CN111257849A - 旋转角锥形反射镜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了旋转角锥形反射镜。装置包括检测器、被配置为发射光的光源、具有多个反射端面的反射装置、以及反射镜。反射装置被配置为围绕轴旋转，并且被布置成反射来自光源的所发射的光并反射背向散射的光。反射镜被布置成将来自反射装置的背向散射的光朝向检测器反射。

Description

旋转角锥形反射镜
发明内容
在某些实施例中，装置包括检测器、被配置为发射光的光源、具有多个反射端面的反射装置、以及反射镜。反射装置被配置为围绕轴旋转，并且被布置成反射来自光源的所发射的光并反射背向散射的光。反射镜被布置成将来自反射装置的背向散射的光朝向检测器反射。
在某些实施例中，公开了用于生成光图案的方法。方法包括使具有多个端面的反射装置旋转。方法进一步包括经由光源生成脉冲光。方法进一步包括经由光学元件将脉冲光引导到端面中的至少一个。光学元件沿着线引导脉冲光。此外，方法包括经由端面中的至少一个反射脉冲光以创建光图案。
在某些实施例中，***包括外壳，该外壳包括基部构件和透明盖体，基部构件和透明盖体至少部分地包围内部空腔。***进一步包括被配置为发射脉冲光并放置在内部空腔内的激光器。***包括放置在内部空腔内的传感器，和具有多个反射端面并被布置成反射所发射的脉冲光和背向散射的光的可旋转角锥形反射镜。此外，***包括反射镜，该反射镜被布置成将来自可旋转角锥形反射镜的背向散射的光朝向传感器反射。
虽然公开了多种实施例，但从示出并描述本发明的说明性实施例的以下的具体实施方式中，本发明的又一些其他实施例对本领域技术人员将变得显而易见。相应地，附图和具体实施方式本质上应被视为说明性的，而非限制性的。
附图说明
图1示出了根据本公开的某些实施例的具有旋转反射镜和曲面反射镜的测量设备的示意性剖视图。
图2示出了根据本公开的某些实施例的反射装置和电动机的透视图。
图3示出了根据本公开的某些实施例的图1的测量设备的示意性透视图和由测量设备生成的示例光图案。
图4示出了根据本公开的某些实施例的曲面反射镜的透视图。
图5示出了根据本公开的某些实施例的具有透镜和曲面反射镜的测量设备的示意性剖视图。
图6示出了根据本公开的某些实施例的具有旋转反射镜、透镜和曲面反射镜的测量设备的示意性剖视图。
图7示出了根据本公开的某些实施例的具有旋转反射镜和聚焦装置的测量设备的示意性剖视图。
图8示出了根据本公开的某些实施例的具有透镜和聚焦装置的测量设备的示意性剖视图。
图9示出了根据本公开的某些实施例的具有多个透镜和聚焦装置的测量设备的示意性剖视图。
虽然本公开可以接受多种不同修改和替代形式，但通过示例在附图中已经示出具体实施例并且在下文对其进行详细描述。然而，意图不在于将本公开限制为所描述的特定实施例，相反地旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等效方案和替代方案。
具体实施方式
本公开的某些实施例涉及测量设备和技术，具体地涉及用于光检测和测距的测量设备和技术，其通常被称为LIDAR、LADAR(激光雷达)，等等。
当前的LIDAR设备典型地使用使许多窄光束转向的一系列旋转反射镜。这些设备利用低数值孔径，使得仅少量的所反射的光被设备内的检测器接收。结果是，这些设备需要非常敏感的检测器。因此，本公开的某些实施例涉及用于诸如LIDAR***的测量***的设备和技术，其中具有较宽范围的灵敏度的传感器可以被使用同时仍然实现准确的测量。此外，如将在下文更详细描述的，所公开的测量设备包括光学元件和布置，其可以用于使用仅仅一个光源在大视场的情况下生成光的扫描图案(例如，沿着其光被扫描的路径)并且用于使用仅仅一个检测器来检测背向散射的光。
图1示出了包括具有基部构件104和盖体106的外壳102的测量设备100(例如，LIDAR/LADAR设备)的示意图。基部构件104和盖体106可以被耦合在一起以围绕内部空腔108，测量设备100的各种组件被放置在内部空腔108中。在某些实施例中，基部构件104和盖体106被耦合在一起以创建空气和/或水密密封。例如，各种衬垫或其他类型的密封部件可以用于帮助创建外壳102的组件之间的此类密封。基部构件104可以包括诸如塑料和/或金属(例如，铝)的材料。盖体106可以全部或部分地包括诸如玻璃或蓝宝石的透明材料。在某些实施例中，外壳102的各种组件镀有抗反射涂层。出于简单起见，图1中的外壳102被示出为仅具有基部构件104和盖体106，但是外壳102可以包括可以被组装在一起以围绕内部空腔108并且保护测量设备100的组件的任意数量的组件。此外，基部构件104可以被加工、模制或以其他方式成形以支撑测量设备100的组件。本文中描述的测量设备100和其他测量设备的特征不一定是按比例绘制的。附图旨在示出测量设备的特征如何可以被布置为创建从测量设备发射并且散射回到测量设备的光的扫描图案的示例。例如，附图示出了测量设备的特征如何相对于彼此物理地布置。此外，附图示出了在光学路径内的光学元件的示例布置，该光学元件创建光的图案并检测散射回到测量设备的光。
