用人眼安全图案扫描和测距的设备及方法技术

技术编号:22334365 阅读:49 留言:0更新日期:2019-10-19 13:05
一种光学设备包括光源和转向装置,该光源用于发射由一系列脉冲束组成的光;该转向装置光学地耦合至光源并且用于根据预定扫描图案对光源发射的脉冲束进行转向,使得光源在由转向装置引导至人眼安全规程定义的孔内的第一脉冲束和由转向装置引导至同一孔内的后续的第二脉冲束之间发射至少一个中间脉冲束,每个中间脉冲束由转向装置引导至该孔外。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用人眼安全图案扫描和测距的设备及方法
本专利技术属于光学传感领域,尤其涉及用人眼安全图案扫描和测距的设备及方法。
技术介绍
光探测和测距(lightdetectionandranging,LIDAR)系统是本领域已知的,并且已被认为是用于诸如机器人学、自动驾驶车辆、以及所谓的无人驾驶车或自驾车的各种应用的机器视觉系统的有用技术。一般而言,LIDAR系统包括用于向LIDAR的定义视场发射光脉冲的发射机,以及用于探测从定义视场内的物体反射的光的接收机。然后,处理器可以分析由接收机探测到的反射光,以推断这些物体的存在和位置。在一些情况下,脉冲(或“脉冲束(shot)”)可以由多个子脉冲组成。该发射机用于在可以被转向以使整个视场在预定扫描周期内都能被扫描到的窄光束中发射光脉冲(或光“脉冲束”)。当脉冲(或脉冲束)照亮LIDAR系统的视场内的物体时,一些光被散射回LIDAR系统,并且可以由接收机探测到。脉冲的发射和相应散射光的探测之间的“飞行时间(timeofflight)”表示到光散射点的距离,而发射光束的方向(由转向装置确定)可以用于确定到光散射点的方向。可以处理与每个脉冲束相关的距离和方向信息,以导出表示已经探测到散射光的位置的“点云”。可以进一步处理该点云,以推断视场内的物体的大小、位置、和可能的其他特征。期望最大化发射机发射的光脉冲的功率。然而,美国国家标准学会(Americannationalstandardsinstitute,ANSI)标准Z136.1-2014中和国际电工委员会(internationalelectrotechnicalcommission,IEC)标准60825-1中定义的人眼安全规程(eyesafetyregulation)将入射到定义孔的最大允许光功率限制为5us间隔内约200nJ。提供此背景信息以揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。任何前述信息不必被承认或不应解释为构成对抗本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供用于增加由发射机发射的光的光功率的方法和装置,同时符合适合的人眼安全规程。因此,本专利技术的一个方面提供了一种光学设备,包括:用于发射由一系列脉冲束(shot)组成的光的光源;以及光学地耦合至光源的转向装置,该转向装置用于根据预定扫描图案对光源发射的脉冲束进行转向,使得光源在由转向装置引导至人眼安全规程定义的孔内的第一脉冲束和由转向装置引导至同一孔内的后续的第二脉冲束之间发射至少一个中间脉冲束,每个中间脉冲束由转向装置引导至该孔外。本专利技术的另一方面提供了一种控制光学设备的方法,该光学设备包括用于发射包括一系列脉冲束的光的光源,以及光学地耦合至光源的转向装置。该方法包括控制转向装置根据预定扫描图案对光源发射的脉冲束进行转向,使得光源在由转向装置引导至人眼安全规程定义的孔内的第一脉冲束和由转向装置引导至同一孔内的后续的第二脉冲束之间发射至少一个中间脉冲束,每个中间脉冲束由转向装置引导至该孔外。附图说明通过以下结合附图的详细描述,本专利技术的其他特征和优点变得显而易见,在附图中:图1A至图1D示意性示出了光探测和测距(LIDAR)系统的元件和操作。图1A示意性示出了光探测和测距(LIDAR)系统的元件;图1B示出了由图1A的光源发射的光的示例波形;图1C示意性示出了光波导可调谐相控阵转向装置的示例;图1D示意性示出了具有可调谐激光器的光波导可调谐阵转向装置的示例;图2示出了根据本专利技术示例实施例的线性扫描图案;图3示出了根据本专利技术示例实施例的第二线性扫描图案;图4示出了根据本专利技术示例实施例的二维扫描图案;图5示意性示出了第二示例光探测和测距(LIDAR)系统的元件和操作;图6示出了根据本专利技术示例实施例的第二二维扫描图案;图7示意性示出了第三示例光探测和测距(LIDAR)系统的元件和操作;图8示出了根据本专利技术示例实施例的第五扫描图案。应注意,在所有附图中,相同的特征由相同的附图标记标识。具体实施方式图1A示意性示出了光探测和测距(lightdetectionandranging,LIDAR)系统100的元件。在图1A的示例中,LIDAR系统100包括用于发射光104的发射机102和用于探测反射光108的接收机106。提供一个或多个窗110以允许从发射机102发射的光104离开LIDAR系统100,并且允许反射光108进入LIDAR系统并照在接收机106上。在图1A的示例中,发射机102包括光源112、转向装置114、以及用于控制光源112和转向装置114的控制器116。光源112优选地提供为用于以预定波长和光功率电平发射光104的激光器。光源112可以例如是用于发射波长为600-1000nm的光的红外(infra-red,IR)激光发射器。如图1B中可见,光104可以作为一系列“脉冲束(shot)”116发射。每个脉冲束可以包括多个光脉冲118。可以选择每个脉冲束116中的脉冲118的数量以及每个脉冲118的功率电平和持续时间(w),以使接收机106能可靠地探测反射光108。在一些实施例中,每个脉冲束116可以包括10个脉冲118,而其他实施例可以在每个脉冲束116中使用多达20个或20个以上的脉冲118。可用于LIDAR系统的一种低成本激光器可以以0.2瓦的峰值功率电平发射持续时间(w)为5ns、脉冲能量为1nJ的激光脉冲。发射脉冲束的频率(1/T)可以在40kHz和500kHz之间变化,这主要取决于转向装置114的限制。