CN111670377A - 激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达装置，其中，分隔板(44)由阻止光的透过的材料构成，将壳体(100)的内部空间分隔成设置有投光部(10)的投光用空间和设置有受光部(30)的受光用空间。遮光板(22)由阻止光的透过的材料构成，设置于用于投光的偏转镜的部位亦即投光偏转部与用于受光的偏转镜的部位亦即受光偏转部之间，与偏转镜一体地旋转。另外，分隔板在遮光板的周缘部的至少一部分具有分隔板的板面和遮光板的板面相互非接触且重合的重叠部(60)。

Description

激光雷达装置

相关申请的交叉引用

本国际申请主张基于在2018年1月31日向日本专利局申请的日本专利2018-015602号的优先权，通过参照将日本专利申请第2018-015602号的所有内容引用到本国际申请中。

技术领域

本公开涉及具备被旋转驱动的偏转镜的激光雷达装置。

背景技术

在激光雷达装置中，作为使光偏转而实现扫描的光偏转器件之一，使用被旋转驱动的偏转镜。激光雷达也记为LIDAR，是Light Detection and Ranging的缩写。

在下述专利文献1中记载了如下技术：在使用相同的偏转镜进行投光和受光的情况下，通过在偏光镜安装遮光板，从而将设置有用于投光的投光部的投光用空间和设置有用于受光的受光部的受光用空间分离。

专利文献1：日本特表2013-546009号公报

然而，遮光板与偏光镜一起旋转，因此需要在遮光板与其周围的部件之间设置间隙。若来自投光部的光经由该间隙泄漏到受光部，则有如下这样的问题：在最近距离检测出实际上不存在的障碍物、或在实际上不存在的方向检测出障碍物。

发明内容

本公开的一个方面在于提供一种在激光雷达装置中，抑制基于投光部与受光部之间的光的泄漏而引起的检测性能的降低的技术。

本公开的一个方式的激光雷达装置具备投光部、受光部、扫描部、壳体、分隔板、遮光板。

投光部向预先设定的方向发出光。受光部接收从预先设定的方向到来的光。扫描部具有对从投光部入射的光进行反射的偏转镜。扫描部通过使偏转镜相对于预先设定的旋转轴旋转，使出射方向沿着与旋转轴的轴向正交的主扫描方向变化，该出射方向是使从投光部入射的光被偏转镜反射而射出的方向。扫描部利用偏转镜反射来自扫描范围内所存在的被检物的反射光，并向受光部引导。壳体收纳投光部、受光部、扫描部。分隔板由阻止光的透过的材料构成，将壳体的内部空间分隔成设置有投光部的投光用空间和设置有受光部的受光用空间。遮光板由阻止光的透过的材料构成，设置于用于投光的偏转镜的部位亦即投光偏转部与用于受光的偏转镜的部位亦即受光偏转部之间，与偏转镜一体地旋转。另外，分隔板在遮光板的周缘部的至少一部分具有分隔板的板面和遮光板的板面相互非接触且重合的重叠部。

根据这样的结构，通过重叠部的光在通过时反复进行反射从而衰减。因此，能够抑制经由重叠部从投光用空间泄漏到受光用空间的光的强度。其结果，能够抑制由于在最近距离检测出实际上不存在的障碍物、或在实际不存在的方向检测出障碍物而导致的检测性能的降低。

附图说明

图1是表示激光雷达装置的外观的立体图。

图2是表示收纳于激光雷达装置的壳体内的光检测模块的结构的立体图。

图3是表示第一实施方式中的分隔板相对于遮光板的位置的说明图。

图4是表示从正面观察第一实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

图5是表示从侧面观察第一实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

图6是表示从正面观察第二实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

图7是表示第二实施方式中的遮光板的结构的立体图。

图8是表示从正面观察第三实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

图9是表示从侧面观察第三实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

图10是表示从正面观察其他的实施方式的激光雷达装置的简要结构、和重叠部的作用的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图并对本公开的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

[1-1.结构]

图1所示的本实施方式的激光雷达装置1搭载于车辆来使用，用于检测车辆的周围所存在的各种物体等。激光雷达也记为LIDAR。LIDAR是Light Detection and Ranging的缩写。

如图1所示，激光雷达装置1具备壳体100和光学窗200。

壳体100是形成为一面开口的长方体状的树脂制的箱体，收纳后述的光检测模块2。

光学窗200是以覆盖壳体100的开口部的方式固定于壳体100，并使从设置于壳体100的内部的光检测模块2照射的激光透过的树脂性的盖体。

以下，将沿着壳体100的具有大致长方形的开口部的长边方向的方向设为X轴方向，将沿着开口部的短边方向的方向设为Y轴方向，将与X-Y平面正交的方向设为Z轴方向。此外，从壳体100的开口部侧观察来定义X轴方向上的左右和Y轴方向上的上下。另外，Z轴方向上的前后将壳体100的开口部侧定义为前，将进深侧定义为后。

