[發(fā)明專利]傳感器設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811188636.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109655806A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·科爾斯;W·萊特恩;S·馬達(dá)萊納;R·凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 邁來(lái)芯科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/481
• 分類號(hào): G01S7/481
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;黃嵩泉

一種傳感器器件(100)，包括發(fā)射器設(shè)備(106)，該發(fā)射器設(shè)備(106)布置為發(fā)射電磁輻射，并且具有與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)射區(qū)域。傳感器設(shè)備(100)還包括：檢測(cè)器設(shè)備(108)，該檢測(cè)器設(shè)備(108)配置為接收電磁輻射，并且具有與其相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)區(qū)域；以及光學(xué)系統(tǒng)(122)。將發(fā)射區(qū)域與檢測(cè)區(qū)域以預(yù)定距離間隔開(kāi)。光學(xué)系統(tǒng)(122)限定多個(gè)主射線，多個(gè)主射線中的數(shù)個(gè)主射線貫穿檢測(cè)區(qū)域。該多個(gè)主射線中的數(shù)個(gè)主射線也貫穿發(fā)射區(qū)域。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及例如包括用于發(fā)射電磁輻射的發(fā)射器設(shè)備以及用于接收由目標(biāo)反射的電磁輻射的一部分的檢測(cè)器設(shè)備的這類的傳感器設(shè)備。

背景技術(shù)

在所謂的飛行時(shí)間感測(cè)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)(例如夜視系統(tǒng))中，已知采用照明源以便對(duì)在照明源的視場(chǎng)內(nèi)的周圍環(huán)境(有時(shí)被稱為“場(chǎng)景”)進(jìn)行照明。國(guó)際專利公開(kāi)第WO 2017/068199號(hào)描述了依靠將離散的激光光斑投影至感興趣的場(chǎng)景上的方法。這樣的照明技術(shù)需要使用大的且專用的投影光學(xué)器件，用于實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓馐尚危@限制了這樣的系統(tǒng)的微型化以及因此集成到例如大批量生產(chǎn)的商用車輛中。并且，期望減少與實(shí)現(xiàn)這樣的傳感器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的材料的花費(fèi)。此外，由于機(jī)械約束，需要將發(fā)射激光的設(shè)備與檢測(cè)反射光的設(shè)備足夠遠(yuǎn)地物理分離。在這個(gè)方面，發(fā)射器和檢測(cè)器的中心之間的最小分離距離通常是它們的相應(yīng)透鏡組件的半徑之和。

美國(guó)專利公開(kāi)第US 2016/0025855號(hào)和美國(guó)專利第4,460,259號(hào)公開(kāi)了飛行時(shí)間解決方法，其中，光發(fā)射器和檢測(cè)器是分離的。US 4,460,259通過(guò)發(fā)射器和檢測(cè)器兩者共享相同的光學(xué)器件來(lái)減輕上述機(jī)械約束。然而，由于這樣的光學(xué)器件的設(shè)計(jì)的通常的相互性質(zhì)，來(lái)自反射目標(biāo)的反射信號(hào)主要聚焦回到發(fā)射器上且不聚焦在檢測(cè)器上。通過(guò)有意地使透鏡散焦或利用透鏡組件的不完美的性質(zhì)，可以將一部分反射光入射到檢測(cè)器上，但是入射到檢測(cè)器上的反射光的數(shù)量?jī)H是反射目標(biāo)所反射的全部光中的一小部分，并且從而限制了US 4,460,259中描述的傳感器的效率。而且，將高靈敏度的檢測(cè)器和高功率的發(fā)射器或發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器集成在相同的半導(dǎo)體襯底上造成關(guān)于電、光和熱噪聲耦合的重大挑戰(zhàn)，這樣的噪聲成分是高度不期望的。

US 2016/0025855公開(kāi)了兩個(gè)光束成形透鏡、發(fā)射信道透鏡、以及檢測(cè)信道透鏡，這提供了集成在集成電路(IC)封裝內(nèi)的充分地小的和簡(jiǎn)單的發(fā)射和檢測(cè)表面(例如為10μm到1mm的數(shù)量級(jí))，所提供的每像素的角度分辨率具有最多幾度的數(shù)量級(jí)，且檢測(cè)范圍具有10m的數(shù)量級(jí)。然而，當(dāng)檢測(cè)器或者發(fā)射器包括多個(gè)元件(例如數(shù)百個(gè)元件或更多)時(shí)，則每像素的角度分辨率需要優(yōu)于例如1°，或者接收孔需要足夠大以便檢測(cè)來(lái)自目標(biāo)的在例如大于約10米的距離處的反射，并且這增加了收集和聚焦光所需的光學(xué)器件的復(fù)雜度和尺寸。因此，對(duì)于采用了如上所述的大量元件的傳感器的實(shí)施方式，所描述的集成方法是不可行的。

發(fā)射器透鏡與接收透鏡之間的物理距離還引起視差，這限制了(尤其是在近距離處的)已知傳感器的操作距離范圍。為了減輕該問(wèn)題，已知采用投影光學(xué)器件，旋轉(zhuǎn)機(jī)械鏡或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)鏡可以用于掃描跨場(chǎng)景的激光光斑，但是這樣的系統(tǒng)需要非常復(fù)雜的電子器件以用于控制激光光束的角度。可替代地，無(wú)聚焦透鏡的照明(所謂的“閃光”方法)是另一種已知照明技術(shù)，但是對(duì)于其他已知照明技術(shù)的相同的平均發(fā)射功率，其遭受極大地降低的SNR(少于超過(guò)10倍)。可替代的照明技術(shù)包括激光源的陣列，例如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列，其中每個(gè)發(fā)射器耦合至微型透鏡。然而，由于每個(gè)微型透鏡的有限的尺寸，這樣的方法不滿足依靠結(jié)構(gòu)化光圖案投影的飛行時(shí)間照明系統(tǒng)的充分光束準(zhǔn)直要求。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種傳感器設(shè)備，包括：發(fā)射器設(shè)備，該發(fā)射器設(shè)備布置為發(fā)射電磁輻射并具有與其相關(guān)的發(fā)射區(qū)域；檢測(cè)器設(shè)備，該檢測(cè)器設(shè)備布置為接收電磁輻射并具有與其相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)區(qū)域；光學(xué)系統(tǒng)；其特征在于：發(fā)射區(qū)域與檢測(cè)區(qū)域以預(yù)定距離間隔開(kāi)；光學(xué)系統(tǒng)限定多個(gè)主射線，多個(gè)主射線中的數(shù)個(gè)主射線貫穿檢測(cè)區(qū)域；以及多個(gè)主射線中的數(shù)個(gè)主射線也貫穿發(fā)射區(qū)域。

可以在檢測(cè)器設(shè)備與光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置發(fā)射器設(shè)備。