[发明专利]传感器设备

说明书

一种传感器器件(100)，包括发射器设备(106)，该发射器设备(106)布置为发射电磁辐射，并且具有与其相关联的发射区域。传感器设备(100)还包括：检测器设备(108)，该检测器设备(108)配置为接收电磁辐射，并且具有与其相关联的检测区域；以及光学系统(122)。将发射区域与检测区域以预定距离间隔开。光学系统(122)限定多个主射线，多个主射线中的数个主射线贯穿检测区域。该多个主射线中的数个主射线也贯穿发射区域。

发明领域

本发明涉及例如包括用于发射电磁辐射的发射器设备以及用于接收由目标反射的电磁辐射的一部分的检测器设备的这类的传感器设备。

背景技术

在所谓的飞行时间感测系统和其他系统(例如夜视系统)中，已知采用照明源以便对在照明源的视场内的周围环境(有时被称为“场景”)进行照明。国际专利公开第WO 2017/068199号描述了依靠将离散的激光光斑投影至感兴趣的场景上的方法。这样的照明技术需要使用大的且专用的投影光学器件，用于实现适当的光束成形，这限制了这样的系统的微型化以及因此集成到例如大批量生产的商用车辆中。并且，期望减少与实现这样的传感器系统相关联的材料的花费。此外，由于机械约束，需要将发射激光的设备与检测反射光的设备足够远地物理分离。在这个方面，发射器和检测器的中心之间的最小分离距离通常是它们的相应透镜组件的半径之和。

美国专利公开第US 2016/0025855号和美国专利第4,460,259号公开了飞行时间解决方法，其中，光发射器和检测器是分离的。US 4,460,259通过发射器和检测器两者共享相同的光学器件来减轻上述机械约束。然而，由于这样的光学器件的设计的通常的相互性质，来自反射目标的反射信号主要聚焦回到发射器上且不聚焦在检测器上。通过有意地使透镜散焦或利用透镜组件的不完美的性质，可以将一部分反射光入射到检测器上，但是入射到检测器上的反射光的数量仅是反射目标所反射的全部光中的一小部分，并且从而限制了US 4,460,259中描述的传感器的效率。而且，将高灵敏度的检测器和高功率的发射器或发射器驱动器集成在相同的半导体衬底上造成关于电、光和热噪声耦合的重大挑战，这样的噪声成分是高度不期望的。

US 2016/0025855公开了两个光束成形透镜、发射信道透镜、以及检测信道透镜，这提供了集成在集成电路(IC)封装内的充分地小的和简单的发射和检测表面(例如为10μm到1mm的数量级)，所提供的每像素的角度分辨率具有最多几度的数量级，且检测范围具有10m的数量级。然而，当检测器或者发射器包括多个元件(例如数百个元件或更多)时，则每像素的角度分辨率需要优于例如1°，或者接收孔需要足够大以便检测来自目标的在例如大于约10米的距离处的反射，并且这增加了收集和聚焦光所需的光学器件的复杂度和尺寸。因此，对于采用了如上所述的大量元件的传感器的实施方式，所描述的集成方法是不可行的。

发射器透镜与接收透镜之间的物理距离还引起视差，这限制了(尤其是在近距离处的)已知传感器的操作距离范围。为了减轻该问题，已知采用投影光学器件，旋转机械镜或微机电系统(MEMS)镜可以用于扫描跨场景的激光光斑，但是这样的系统需要非常复杂的电子器件以用于控制激光光束的角度。可替代地，无聚焦透镜的照明(所谓的“闪光”方法)是另一种已知照明技术，但是对于其他已知照明技术的相同的平均发射功率，其遭受极大地降低的SNR(少于超过10倍)。可替代的照明技术包括激光源的阵列，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列，其中每个发射器耦合至微型透镜。然而，由于每个微型透镜的有限的尺寸，这样的方法不满足依靠结构化光图案投影的飞行时间照明系统的充分光束准直要求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种传感器设备，包括：发射器设备，该发射器设备布置为发射电磁辐射并具有与其相关的发射区域；检测器设备，该检测器设备布置为接收电磁辐射并具有与其相关联的检测区域；光学系统；其特征在于：发射区域与检测区域以预定距离间隔开；光学系统限定多个主射线，多个主射线中的数个主射线贯穿检测区域；以及多个主射线中的数个主射线也贯穿发射区域。

可以在检测器设备与光学系统之间设置发射器设备。