LIDAR系统和方法技术方案

公开了一种包括MEMS扫描装置的LIDAR系统。LIDAR系统包括光源，光偏转器，传感器和处理器。光偏转器使来自光源的光或从安装了LIDAR系统的车辆外部的环境接收到的光偏转。传感器检测从光源或环境接收到的光。处理器基于来自传感器的信号来确定环境中的一个或多个物体与车辆的距离。光偏转器包括一个或多个致动器，致动器包括一个或多个致动臂。连接器将致动臂连接到MEMS反射镜或其他偏转器。当受到电压或电流形式的电场时，致动臂运动。致动臂的运动引起MEMS反射镜或偏转器的运动，从而使它偏转光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LIDAR系统和方法相关申请的交叉引用本申请基于并要求以下的优先权：2017年11月28日提交的美国临时专利申请第62/591,409号；2017年12月8日提交的美国临时专利申请第62/596,261号；2018年3月22日提交的美国临时专利申请第62/646,490号；2018年10月19日提交的美国临时专利申请第62/747,761号；和2018年11月1日提交的美国临时专利申请第62/754,055号，其每个的内容均通过引用以其整体并入本文。
技术介绍

本公开总体上涉及用于扫描周围环境的测绘技术，并且更具体地，涉及使用LIDAR技术来检测周围环境中的物体的系统和方法。背景资料随着驾驶员辅助系统和自主车辆(vehicle)的出现，车辆需要配备能够可靠地感测和解释其周围环境的系统，包括识别障碍物、危险、物体和其他可能影响车辆导航的物理参数。为此，已经提出了许多不同的技术，包括单独操作或以冗余方式操作的雷达、LIDAR、基于相机的系统。关于驾驶员辅助系统和自主车辆的一个考虑因素是该系统在包括雨、雾、黑暗、亮光和雪在内的不同条件下确定周围环境的能力。光检测和测距系统(LIDARa/k/aLADAR)是可以在不同条件下良好工作的技术示例，其通过用光照射物体并使用传感器测量反射脉冲来测量与物体的距离。激光器是可以在LIDAR系统中使用的光源的一个示例。与任何感测系统一样，为了使基于LIDAR的感测系统被汽车行业完全采用，该系统应提供能够检测远处物体的可靠数据。但是，目前，LIDAR系统的最大照明功率受到使LIDAR系统人眼安全的需求(即，使得它们不会损坏人眼，当投射的光发射被眼睛的角膜和晶状体吸收时会发生损坏人眼，从而对视网膜造成热损伤)的限制。本公开的系统和方法旨在在遵守眼睛安全法规的同时改善LIDAR系统的性能。附图说明并入本公开内容并构成本公开内容的一部分的附图示出了各种公开的实施例。在附图中：图1A是示出根据公开的实施例的示例性LIDAR系统的图。图1B是示出根据公开的实施例的安装在车辆上的LIDAR系统的单个扫描周期的示例性输出的图像。图1C是示出根据公开的实施例从LIDAR系统的输出确定的点云模型的表示的另一图像。图2A-2G是示出根据本公开的一些实施例的投射单元的不同构造的图。图3A-3D是示出根据本公开的一些实施例的扫描单元的不同构造的图。图4A-4E是示出根据本公开的一些实施例的感测单元的不同构造的图。图5A包括四个示例图，示出了对于视场的单个部分在单个帧时间内的发射图案。图5B包括三个示例图，示出了对于整个视场在单个帧时间内的发射图案。图6是示出对于整个视场在单个帧时间期间投射出的实际光发射和接收到的反射的图。图7-9是示出根据本公开的一些实施例的第一示例实施方式的图图10是示出根据本公开的一些实施例的第二示例实施方式的图。图11A-11F是根据公开的实施例的示例性MEMS反射镜组件的图示。图12A-12F是根据公开的实施例的附加的示例性MEMS反射镜组件的图示。图13A是根据公开的实施例的示例性MEMS反射镜组件的另一图示。图13B是根据公开的实施例的用于将MEMS反射镜与一个或多个致动器连接的L形连接器的图示。图14是根据公开的实施例的具有S形连接器的示例性MEMS反射镜组件的图示。图15A和15B是根据公开的实施例的用于附接连接器与一个或多个致动臂的附接位置的图示。图16A是根据公开的实施例的示例性MEMS反射镜组件的另一图示。图16B和图16C是根据公开的实施例的用于附接连接器与一个或多个致动臂的附接位置的附加图示。图17A-17C是根据公开的实施例的用于各种MEMS反射镜组件的示例性致动器布置的图示。图18A、18B、19A、19B、20A、20B、21A、21B、22A、22B、23A和23B是根据公开的实施例的具有不同类型的互连件的示例性MEMS反射镜组件的图示，互连件用于将致动臂连接到框架。图24是根据公开的实施例的一维MEMS反射镜组件的图示。图25是根据公开的实施例的一维MEMS反射镜组件的另一图示。图26是根据公开的实施例的具有尺寸变化的致动器的示例性MEMS反射镜组件的图示。