测量设备100包括光源110(例如，激光器)、可旋转反射镜112(例如，片上反射镜，电热致动反射镜等)、反射装置114(例如，可旋转角锥形反射镜)、聚焦装置116(例如，透镜或抛物面反射镜)、以及检测器118(例如，传感器)。
光源110可以是被配置为发射相干光的激光器(例如，诸如VCSEL等的激光二极管)或发光二极管。在某些实施例中，光源110发射红外光谱内的光(例如，相干光)(例如，905nm和1515nm频率为非限制性示例)，而在其他实施例中，光源110发射可见光谱内的光(例如，485nm频率作为非限制性示例)。在某些实施例中，光源110被配置为以脉冲发射光。
由光源110发射的光被引导朝向反射装置114。所发射的光和其方向在图1中由箭头120表示。在某些实施例中，所发射的光120首先被引导朝向可旋转反射镜112，可旋转反射镜112将光朝向反射装置114反射。可旋转反射镜112可以是基于硅树脂的微机电***(MEMS)反射镜，其有时被称为片上反射镜。可旋转反射镜112可以围绕轴旋转使得所发射的光沿着线来回被扫描。换句话说，可旋转反射镜112可以被用于将所发射的光120沿着线转向并朝向反射装置114。如图1所示，可旋转反射镜112相对于来自光源110的所发射的光120成45度的标称角度的角度，使得所发射的光120以90度的标称角度被反射。在某些实施例中，可旋转反射镜112被配置为围绕轴在诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围内旋转。使用10度范围的旋转作为示例，当可旋转反射镜112在其旋转范围内来回旋转时，所发射的光120将会在85度和95度的角度之间来回被反射。如将在下文更详细描述的，旋转范围影响由可旋转反射镜112创建的线扫描的范围或位移。
在某些实施例中，由可旋转反射镜112反射的所发射的光120(可旋转反射镜112随时间推移创建线扫描)穿过聚焦装置116中的孔径122朝向反射装置114。示例性反射装置114在图2中被示出并可以被描述为六面(或六边形)角锥形旋转反射镜。反射装置114可以使用三维打印、模制等被至少部分地创建。反射装置114被耦合到圆柱形电动机124，圆柱形电动机124在测量设备100的操作期间使反射装置114旋转。提升电动机124的旋转速度(并因此反射装置114的旋转速度)提高了测量设备100的采样速率，也增加了测量设备100所消耗的电量。电动机124可以是流体动力轴承电动机、滚珠轴承电动机等。尽管电动机124被示出为在反射装置114内中心地放置，反射装置114可以经由其他装置被旋转，包括除图2所示的电动机124以外的装置。
反射装置114包括多个端面/面126A-F。每个端面126A-F包括或以其他方式包含反射表面，诸如反射镜。例如，反射镜可以被连接到反射装置114的每个端面126A-F。尽管反射装置114被示出和被描述为具有以近似45度角度的六个端面，反射装置可以具有以不同的角度(例如，30-60度)的更少或更多个端面(例如，3-5个端面，7-24个端面)。端面的个数影响所发射的光120的位移。例如，当反射装置114旋转时，朝向反射装置114的所发射的光120将沿着线被反射和扫描。线的总位移取决于反射装置114上的端面的数量。当反射装置114包括六个端面126A-F时，所发射的光120沿其被扫描的所得的线具有六十度的位移(即360度除以端面的个数，端面的个数为六)。该位移影响测量设备100的视场。
当由可旋转反射镜112创建的扫描线被旋转反射装置114反射的时候，所得的光图案128或光路径被创建，类似于图3中所示。光图案128具有垂直分量130和水平分量132，其构成测量设备100的视场。光图案128的水平分量132(或位移)部分由旋转反射装置114创建，并且垂直分量130由可旋转反射镜112创建。当可旋转反射镜112在10度范围的角度内旋转并且反射装置114包括六个端面126A–F时，光图案128的垂直分量130为10度且水平分量132为60度。这样，可以说测量设备100具有10度乘60度的视场。
所发射的光被传送离开测量设备100的外壳102(例如，穿过半透明的盖体106)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体106返回。该被称为“背向散射的光”的光在图1中由多个箭头136表示(在图1中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光136在反射装置114上被与所发射的光120在被传送离开外壳102之前被反射的相同端面反射。在被反射装置114反射之后，背向散射的光136被聚焦装置116聚焦。
聚焦装置116是光学元件，其将背向散射的光136朝向检测器118聚焦。例如，聚焦装置116可以是透镜或诸如抛物面反射镜的曲面反射镜。图1将聚焦装置116示出为其焦点位于检测器118处的抛物面反射镜。图4示出了围绕全360度延伸的以抛物面反射镜形状的聚焦装置116的透视图。测量设备100中的聚焦装置116的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器118的位置、在外壳102内背向散射的光136被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备100的空间约束，等等。
