飞行时间设备制造技术

一种飞行时间设备包括发送器和接收器。发送器包括用于提供激光脉冲的激光器和耦合到激光器的光学相控阵列，该光学相控阵列用于接收激光脉冲并提供从光学相控阵列扇出的多个光束。接收器包括用于接收来自多个光束的散射光的光接收单元以及耦合到所述光接收单元的光电探测器阵列。该光电探测器阵列包括多个光电探测器，使得光电探测器阵列中的至少一个特定光电探测器用于接收来自多个光束中的每个特定光束的散射光。

Flight time equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行时间设备
本公开涉及光学传感领域，尤其涉及飞行时间系统。
技术介绍
激光雷达(Lidar)系统通常从激光器产生脉冲，并利用反射光进行成像、探测、和测距。激光雷达系统具有许多应用，包括在自动汽车应用的传感器中的使用。有时也将Lidar拼写成LIDAR，作为LightDetectionandRanging(激光探测和测距)或LaserRadar(激光器雷达)的首字母缩写词。自动驾驶车辆需要大量传感器，基于激光雷达的传感器可以提供良好的距离、精度、和分辨率。固态激光雷达是一种新兴技术，其使用光学相控阵列作为发射器。相控阵列在雷达和微波传输的背景下是众所周知的。在光学领域，高效2D阵列的设计和制造仍然是相当大的技术挑战。例如，由于所涉及的波长(例如，0.4至1.6微米)，发射单个衍射光束的相控阵列所需的发射器间距小于能够易于设计和制造的发射器间距。一种解决方案是使用以更高衍射级操作的所谓的稀疏相控阵列(thinnedphasedarrays)。稀疏相控阵列的发射器之间的间隔较大。稀疏相控阵列的缺点是其发射多个光束，降低了中心光束的功率效率。此外，多个光束产生来自待被激光扫描仪测距的物体的多个反射，影响了接收器对物体进行精确测距的能力。因此，需要一种至少部分地解决现有技术的一个或多个局限的系统和方法。特别地，需要一种价格低廉、尺寸不过大、且能够准确地对物体进行测距的激光雷达系统。提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。无意承认也不应理解为任何前述信息构成针对本专利技术的现有技术。
技术实现思路
飞行时间(time-of-flight)激光雷达系统可用于对外部物体进行探测和测距。脉冲的发送和相应散射光的探测之间的“飞行时间”表示到光散射点的距离，而发送器光束的方向(由转向装置确定)可用于确定到光散射点的方向。本公开的方面提供了一种用于飞行时间激光雷达应用的系统和方法，其中，提供多个光电探测器以接收来自多个光束的散射光。本公开的一个方面涉及一种包括发送器和接收器的飞行时间设备。发送器包括用于提供激光脉冲的激光器和耦合到激光器的光学相控阵列，该光学相控阵列用于接收激光脉冲并提供从光学相控阵列扇出的多个光束。接收器包括用于接收来自多个光束的散射光的光接收单元以及耦合到光接收单元的光电探测器阵列。光电探测器阵列包括多个光电探测器，使得光电探测器阵列中的至少一个特定光电探测器用于接收来自多个光束中的每个特定光束的散射光。在一些实施例中，光学相控阵列用于使多个光束转向。应注意，多个光束被转向以扫描飞行时间设备的视场。在一些实施例中，多个光束被成形为从光学相控阵列延伸的扇形光束。在一些实施例中，光学相控阵列用于使该扇形光束转向。在一些实施例中，光电探测器阵列中的至少一个特定光电探测器用于在扇形光束由光学相控阵列转向时接收来自扇形光束中的每个特定光束的散射光。在一些实施例中，扇形光束是一维的，并且光电探测器阵列是一个一维的。在一些实施例中，扇形光束是二维的，并且其中，光电探测器阵列是一个二维的。在一些实施例中，光电探测器阵列具有与扇形光束对应的变化的光电探测器间距，使得光电探测器形成枕形图案。在一些实施例中，光学相控阵列用于在单个平面中改变扇形光束的指向角。在一些实施例中，光学相控阵列用于在两个相互垂直的平面中改变扇形光束的指向角。在一些实施例中，光接收单元包括透镜。在一些实施例中，光接收单元包括光学耦合到光电探测器阵列的多个透镜。在一些实施例中，光电探测器阵列具有变化的光电探测器间距以匹配扇形光束。在一些实施例中，光学相控阵列包括稀疏光学相位阵列。在一些实施例中，光学相控阵列包括集成光子芯片，该集成光子芯片包括发射器的阵列和可调谐相位元件的阵列，其中，每个可调谐相位元件耦合到发射器中的一个特定发射器。在一些实施例中，飞行时间设备包括控制器，该控制器耦合到发送器，并用于使激光器发送激光脉冲，以及使光学相控阵列将扇形光束转过预定的指向角范围。在一些实施例中，控制器用于接收来自光电探测器阵列中的各个光电探测器的信号，其中，信号对应于来自扇形光束中的每个特定光束的散射光。在一些实施例中，控制器还用于根据对应的信号确定来自光束中的每个特定光束的散射光的到达时间。本公开的另一方面涉及飞行时间测距方法。该方法包括向光学相控阵列提供激光脉冲，以提供从光学相控阵列扇出的多个光束。该方法还包括通过包括多个光电探测器的光电探测器阵列接收来自多个光束的散射光，其中，光电探测器阵列中的至少一个特定光电探测器用于接收来自多个光束中的每个特定光束的散射光。在一些实施例中，该方法还包括对于每个光电探测器，响应于光电探测器接收散射光接收探测器信号，然后将每个探测器信号的到达时间转换为距离。在一些实施例中，多个光束被成形为扇形光束。在一些实施例中，该方法还包括转向扇形光束。通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的前述和其他目的、特征、方面、以及优点将变得更易理解，附图仅作为示例进行描述。附图说明为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相似的附图标记表示相似的部分。图1是根据实施例的激光雷达系统的框图。图2示出了根据实施例的图1的系统对外部物体成像的简化视图。图3示出了根据实施例的扫描操作。图4是根据实施例的稀疏光学相位阵列和光电探测器阵列的3D示意图。图5示出了根据实施例的探测来自稀疏光学相位阵列发射的多个光束的散射光的光电探测器阵列。图6是根据另一实施例的另一激光雷达系统的框图。图7示出了根据实施例的非均匀探测器阵列的一个示例。图8示出了根据实施例的利用极坐标网格探测器阵列的另一实施例。图9示出了根据实施例的包括一维光学相控阵列和一维光电探测器阵列的设备。图10示出了根据实施例的由控制器执行的飞行时间测距方法。具体实施方式将结合示例的“飞行时间(time-of-flight)”激光雷达系统(例如用于诸如自动驾驶汽车的自动车辆应用或无人机)来讨论实施例。这种系统利用激光雷达传感器产生激光脉冲，并通过对反射脉冲进行测量和计时来感测环境。图1示出了根据实施例的飞行时间激光雷达设备。实施例提供了一种具有发送器和接收器的激光雷达扫描器。发送器包括激光器10和光学相控阵列20，该光学相控阵列20用作对外部物体(未示出)进行成像的发射器/扫描器。接收器包括光接收单元40和包括多个光电探测器51、52、53、54的光电探测器阵列50。在一些实施例中，光学相控阵列20是稀疏光学相控阵列。在稀疏光学相控阵列中，定义为相邻发射器之间的中心到中心距离的间距大于作用在该阵列上的光波长的一半，使得被阵列衍射的光基于光学相控阵列20的间距产生多个光束。因此，光学相控阵列20接收来自激光器10的激光脉冲，并提供从光学相控阵列20扇出的多个光束。在图1中，示出了四个这样的光束1、2、3、4，但是应当理解，根据光学相控阵列20的配置，可以发射多于四个光束。在一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行时间设备，包括：/n发送器，包括用于提供激光脉冲的激光器和耦合到所述激光器的光学相控阵列，所述光学相控阵列用于接收所述激光脉冲并提供从所述光学相控阵列扇出的多个光束；/n接收器，包括用于接收来自所述多个光束的散射光的光接收单元以及耦合到所述光接收单元并包括多个光电探测器的光电探测器阵列，其中，所述光电探测器阵列的至少一个特定光电探测器用于接收来自所述多个光束中的每个特定光束的散射光。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种飞行时间设备，包括：
发送器，包括用于提供激光脉冲的激光器和耦合到所述激光器的光学相控阵列，所述光学相控阵列用于接收所述激光脉冲并提供从所述光学相控阵列扇出的多个光束；
接收器，包括用于接收来自所述多个光束的散射光的光接收单元以及耦合到所述光接收单元并包括多个光电探测器的光电探测器阵列，其中，所述光电探测器阵列的至少一个特定光电探测器用于接收来自所述多个光束中的每个特定光束的散射光。