图27和28是根据公开的实施例的尺寸变化的示例性致动器的附加的图示。图29A和29B是根据公开的实施例的尺寸变化的示例性致动器的附加的图示。图30A和30B是根据公开的实施例的具有相对于框架的变化取向和具有变化尺寸的附加的示例性致动器的图示。图31是根据公开的实施例的具有尺寸变化的弯曲致动器的示例性MEMS反射镜组件的图示。图32A是示例性车辆系统的侧视图。图32B是示例性车辆系统的俯视图。图33示出了对于倾斜窗口在视场中光的透射水平的变化的示例。图34A-34D示出了用于装备有LIDAR系统的车辆的光偏转器的示例性实施例。图35示出了为与图34A-34D的示例性光学接口一起使用而校准的示例性LIDAR系统。图36示出了示例性的车辆系统，其包括固定到车辆的窗口的次级窗口。图37A、B和C示出了示例性的车辆系统，该车辆系统包括固定至车辆的窗口或次级窗口的光栅。图38A示出了示例性的车辆系统，其包括用于光的准直/去准直的内部和外部透镜。图38B-38G示出了用于将激光反射引导到车辆中的结构的各种构造。图39示出了车辆系统中的LIDAR系统的校准的示例性方法。图40示出了在配备有LIDAR系统的车辆的窗口上安装光学接口的示例性方法。图41A示出了根据当前公开的主题的示例的微机电(MEMS)系统。图41B和41C示出了用于位于活动区域的不同侧的不同致动组件的可选致动命令(例如，电压，偏置，电流)的两个示例。图41D示出了根据当前公开的主题的示例的将致动器表示为弹簧的概念图以及在活动区域移动期间施加于致动器的不同部分的应力的图。图42A示出了根据当前公开的主题的示例的MEMS系统。图42B示出了根据当前公开主题的示例的在一对致动器的操作期间的两种状态。图43示出了根据当前公开的主题的示例的MEMS系统。
技术实现思路
在一个方面中，一种MEMS扫描装置可以包括：可移动MEMS反射镜，其被构造为绕至少一个轴线枢转；至少一个致动器，其被配置为使可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在第一方向上枢转；至少一个弹簧，其构造成使可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在不同于第一方向的第二方向上枢转。致动器可包括：第一致动臂；第二致动臂；以及第一致动臂和第二致动臂之间的间隙。第一致动臂和第二致动臂可以彼此邻近，通过间隙至少部分地彼此分开。所述第一致动臂和所述第二致动臂可以被配置为被同时致动，从而使得能够在所述至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS扫描装置，包括：/n可移动MEMS反射镜，被配置为绕至少一个轴线枢转；/n至少一个致动器，被配置为使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在第一方向上枢转；/n至少一个弹簧，被配置成使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在不同于所述第一方向的第二方向上枢转；并且，其中所述至少一个致动器包括：/n第一致动臂；/n第二致动臂；和/n所述第一致动臂与所述第二致动臂之间的间隙；/n其中，所述第一致动臂和所述第二致动臂彼此相邻，通过所述间隙彼此至少部分地分开，并被配置为被同时致动，从而使得能够在所述可移动MEMS反射镜上施加组合机械力以使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线枢转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 US 62/591,409;20171208 US 62/596,261;20181.一种MEMS扫描装置，包括：
可移动MEMS反射镜，被配置为绕至少一个轴线枢转；
至少一个致动器，被配置为使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在第一方向上枢转；
至少一个弹簧，被配置成使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在不同于所述第一方向的第二方向上枢转；并且，其中所述至少一个致动器包括：
第一致动臂；
第二致动臂；和
所述第一致动臂与所述第二致动臂之间的间隙；
其中，所述第一致动臂和所述第二致动臂彼此相邻，通过所述间隙彼此至少部分地分开，并被配置为被同时致动，从而使得能够在所述可移动MEMS反射镜上施加组合机械力以使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线枢转。