在某些实施例中，聚焦装置116将背向散射的光聚焦到检测器118，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。检测器118可以被放置在聚焦装置116的焦点处。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器118生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备100并且最终到检测器118的物体的距离和/或形状。
在某些实施例中，测量设备100和下文描述的其他测量设备可以生成多个光图案。例如，测量设备100可以包括多个光源或包括分束器以从单个光源创建多个光路径。在此类实施例中，每个光束将会被引导朝向反射装置114上的分开的端面。使用六端面反射装置114作为示例，将光引导向反射装置的端面中的两个的测量设备将会具有120度水平视场或最多两个分开的60度水平视场。对于360度水平视场，测量设备可以包括每个都反射离开旋转装置114的分开的端面的六个分开的光束(经由多个光源和/或一个或多个分束器)。
图5示出了测量设备200，其包括具有基部构件204和透明盖体206的外壳202，基部构件204和透明盖体206可以被耦合在一起以围绕内部空腔208，测量设备200的各种组件被放置在内部空腔208中。出于简单起见，图5中的外壳202被示出为仅具有基部构件204和盖体206，但是外壳202可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔208并且保护测量设备200的组件的任意数量的组件。
测量设备200包括光源210、透镜212、反射装置214、聚焦装置216、以及检测器218。光源210可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源210发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源210发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源210被配置为以脉冲发射光。
由光源210发射的光被引导朝向透镜212。所发射的光和其方向在图5中由箭头220表示。透镜212可以是将所发射的光220转换为线的圆柱形透镜。在某些实施例中，透镜212被配置为创建具有诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围的位移的线。
在穿过透镜212之后，所发射的光220穿过聚焦装置216中的孔径222朝向反射装置214。图2中示出了示例反射装置并且上文相对于图1的测量设备100更详细地描述。反射装置214被耦合到使反射装置214旋转的设备(例如，图1的电动机124)。反射装置214包括多个端面/面226。每个端面226包括诸如反射镜的反射表面。
当由透镜212创建的扫描线被旋转反射装置214反射时，创建了所得的光图案。光图案具有垂直分量和水平分量，其构成测量设备200的视场。光图案的水平分量(或位移)部分由旋转反射装置214创建，并且垂直分量由透镜212创建。当透镜212创建具有10度位移的线且反射装置214包括六个端面时，光图案的垂直分量是10度且水平分量是60度。这样，可以说测量设备200具有10度乘60度的视场。
所发射的光被传送离开测量设备200的外壳202(例如，穿过半透明的盖体206)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体206返回。该被称为“背向散射的光”的光在图5中由多个箭头228表示(在图5中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光228在反射装置214上被与所发射的光220在被传送离开外壳202之前被反射的相同端面226反射。在被反射装置214反射之后，背向散射的光228被聚焦装置216聚焦。
聚焦装置216是光学元件，其将背向散射的光228朝向检测器218聚焦。图5将聚焦装置216示出为其焦点位于检测器218处的抛物面反射镜。测量设备200中的聚焦装置216的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器218的位置、在外壳202内背向散射的光228被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备200的空间约束，等等。
在某些实施例中，聚焦装置216将背向散射的光聚焦到检测器218，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。检测器218可以被放置在聚焦装置216的焦点处。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器218生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备200并且最终到检测器218的物体的距离和/或形状。