[1-2.光检测模块]

如图2和图3所示，光检测模块2具备投光部10、扫描部20、受光部30。光检测模块2经由框架40组装于壳体100的内部。图3是表示光检测模块2中的各部的简要的结构的示意图，并不是特别正确地表示构成投光部10和受光部30的部件的配置等。

[1-2-1.扫描部]

扫描部20具备镜模块21、遮光板22、马达23。

镜模块21是在两面安装有反射光的两个偏转镜的平板状的部件。镜模块21立设于马达23上，跟随马达23的驱动进行旋转运动。

遮光板22是在镜模块21的上下方向的中心附近与镜模块21一体设置，并且设置为板面与旋转运动的旋转轴正交的圆形且板状的部件。遮光板22使用阻止光的透过的材料。

以下，将镜模块21中比遮光板22靠上侧的部位称为投光偏转部20a，将比遮光板22靠下侧的部位称为受光偏转部20b。另外，镜模块21的反射面形成为受光偏转部20b比投光偏转部20a更宽。具体而言，受光偏转部20b被设定为与遮光板22的直径相等的宽度，投光偏转部20a被设定为遮光板22的直径的一半左右的宽度。此外，也可以形成为受光偏转部20b的宽度具有遮光板22的直径以下的大小，投光偏转部20a的宽度比受光偏转部20b的宽度窄。

[1-2-2.发光部]

投光部10具备两个发光模块11、12。投光部10也可以具备投光折返镜15。

发光模块11是将光源111和发光透镜112以两者对置而配置的方式经由筒状的保持部113一体化而成的复合部件。光源111使用半导体激光器。发光透镜112是缩小从光源111发出的光束宽度的透镜。同样地，发光模块12具有光源121、发光透镜122、保持部123。发光模块12与发光模块11同样，因此省略说明。

投光折返镜15是使光的行进方向变化的镜。

发光模块11配置为从该发光模块11输出的光直接入射到投光偏转部20a。

发光模块12配置为从该发光模块12输出的光被投光折返镜15弯曲大致90°行进方向，入射到投光偏转部20a。

在这里，发光模块11配置为从X轴方向的左侧朝向右侧输出光。发光模块12配置为从Z轴方向的后侧朝向前侧输出光。另外，投光折返镜15配置为不会遮挡从发光模块11朝向投光偏转部20a的光的路径。在图3中，为了象征性地表示设置有投光部10的空间，省略发光模块12和投光折返镜15的图示，仅表示发光模块11。

[1-2-3.受光部]

受光部30具备受光元件31。受光部30也可以具备受光透镜32、受光折返镜33。

受光元件31具有将多个APD配置成一列的APD阵列。APD是雪崩光电二极管。受光透镜32是缩小从受光偏转部20b到来的光的透镜。受光折返镜33在图2中被受光透镜32隐藏而未被图示，是配置于受光透镜32的X轴方向的左侧并使光的行进方向变化的镜。受光元件31配置于受光折返镜33的下部。

受光折返镜33配置为使光的路径向下方弯曲大致90°，以使从受光偏转部20b经由受光透镜32入射的光到达受光元件31。

受光透镜32配置于受光偏转部20b与受光折返镜33之间。受光透镜32将入射到受光元件31的光束的光束直径缩小成为APD的元件宽度左右。

[1-2-4.框架]

框架40是用于通过将投光部10、扫描部20、以及受光部30所具有的各部件组装成一体，从而在确定了这些部件的配置的状态下组装于壳体100内的部件。

框架40具有框架下部41、框架侧面部42、框架背面部43、分隔部44。分隔部44相当于分隔板。框架40使用阻止光的透过的材料。

在框架下部41，从其下侧起安装有组装了受光元件31的受光基板51、和组装了扫描部20的马达基板52。因此，在框架下部41，对成为从受光折返镜33到受光元件31的光的路径的部位和扫描部20的配置有马达23的部位设置有孔。

在框架侧面部42安装有组装了发光模块11的发光基板53。

在框架背面部43安装有组装了发光模块12的发光基板54。

分隔部44设置于将配置有投光部10所属的各部件的空间和配置有受光部30所属的各部件的空间进行分隔的位置。在分隔部44组装有投光折返镜15、受光折返镜33、受光透镜32。在图3中，为了便于观察本公开的特征部分，仅示出框架40中的分隔部44。

壳体100的内部空间由框架40的分隔部44和扫描部20的遮光板22划分为位于上下方向的两个空间。在这两个空间中，将设置有投光部10的上侧的空间称为投光用空间101，将设置有受光部30的下侧的空间称为受光用空间102。