2.根据权利要求1所述的飞行时间设备，其中，所述光学相控阵列用于使所述多个光束转向。


3.根据权利要求1所述的飞行时间设备，其中，所述多个光束被成形为从所述光学相控阵列延伸的扇形光束。


4.根据权利要求3所述的飞行时间设备，其中，所述光学相控阵列用于使所述扇形光束转向。


5.根据权利要求4所述的飞行时间设备，其中，所述光电探测器阵列中的至少一个特定光电探测器用于在所述扇形光束由所述光学相控阵列转向时接收来自所述扇形光束中的每个特定光束的散射光。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的飞行时间设备，其中，所述扇形光束是一维的，并且其中，所述光电探测器阵列是一个一维的。


7.根据权利要求3至5中任一项所述的飞行时间设备，其中，所述扇形光束是二维的，并且其中，所述光电探测器阵列是一个二维的。


8.根据权利要求7所述的飞行时间设备，其中，所述光电探测器阵列具有与所述扇形光束对应的变化的光电探测器间距，使得所述光电探测器形成枕形图案。


9.根据权利要求3至8中任一项所述的飞行时间设备，其中，所述光学相控阵列用于在单个平面中改变所述光束扇形的指向角。


10.根据权利要求3至8中任一项所述的飞行时间设备，其中，所述光学相控阵列用于在两个相互垂直的平面中改变所述光束扇形的指向角。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的飞行时间设备，其中，所述光接收单元包括透镜。


12.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特瑞克·杜麦思，
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