图6示出了测量设备300，其包括具有基部构件304和透明盖体306的外壳302，基部构件304和透明盖体306可以被耦合在一起以围绕内部空腔308，测量设备300的各种组件被放置在内部空腔308中。出于简单起见，图6中的外壳302被示出为仅具有基部构件304和盖体306，但是外壳302可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔308并且保护测量设备300的组件的任意数量的组件。
测量设备300包括光源310、可旋转反射镜312、第一透镜314、第二透镜316、反射装置318、聚焦装置320、以及检测器322。光源310可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源310发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源310发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源310被配置为以脉冲发射光。
所发射的光首先被引导朝向可旋转反射镜312，可旋转反射镜312将光朝向第一透镜314、第二透镜316和反射装置318反射。所发射的光和其方向在图6中由箭头324表示。可旋转反射镜312可以是基于硅树脂的MEMS反射镜。可旋转反射镜312可以围绕轴旋转使得所发射的光沿着线来回被扫描。换句话说，可旋转反射镜312可以被用来将所发射的光324沿着线转向。如图6所示，可旋转反射镜312相对于来自光源310的所发射的光324的方向成45度的标称角度的角度，使得所发射的光324以90度的标称角度被反射。在某些实施例中，可旋转反射镜312被配置为围绕轴在诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围内旋转。
在从可旋转反射镜312反射离开之后，所发射的光324的扫描线被引导到第一透镜314。第一透镜314对所发射的光进行放大，所放大的光然后被引导朝向第二透镜316。第二透镜316对所放大的光进行准直，所准直的光然后被引导朝向反射装置318。在某些实施例中，如图6所示，第二透镜316的焦点位于聚焦装置320的孔径330处或位于聚焦装置320的孔径330附近。这样的布置允许更大尺寸的可旋转反射镜312和/或减少在聚焦装置320中对于更大尺寸的孔径的需要，并且因此，增加聚焦到检测器322的光的量。
图2中示出了示例反射装置并且上文相对于图1的测量设备100更详细地描述。反射装置318被耦合到使反射装置318旋转的设备(例如，图1的电动机124)。反射装置318包括多个端面/面326。每个端面326包括诸如反射镜的反射表面。
当由可旋转反射镜312、第一透镜314和第二透镜316创建的扫描线被旋转反射装置318反射时，创建了所得的光图案。光图案具有垂直分量和水平分量，其构成测量设备300的视场。光图案的水平分量(或位移)部分由旋转反射装置318创建，并且垂直分量由可旋转反射镜312、第一透镜314和第二透镜316创建。当可旋转反射镜312在10度范围内旋转且反射装置314包括六个端面时，光图案的垂直分量是10度且水平分量是60度。这样，可以说测量设备300具有10度乘60度的视场。
所发射的光被传送离开测量设备300的外壳302(例如，穿过半透明的盖体306)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体306返回。该被称为“背向散射的光”的光在图6中由多个箭头328表示(在图6中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光328在反射装置318上被与所发射的光324在被传送离开外壳302之前被反射的相同端面326反射。在被反射装置318反射之后，背向散射的光328被聚焦装置320聚焦。
聚焦装置320是光学元件，其将背向散射的光328朝向检测器322聚焦。图6将聚焦装置320示出为其焦点位于检测器322处的抛物面反射镜。测量设备300中的聚焦装置320的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器322的位置、在外壳302内背向散射的光328被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备300的空间约束，等等。
在某些实施例中，聚焦装置320将背向散射的光聚焦到检测器322，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。检测器322可以被放置在聚焦装置320的焦点处。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器322生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备300并且最终到检测器322的物体的距离和/或形状。