可以理解,为了增加LIDAR视场内的物体可以被探测到的测距,需要增加每个脉冲118的能量。然而,因为波长在600nm-1000nm范围内的光可以被眼睛聚焦和吸收,所以这种激光的最大输出受限于例如美国国家标准学会(Americannationalstandardsinstitute,ANSI)标准Z136.1-2014和国际电工委员会(internationalelectrotechnicalcommission,IEC)标准60825-1定义的那些人眼安全规程(eyesafetyregulation)。尽管用略微不同的语言表达,但是这两个标准具有相似的技术规则。在本公开中,本专利技术的实施例将参照ANSIZ136.1-2014的术语来描述,但应理解,本专利技术也适用于IEC60825-1以及这两种标准的继承物和对应物。例如,ANSIZ136.1-2014定义了最大允许曝光量(maximumpermissibleexposure,MPE)和可达发射极限(accessibleemissionlimit,AEL)。MPE是人在受到直接或长期伤害之前可以暴露到的最大光辐射水平。这种最大允许曝光量是从角膜和皮肤上可以允许的能量密度范围或每单位表面功率(强度)范围建立的。MPE是作为辐射波长、脉冲持续时间、暴露的组织(皮肤或眼睛)的暴露持续时间、以及视网膜上的影像的大小的函数计算的。MPE根据受伤风险定义了最大脉冲能量,而AEL是从由激光器发射并且可由距窗110指定距离的用户(由定义的孔120表示(图1A))接近的辐射波长、功率、以及能量导出的。这些定义因为表示人眼或诸如望远镜的观察仪器到窗的现实最接近点,因此被人眼安全规程使用。例如,使用ANSIZ1本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光学设备,包括:光源,用于发射由一系列脉冲束组成的光;以及转向装置,光学地耦合至所述光源,并且用于根据预定扫描图案对所述光源发射的所述脉冲束进行转向,使得所述光源在由所述转向装置引导至人眼安全规程定义的孔内的第一脉冲束和由所述转向装置引导至同一孔内的后续的第二脉冲束之间发射至少一个中间脉冲束,每个中间脉冲束由所述转向装置引导至所述孔外。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学设备,包括:光源,用于发射由一系列脉冲束组成的光;以及转向装置,光学地耦合至所述光源,并且用于根据预定扫描图案对所述光源发射的所述脉冲束进行转向,使得所述光源在由所述转向装置引导至人眼安全规程定义的孔内的第一脉冲束和由所述转向装置引导至同一孔内的后续的第二脉冲束之间发射至少一个中间脉冲束,每个中间脉冲束由所述转向装置引导至所述孔外。2.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述第一脉冲束和所述第二脉冲束在其间形成非零角。3.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述预定扫描图案是二维的。4.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述人眼安全规程包括美国国家标准学会标准Z136.1-2014、国际电工委员会标准60825-1、及其继承物中的任何一个或多个。5.根据权利要求1所述的光学设备,其中,每个脉冲束的能量基于可达发射极限确定,所述可达发射极限由所述人眼安全规程定义为预定时间间隔内入射在所述孔上的定量的能量,并且其中,所述每个脉冲束的能量为:其中,Es是所述每个脉冲束的能量,AEL是所述预定时间间隔内入射在所述孔上的所述定量的能量,t是所述预定时间间隔的持续时间,N是所述中间脉冲束的数量,T是脉冲束周期。6.根据权利要求5所述的光学设备,其中,每个脉冲束包括多个脉冲。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备,其中,所述光由所述光学设备在单个光束中发射,并且其中,所述转向装置还用于根据所述预定扫描图案对所述单个光束的所述脉冲束进行转向,使得任何两个连续脉冲束之间的间距等于或大于对应于所述孔的参考尺寸。8.根据权利要求1至6中任一项所述的光学设备,其中,所述光由所述光学设备在两个或两个以上的光束中发射,并且其中,所述转向装置还用于根据所述预定扫描图案对所述两个或两个以上的光束的脉冲束进行转向,使得所述光束中的任何两个光束的脉冲束之间的间距至少等于对应于所述孔的参考尺寸,并且对于所有的所述光束,任何两个连续脉冲束之间的间距至少等于所述参考尺寸。9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学设备,还包括控制器,所述控制器可操作地连接至所述转向装置,并且用于使得所述转向装置根据所述预定扫描图案对所述光源发射的所述脉冲束进行转向。10.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述转向装置包括:分光器,用于将来自所述光源的光提供给多条光路;光学地耦合至每条光路的相位延迟元件;以及光学地耦合至每个相位延迟元件的发射器。11.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述转向装置包括衍射光栅。12.根据权利要求10或11所述的光学设备,其中,所述光源包括可调谐激光器。13.根据权利要求10所述的光学设备,其中,每个相位延迟元件都可调谐。14.根据权利要求1所述的光学设备,其中,所述转向装置包括空间光调制器。15.根据权利要求8所述的光学设备,其中,所述两个或两个以上的光束包括第一光束和第二光束,并且其中,所述转向装置用于...

【专利技术属性】
技术研发人员:多米尼克·约翰·古德威尔
申请(专利权)人:华为技术有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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