如图3所示，分隔部44具有在遮光板22的周缘部的至少一部分形成重叠部60的形状，重叠部60为分隔部44的板面和遮光板22的板面隔开间隙地对置而形成的部分。重叠部60至少设置于受光透镜32与扫描部20的旋转轴之间。此外，从遮光板22看，分隔部44配置于投光用空间101侧。

为了使分隔部44不干扰扫描部20的旋转动作，将重叠部60中的板面间的间隔W设定为最低限度应确保的宽度以上。重叠部60的宽度L被设定为以预先假定的入射角度入射到重叠部60的光在重叠部60反射一次以上的长度。假定的入射角度例如由壳体100的大小和形状中的至少一个、收纳于壳体100的部件的大小、形状、以及配置中的至少一个、以及从发光模块11输出的光的特性等决定。

[1-3.光检测模块的动作]

从发光模块11输出的光入射到投光偏转部20a。另外，从发光模块12输出的光的行进方向被投光折返镜15弯曲大致90°从而入射到投光偏转部20a。入射到投光偏转部20a的光经由光学窗200朝向与镜模块21的旋转角度对应的方向射出。经由镜模块21照射光的范围是扫描范围。例如，以沿着Z轴的前方向为0度，将沿着X轴方向扩展的±60°的范围设为扫描范围。

来自位于与镜模块21的旋转位置对应的规定方向的被检物的反射光(以下，到来光)透过光学窗200，由受光偏转部20b反射，经由受光透镜32和受光折返镜33被受光元件31接收。与镜模块21的旋转位置对应的规定方向是来自投光偏转部20a的光的出射方向。

如图3中虚线所示，从发光模块11输出并由投光偏转部20a等反射而朝向重叠部60的光通过在重叠部60反射一次以上而充分衰减，到达受光用空间102。从受光用空间102朝向投光用空间101的光也同样在重叠部60衰减。

[1-4.效果]

根据以上详细叙述的本实施方式，起到以下的效果。

(1a)在本实施方式中，在遮光板22与分隔部44的边界部分设置有重叠部60，通过重叠部60的光在通过时反复进行反射从而衰减。因此，能够对经由重叠部60从投光用空间101向受光用空间102泄漏的光、以及从受光用空间102向投光用空间101泄漏的光的强度都进行抑制。其结果，特别是，能够抑制由于从投光用空间101向受光用空间102泄漏的光的影响，在最近距离检测出实际上不存在的障碍物、或在实际上不存在的方向检测出障碍物而导致的检测性能的降低。

(1b)在本实施方式中，在比遮光板22靠投光用空间101侧设置分隔部44，因此能够有效地抑制从发光模块11、12朝向光学窗200并从光学窗200反射来的光泄漏到受光用空间102侧。即，如图4所示，从发光模块11朝向扫描部20并在扫描部20反射的光有可能直接入射到重叠部60。与此相对，如图5所示，从发光模块11朝向光学窗200并在光学窗200反射的光很少直接入射到重叠部60。也就是说，在从投光用空间101向受光用空间102的光的泄漏中，在来自光学窗200的反射光比来自扫描部20的反射光受影响大的情况下，本实施方式的结构有效。

(1c)在本实施方式中，投光偏转部20a形成为宽度比受光偏转部20b窄，使分隔部44与投光偏转部20a中的比受光偏转部20b缩进的部分重叠。因此，借助宽度较宽的受光偏转部20b，受光量增加，因此不仅能够使检测性能提高，还能够利用具有阶差的扫描部20的形状，有效利用壳体100内的空间。

[2.第二实施方式]

[2-1.与第一实施方式的不同点]

第二实施方式的基本结构与第一实施方式同样，因此以下对不同点进行说明。此外，与第一实施方式相同的附图标记表示相同的结构，参照先前的说明。

在本实施方式中，遮光板22a的形状与第一实施方式不同。

如图6和图7所示，遮光板22a具备板状部位221和圆筒状部位222。

板状部位221具有与第一实施方式中的遮光板22同样的形状。圆筒状部位222是与扫描部20的旋转轴同轴而形成并设置为从板状部位221向上方、即向投光用空间101侧突出的圆筒状的部位。圆筒状部位222具有其上表面与分隔部44的上侧的板面共面或者比其高的厚度。也就是说，圆筒状部位222形成为与分隔部44的末端部对置。

在使用了这样的遮光板22a的情况下，如图6所示，在遮光板22a与分隔部44之间形成具有L字型的间隙的重叠部60a。因此，入射到重叠部60a的光无论以何种角度入射，一定会在重叠部60a反射。并且，由于间隙弯曲，因此直到通过为止的反射次数也会增加。

[2-2.效果]