图7示出了测量设备400，其包括具有基部构件404和透明盖体406的外壳402，基部构件404和透明盖体406可以被耦合在一起以围绕内部空腔408，测量设备400的各种组件被放置在内部空腔408中。出于简单起见，图7中的外壳402被示出为仅具有基部构件404和盖体406，但是外壳402可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔408并且保护测量设备400的组件的任意数量的组件。
测量设备400包括光源410、可旋转反射镜412、可旋转反射装置414、静态反射装置416、聚焦装置418、以及检测器420。光源410可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源410发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源410发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源410被配置为以脉冲发射光。
由光源410发射的光被引导朝向可旋转反射装置414。所发射的光和其方向在图7中由箭头422表示。在某些实施例中，所发射的光422首先被引导朝向可旋转反射镜412，可旋转反射镜412将光朝向可旋转反射装置414反射。可旋转反射镜412可以是基于硅树脂的MEMS反射镜。可旋转反射镜412可以围绕轴旋转使得所发射的光沿着线来回被扫描。换句话说，可旋转反射镜412可以被用于将所发射的光422沿着线转向并朝向可旋转反射装置414。如图7所示，可旋转反射镜412相对于来自光源410的所发射的光422成45度的标称角度的角度，使得所发射的光420以90度的标称角度被反射。在某些实施例中，可旋转反射镜412被配置为围绕轴在诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围内旋转。
在被可旋转反射镜412反射之后，所发射的光422穿过静态反射装置416中的孔径424朝向可旋转反射装置414。图2中示出了示例反射装置并且上文相对于图1的测量设备100更详细地描述。可旋转反射装置414被耦合到使可旋转反射装置414旋转的设备(例如，图1的电动机124)。可旋转反射装置414包括多个端面/面426。每个端面426包括诸如反射镜的反射表面。
当由可旋转反射镜412创建的扫描线被可旋转反射装置414反射时，创建了所得的光图案或光路径。光图案具有垂直分量和水平分量，其构成测量设备400的视场。光图案的水平分量(或位移)部分由可旋转反射装置414创建，并且垂直分量由可旋转反射镜412创建。当可旋转反射镜412在10度角度的范围内旋转且可旋转反射装置414包括六个端面时，光图案的垂直分量是10度且水平分量是60度。这样，可以说测量设备400具有10度乘60度的视场。
所发射的光422被传送离开测量设备400的外壳402(例如，穿过半透明的盖体406)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体406返回。该被称为“背向散射的光”的光在图7中由多个箭头428表示(在图7中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光428在可旋转反射装置414上被与所发射的光422在被传送离开外壳402之前被反射的相同端面426反射。
在被可旋转反射装置414反射之后，背向散射的光428被引导朝向静态反射装置416。在某些实施例中，静态反射装置416是将背向散射的光428朝向聚焦装置418反射的反射镜(例如，折叠反射镜)。
聚焦装置418是光学元件，其将背向散射的光428朝向检测器420聚焦。在图7中将聚焦装置418示出为其焦点位于检测器420处的透镜。测量设备400中的聚焦装置418的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器420的位置、在外壳402内背向散射的光428被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备400的空间约束，等等。
聚焦装置418将背向散射的光聚焦到检测器420，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器420生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备400并且最终到检测器420的物体的距离和/或形状。
图8示出了测量设备500，其包括具有基部构件504和透明盖体506的外壳502，基部构件504和透明盖体506可以被耦合在一起以围绕内部空腔508，测量设备200的各种组件被放置在内部空腔508中。出于简单起见，图8中的外壳502被示出为仅具有基部构件504和盖体506，但是外壳502可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔508并且保护测量设备500的组件的任意数量的组件。
