个不同的方向上具有渐缩的截面。第一楔形棱镜和第二楔形棱镜被取向为使得穿过第一楔形棱镜的顶部的平面相对于穿过第二楔形棱镜的顶部的平面大约成90度。附图说明图1示出了包括用于扩展视野的束扫描器和棱镜的光学设备的示例。图2A示出了包括束扫描器和用于压缩视野的棱镜的光学设备的示例。图2B示出了包括束扫描器和用于压缩视野的棱镜的光学设备的另一示例，该视野以三维方式示出。图3A示出了包括用于执行扫描的棱镜和用于压缩视野的棱镜的光学设备的另一示例。图3B1示出了用于光学设备的光线追踪图的示例，该光学设备包括棱镜以改变视野。图3B2示出了图3B1中示出的光学设备的3D视图。图3C是用于改变视野(FOV)的两个棱镜的另一图示。图3D示出了所述两个棱镜的三维视图及其相对于彼此的方向。图4示出由根据公开的实施例的光学设备产生的扫描图案的示例。图5示出了包括用于执行扫描的棱镜和用于压缩或扩展视野的各种光学部件的光学设备的示例。图6A示出了棱镜和折射光束的示例。图6B示出了棱镜的偏转角相对于输入角的导数的曲线的示例图，示出了各个区域。图6C示出了示例性棱镜的3D视图。图6D示出了示例性棱镜的另一3D视图。图6E示出了示例性棱镜的示意图，示出了各种维度和角。图6F1示出了用于相对于入射光线倾斜的棱镜的光线追踪图，其中，该棱镜的顶部比基部更靠近光源。图6F2示出了图6F1中示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学扫描装置，包括：/n束扫描器，所述束扫描器耦合到输入光源，以接收输入光束，并且所述束扫描器能够操作以产生具有第一扫描图案的扫描光束；/n第一光学元件，所述第一光学元件被定位成接收所述扫描光束并至少使得所述扫描光束的维度发生变化；以及/n第二光学元件，所述第二光学元件被定位成接收由所述第一光学元件输出的光，并使得所述扫描光束的方向或维度中的一者或两者发生另一变化，以在像平面处产生第二扫描图案，所述第二扫描图案具有扩展的或压缩的视野。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180930 CN PCT/CN2018/1091861.一种光学扫描装置，包括：
束扫描器，所述束扫描器耦合到输入光源，以接收输入光束，并且所述束扫描器能够操作以产生具有第一扫描图案的扫描光束；
第一光学元件，所述第一光学元件被定位成接收所述扫描光束并至少使得所述扫描光束的维度发生变化；以及
第二光学元件，所述第二光学元件被定位成接收由所述第一光学元件输出的光，并使得所述扫描光束的方向或维度中的一者或两者发生另一变化，以在像平面处产生第二扫描图案，所述第二扫描图案具有扩展的或压缩的视野。


2.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，
所述第一光学元件是第一棱镜，
所述第二光学元件是第二棱镜，
所述第一棱镜相对于所述第二棱镜以预定角度范围内的一角度定位，以产生所述第二扫描图案，与与所述第一扫描图案相关联的视野相比，所述第二扫描图案具有扩展的视野。


3.根据权利要求2所述的光学扫描装置，其中，
所述第一棱镜被定位成使得在所述光学扫描装置的光轴和接收所述扫描光束的所述第一棱镜的第一表面之间形成的角大于90度，以及
所述第二棱镜被定位成使得在所述光学扫描装置的光轴和输出所述扫描光束的所述第二棱镜的第二表面之间形成的角小于90度。


4.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，
所述第一光学元件是第一棱镜，
所述第二光学元件是第二棱镜，
所述第一棱镜相对于所述第二棱镜以预定角度范围内的一角度定位，以产生所述第二扫描图案，与与所述第一扫描图案相关联的视野相比，所述第二扫描图案具有压缩的视野。


5.根据权利要求4所述的光学扫描装置，其中，
所述第一棱镜被定位成使得在所述光学扫描装置的光轴与接收所述扫描光束的所述第一棱镜的第一表面之间形成的角小于90度，以及
所述第二棱镜被定位成使得在所述光学扫描装置的光轴和输出所述扫描光束的所述第二棱镜的第二表面之间形成的角大于90度。


6.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所产生的第二扫描图案的中心相对于所述第一扫描图案的中心偏移。


7.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件每个都被配置成相对于所述光学扫描装置的光轴以一角度范围内的一角度定位，并且其中，基于对所述第一光学元件和所述第二光学元件中的一者或两者的角度的选择，增大或减小与所述第二扫描图案相关联的视野的扩展或压缩的量。


8.根据权利要求7所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件被定位成使得：与方位角相比，所述第二扫描图案的俯仰角不对称。


9.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述束扫描器包括一对棱镜，所述一对棱镜被配置成相对于彼此在相反的方向上转动，以产生具有所述第一扫描图案的所述扫描光束。


10.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述束扫描器包括一个或多个能够转动的反射镜。


11.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件和第二光学元件中的至少一者包括透镜。


12.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第二扫描图案在至少一个维度上与所述第一扫描图案的尺寸不同。


13.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第二光学元件被定位成补偿由所述第一光学元件引入的横向偏移的至少一部分。


14.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件被定位成扩展并且横向偏移所述扫描光学图案，以及所述第二光学元件被定位成(a)补偿所述扫描光学图案中的横向偏移的至少一部分，以及(b)进一步扩展或压缩所述扫描光学图案。


15.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件被定位成压缩并横向偏移所述扫描光学图案，以及所述第二光学元件被定位成(a)补偿所述扫描光学图案中的横向偏移的至少一部分，以及(b)进一步压缩或扩展所述扫描光学图案。


16.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第二光学元件在其输出所述扫描光束的第二表面上包括防反射涂层，所述防反射涂层允许所述光学扫描光束在没有实质损失的情况下从所述第二表面出射，同时防止光通过所述第二表面进入所述第二光学元件。


17.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其中，所述第一光学元件是第一楔形棱镜，以及所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：董帅，洪小平，刘祥，黄淮，赵进，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44