根据以上详细叙述的第二实施方式，起到上述的第一实施方式的效果(1a)～(1c)，并且，还起到以下的效果。

(2a)通过使用遮光板22a，不仅入射到重叠部60a的光减少，而且入射到重叠部60a的光的反射次数也增大，因此能够更有效地抑制经由重叠部60a的光的泄漏。

[3.第三实施方式]

[3-1.与第一实施方式的不同点]

第三实施方式的基本结构与第一实施方式同样，因此以下对不同点进行说明。此外，与第一实施方式相同的附图标记表示相同的结构，参照先前的说明。

在第三实施方式中，如图8和图9所示，与第一实施方式不同的点在于，遮光板22与分隔部44之间的上下方向的配置相反。

即，从遮光板22看，分隔部44配置于受光用空间102侧。

[3-2.效果]

根据第三实施方式，起到上述的第一实施方式的效果(1a)，并且，还起到以下的效果。

(3a)在本实施方式中，分隔部44设置于比遮光板22靠受光用空间102侧，因此能够有效地抑制从发光模块11、12朝向投光偏转部20a并从投光偏转部20a反射来的光泄漏到受光用空间102侧。即，如图8所示，从发光模块11朝向扫描部20并在扫描部20反射的光不会直接入射到重叠部60。但是，如图9所示，从发光模块11朝向光学窗200并在光学窗200反射的光有可能入射到重叠部60。也就是说，在光从投光用空间101向受光用空间102的泄漏中，在来自扫描部20的反射光比来自光学窗200的反射光受影响大的情况下，本实施方式的结构有效。

[4.其他的实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形来实施。

(4a)在上述实施方式中，遮光板22和分隔部44配置为彼此的板面的一部分重合。与此相对，如图10所示，也可以将遮光板22和分隔部44配置在同一面上，在两者相互对置的末端部分设置对置壁223、441，从而形成重叠部60b。该情况下，对置壁223、441之间的间隔W以及对置壁223、441的上下方向的宽度L以与上述实施方式中的重叠部60的间隔W以及宽度L同样的想法进行设计即可。

(4b)在上述实施方式中，在由分隔部44沿上下分隔的两个空间中，将上侧的空间设为投光用空间101，将下侧的空间设为受光用空间102，但也可以相反将上侧的空间设为受光用空间102，将下侧的空间设为投光用空间101。

(4c)也可以通过多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能，或通过多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素来实现多个构成要素所具有的多个功能，或通过一个构成要素来实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以对其他的上述实施方式的结构附加或置换上述实施方式的结构的至少一部分。

(4d)除了上述的激光雷达装置1之外，还能够以将该激光雷达装置1设为构成要素的***等各种方式实现本公开。

Claims (6)

1.一种激光雷达装置，其中，具备：

投光部(10)，构成为向预先设定的方向发出光；

受光部(30)，构成为接收从预先设定的方向到来的光；

扫描部(20)，构成为具有对从所述投光部入射的光进行反射的偏转镜，通过使所述偏转镜相对于预先设定的旋转轴旋转，从而使出射方向沿着与所述旋转轴的轴向正交的主扫描方向变化，并且利用所述偏转镜反射来自扫描范围内所存在的被检物的反射光，并向所述受光部引导，所述出射方向是使从所述投光部入射的光被所述偏转镜反射而射出的方向；

壳体(100)，将所述投光部、所述受光部、以及所述扫描部都收纳；

分隔板(44)，构成为由阻止光的透过的材料构成，将所述壳体的内部空间分隔成设置有所述投光部的投光用空间和设置有所述受光部的受光用空间；以及

遮光板(22、22a)，构成为由阻止光的透过的材料构成，设置于用于投光的所述偏转镜的部位亦即投光偏转部与用于受光的所述偏转镜的部位亦即受光偏转部之间，与所述偏转镜一体地旋转，

所述分隔板构成为在所述遮光板的周缘部的至少一部分具有所述分隔板的板面和所述遮光板的板面相互非接触且重合的重叠部(60、60a、60b)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中，

所述遮光板(22a)具有向所述分隔板所处于的一侧突出的圆筒状部位(222)，

所述分隔板构成为所述重叠部的末端与所述圆筒状部位对置。

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达装置，其中，

所述分隔板构成为相对于所述遮光板位于所述投光用空间侧。

4.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其中，

所述偏转镜形成为，沿着与所述旋转轴正交的方向的所述受光偏转部的宽度具有与所述遮光板的直径相同或为所述遮光板的直径以下的大小，所述投光偏转部的宽度比所述受光偏转部的宽度窄。

5.根据权利要求1或2所述的激光雷达装置，其中，

所述分隔板构成为相对于所述遮光板位于所述受光用空间侧。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的激光雷达装置，其中，

所述重叠部中的所述遮光板与所述分隔板的间隔以及所述重叠部的宽度以如下方式设定，基于假定向所述重叠部入射的光的入射角度，在所述重叠部进行一次以上的光的反射。

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