测量设备500包括光源510、可旋转反射镜512、可旋转反射装置514、静态反射装置516、聚焦装置518、以及检测器520。光源510可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源510发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源510发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源510被配置为以脉冲发射光。
由光源510发射的光被引导朝向透镜512。所发射的光和其方向在图8中由箭头522表示。透镜512可以是将所发射的光522转换为线的圆柱形透镜。在某些实施例中，透镜512被配置为创建具有诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围的位移的线。
在穿过透镜512之后，所发射的光522穿过静态反射装置516中的孔径524朝向可旋转反射装置514。图2中示出了示例反射装置并且上文相对于图1的测量设备100更详细地描述。可旋转反射装置514被耦合到使可旋转反射装置514旋转的设备(例如，图1的电动机124)。可旋转反射装置514包括多个端面/面526。每个端面526包括诸如反射镜的反射表面。
当由透镜512创建的扫描线被可旋转反射装置514反射时，创建了所得的光图案。光图案具有垂直分量和水平分量，其构成测量设备500的视场。光图案的水平分量(或位移)部分由可旋转反射装置514创建，并且垂直分量由透镜512创建。当透镜512创建具有10度位移的线且可旋转反射装置514包括六个端面时，光图案的垂直分量是10度且水平分量是60度。这样，可以说测量设备500具有10度乘60度的视场。
所发射的光522被传送离开测量设备500的外壳502(例如，穿过半透明的盖体506)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体506返回。该被称为“背向散射的光”的光在图8中由多个箭头528表示(在图8中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光528在可旋转反射装置514上被与所发射的光522在被传送离开外壳502之前被反射的相同端面526反射。
在被可旋转反射装置514反射之后，背向散射的光528被引导朝向静态反射装置516。在某些实施例中，静态反射装置516是将背向散射的光528朝向聚焦装置518反射的反射镜(例如，折叠反射镜)。
聚焦装置518是光学元件，其将背向散射的光528朝向检测器520聚焦。在图8中将聚焦装置518示出为其焦点位于检测器520处的透镜。测量设备500中的聚焦装置518的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器520的位置、在外壳502内背向散射的光528被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备500的空间约束，等等。
聚焦装置518将背向散射的光聚焦到检测器520，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器520生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备500并且最终到检测器520的物体的距离和/或形状。
图9示出了测量设备600，其包括具有基部构件604和透明盖体606的外壳602，基部构件604和透明盖体606可以被耦合在一起以围绕内部空腔608，测量设备600的各种组件被放置在内部空腔608中。出于简单起见，图9中的外壳602被示出为仅具有基部构件604和盖体606，但是外壳602可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔608并且保护测量设备600的组件的任意数量的组件。
测量设备600包括光源610、可旋转反射镜612、第一透镜614、第二透镜616、可旋转反射装置618、静态反射装置620、聚焦装置622、以及检测器624。光源610可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源610发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源610发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源610被配置为以脉冲发射光。
所发射的光首先被引导朝向可旋转反射镜612，可旋转反射镜612将光朝向第一透镜614、第二透镜616和可旋转反射装置618反射。所发射的光和其方向在图9中由箭头626表示。可旋转反射镜612可以是基于硅树脂的MEMS反射镜。可旋转反射镜612可以围绕轴旋转使得所发射的光沿着线来回被扫描。换句话说，可旋转反射镜612可以被用来将所发射的光624沿着线转向。如图9所示，可旋转反射镜612相对于来自光源610的所发射的光626的方向成45度的标称角度的角度，使得所发射的光626以90度的标称角度被反射。在某些实施例中，可旋转反射镜612被配置为围绕轴在诸如1-20度、5-15度和8-12度的范围内旋转。
在从可旋转反射镜612反射离开之后，所发射的光626的扫描线被引导到第一透镜614。第一透镜614对所发射的光进行放大，所放大的光然后被引导朝向第二透镜616。第二透镜616对所放大的光进行准直，所准直的光然后被引导朝向可旋转反射装置618。在某些实施例中，如图9所示，第二透镜616的焦点位于静态反射装置620的孔径630处或位于静态反射装置620的孔径630附近。这样的布置允许更大尺寸的可旋转反射镜的使用并减少在聚焦装置320中对于更大尺寸的孔径的需要，并且因此，增加聚焦到检测器322的光的量。
图2中示出了示例反射装置并且上文相对于图1的测量设备100更详细地描述。可旋转反射装置618被耦合到使可旋转反射装置618旋转的设备(例如，图1的电动机124)。可旋转反射装置618包括多个端面/面632。每个端面632包括诸如反射镜的反射表面。
当由可旋转反射镜612、第一透镜614和第二透镜616创建的扫描线被可旋转反射装置618反射时，创建了所得的光图案。光图案具有垂直分量和水平分量，其构成测量设备600的视场。光图案的水平分量(或位移)部分由可旋转反射装置618创建，并且垂直分量由可旋转反射镜612、第一透镜614和第二透镜616创建。当可旋转反射镜612在10度范围内旋转且可旋转反射装置618包括六个端面时，光图案的垂直分量是10度且水平分量是60度。这样，可以说测量设备600具有10度乘60度的视场。
所发射的光626被传送离开测量设备600的外壳602(例如，穿过半透明的盖体606)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且穿过盖体606返回。该被称为“背向散射的光”的光在图9中由多个箭头634表示(在图9中并非所有箭头与附图标记相关联)。在某些实施例中，背向散射的光634在可旋转反射装置614上被与所发射的光626在被传送离开外壳602之前被反射的相同端面632反射。
在被可旋转反射装置614反射之后，背向散射的光634被引导朝向静态反射装置620。在某些实施例中，静态反射装置620是将背向散射的光634朝向聚焦装置622反射的反射镜(例如，折叠反射镜)。
聚焦装置622是光学元件，其将背向散射的光634朝向检测器624聚焦。在图9中将聚焦装置622示出为其焦点位于检测器624处的透镜。测量设备600中的聚焦装置622的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器624的位置、在外壳602内背向散射的光634被引导的(多个)路径的位置、以及测量设备600的空间约束，等等。
聚焦装置622将背向散射的光634聚焦到检测器624，诸如布置在一个或多个阵列中的一个或多个光电检测器/传感器。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器624生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备600并且最终到检测器624的物体的距离和/或形状。
在某些实施例中，上文描述的测量设备被结合到测量***中，使得***包括一个或多个测量设备。例如，用于汽车的测量***可以包括多个测量设备，每个测量设备被安装在汽车上的不同位置处以在汽车的特定方向上生成扫描光图案并检测背向散射的光。每个测量设备可以包括用于处理所检测的背向散射的光并生成指示所检测的背向散射的光的信号的电路，该信号可以被测量***使用以确定关于在测量设备的视场中的物体的信息。
可以结合上文描述的测量设备来执行各种方法。作为一个示例，用于使用上述测量设备生成扫描光图案的方法包括：使具有多个端面的反射装置旋转；经由光源生成脉冲光；经由光学元件沿着端面中的至少一个上的线引导脉冲光；并经由端面中的至少一个反射脉冲光以创建光图案。该方法可以进一步包括经由端面中的至少一个反射背向散射的光；以及经由聚焦装置将所反射的背向散射的光朝向检测器聚焦。本文中所描述的其他测量设备的组件可以在各种方法中被使用以生成扫描光图案并从扫描光图案检测背向散射的光。
可以对所公开的实施例作出各种修改和添加而不背离本公开的范围。例如，虽然上文所描述的实施例指代特定特征，但是本公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施例以及不包括所描述的全部特征的实施例。因此，本公开的范围旨在包括落入权利要求的范围内的全部此类替代方案、更改、和变化，以及其全部等效方案。
进一步的示例：
示例1.一种装置，包括：检测器；光源，被配置为发射光；反射装置，具有多个反射端面，所述反射装置被配置为围绕轴旋转并且被布置成反射来自所述光源的所发射的光并反射背向散射的光；以及反射镜，被布置成将来自所述反射装置的所述背向散射的光朝向所述检测器反射。
示例2.如示例1所述的装置，其中，所述反射镜是曲面反射镜或折叠反射镜。
示例3.如示例1所述的装置，进一步包括：旋转反射镜，被布置成将来自所述光源的所述所发射的光反射到所述反射装置。
示例4.如示例3所述的装置，进一步包括：第一透镜，被布置成在所述旋转反射镜和所述反射装置之间。
示例5.如示例4所述的装置，进一步包括：第二透镜，被布置成在所述第一透镜和所述反射装置之间。
示例6.如示例1所述的装置，进一步包括：圆柱形透镜，被布置成在所述光源和所述反射装置之间。
示例7.如示例1所述的装置，其中，所述反射端面各自包括单独的反射镜。
示例8.如示例1所述的装置，其中，反射装置包括3-8个反射端面。
示例9.如示例1所述的装置，其中，所述反射镜包括孔径，来自所述光源的所述所发射的光穿过所述孔径到所述反射装置。
示例10.如示例1所述的装置，其中，所述反射装置是角锥形的。
示例11.如示例1所述的装置，其中，所述检测器包括多个检测器。
示例12.如示例1所述的装置，进一步包括：聚焦装置，位于所述反射镜和所述检测器之间，并且所述聚焦装置被配置为将所述背向散射的光朝向所述检测器聚焦。
示例13.如示例12所述的装置，其中，所述聚焦装置是透镜。
示例14.如示例12所述的装置，其中，所述反射镜是折叠反射镜。
示例15.如示例1所述的装置，进一步包括：外壳，包括基部构件和透明盖体，所述基部构件和所述透明盖体至少部分地包围内部空腔，其中所述检测器、所述光源、所述反射装置和所述反射镜位于所述内部空腔内。
示例16.一种用于生成光图案的方法，所述方法包括：使具有多个端面的反射装置旋转；经由光源，生成脉冲光；经由光学元件，将所述脉冲光引导到所述端面中的至少一个端面，所述光学元件沿着线引导所述脉冲光；以及经由所述端面中的所述至少一个端面，反射所述脉冲光以创建所述光图案。
示例17.如示例16所述的方法，进一步包括：经由所述端面中的所述至少一个端面，反射背向散射的光；以及经由聚焦装置，将所反射的背向散射的光朝向检测器聚焦。
示例18.如示例16所述的方法，其中，所述光学元件是可旋转反射镜或透镜。
示例19.一种***，包括：外壳，包括基部构件和透明盖体，所述基部构件和所述透明盖体至少部分地包围内部空腔；激光器，被配置为发射脉冲光并位于所述内部空腔内；传感器，位于所述内部空腔内；可旋转角锥形反射镜，具有多个反射端面并被布置成反射所发射的脉冲光和背向散射的光；以及反射镜，被布置成将来自所述可旋转角锥形反射镜的所述背向散射的光朝向所述传感器反射。
示例20.如示例19所述的***，进一步包括：透镜，位于所述激光器与所述可旋转角锥形反射镜之间和/或所述可旋转角锥形反射镜与所述传感器之间。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
检测器；
光源，被配置为发射光；
反射装置，具有多个反射端面，所述反射装置被配置为围绕轴旋转并且被布置成反射来自所述光源的所发射的光并反射背向散射的光；以及
反射镜，被布置成将来自所述反射装置的所述背向散射的光朝向所述检测器反射。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
旋转反射镜，被布置成将来自所述光源的所述所发射的光反射到所述反射装置。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
圆柱形透镜，被布置成在所述光源和所述反射装置之间。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射镜包括孔径，来自所述光源的所述所发射的光穿过所述孔径到所述反射装置。
5.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
聚焦装置，位于所述反射镜和所述检测器之间，并且所述聚焦装置被配置为将所述背向散射的光朝向所述检测器聚焦。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
外壳，包括基部构件和透明盖体，所述基部构件和所述透明盖体至少部分地包围内部空腔，
其中所述检测器、所述光源、所述反射装置和所述反射镜位于所述内部空腔内。
7.一种用于生成光图案的方法，所述方法包括：
使具有多个端面的反射装置旋转；
经由光源，生成脉冲光；
经由光学元件，将所述脉冲光引导到所述端面中的至少一个端面，所述光学元件沿着线引导所述脉冲光；以及
经由所述端面中的所述至少一个端面，反射所述脉冲光以创建所述光图案。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
经由所述端面中的所述至少一个端面，反射背向散射的光；以及
经由聚焦装置，将所反射的背向散射的光朝向检测器聚焦。
9.一种***，包括：
外壳，包括基部构件和透明盖体，所述基部构件和所述透明盖体至少部分地包围内部空腔；
激光器，被配置为发射脉冲光并位于所述内部空腔内；
传感器，位于所述内部空腔内；
可旋转角锥形反射镜，具有多个反射端面并被布置成反射所发射的脉冲光和背向散射的光；以及
反射镜，被布置成将来自所述可旋转角锥形反射镜的所述背向散射的光朝向所述传感器反射。
10.如权利要求9所述的***，进一步包括：
透镜，位于所述激光器与所述可旋转角锥形反射镜之间和/或所述可旋转角锥形反射镜与所述传感器之间。
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