2.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述至少一个致动器包括第一致动器和第二致动器，所述第一致动器包括所述第一致动臂和所述第二致动臂，并且所述第二致动器包括第三致动臂和第四致动臂，并且其中所述至少一个轴线包括第一轴线和第二轴线，所述第一致动臂和所述第二致动臂配置为同时作用以使所述可移动MEMS反射镜绕所述第一轴线枢转，并且所述第三致动臂和所述第四致动臂配置为同时作用以使所述可移动MEMS反射镜绕所述第二轴线枢转。


3.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂和所述第二致动臂具有不同的长度。


4.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂和所述第二致动臂具有不同的宽度。


5.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂与所述第二致动臂不同地成形。


6.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂和所述第二致动臂通过单个连接器连接至MEMS反射镜。


7.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
连接器将所述第一致动臂和所述第二致动臂中的至少一个连接至所述可移动MEMS反射镜，所述连接器为L形形状。


8.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
连接器将所述第一致动臂和所述第二致动臂中的至少一个连接至所述可移动MEMS反射镜，所述连接器为S形形状。


9.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂经由第一连接器连接至MEMS反射镜，所述第二致动臂经由第二连接器连接至MEMS反射镜。


10.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂和所述第二致动臂通过连接臂连接至彼此，并且
所述连接臂经由连接器连接到MEMS反射镜。


11.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述第一致动臂和所述第二致动臂中的每一个包括外侧和相对的内侧，所述内侧比所述外侧更靠近所述可移动MEMS反射镜，其中，第一连接器连接到所述第一致动臂的相对的内侧，第二连接器连接到所述第二致动臂的外侧。


12.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述间隙包括狭缝。


13.根据权利要求10所述的MEMS扫描装置，其中，
所述狭缝的宽度小于所述第一致动臂的平均宽度的5％。


14.根据权利要求1所述的MEMS扫描装置，其中，
所述间隙填充有固定的非反射材料。


15.一种LIDAR系统，包括：
光源，被配置为投射光以照射在所述LIDAR系统外部的环境中的物体；
扫描单元，被配置为使来自所述光源的光偏转以便扫描环境的至少一部分，所述扫描单元包括：
可移动MEMS反射镜，被配置为绕至少一个轴线枢转；
至少一个致动器，被配置为使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在第一方向上枢转；
至少一个弹簧，被配置成使所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个轴线在不同于所述第一方向的第二方向上枢转；并且，其中，所述至少一个致动器包括：
第一致动臂；
第二致动臂；和
所述第一致动臂与所述第二致动臂之间的间隙；
至少一个传感器，被配置为检测投射光的反射；和
至少一个处理器，被配置为：
向所述至少一个致动器发布指令，使所述致动器从初始位置偏转；和
基于从至少一个传感器接收到的信号来确定车辆与物体之间的距离。


16.根据权利要求15所述的LIDAR系统，其中，
所述至少一个处理器被配置成发布单个指令以致动所述第一致动臂和所述第二致动臂两者。


17.根据权利要求15所述的LIDAR系统，其中，
所述指令是第一指令，且所述至少一个处理器被配置为：
向所述第一致动臂发布所述第一指令；和
向所述第二致动臂发布第二指令。


18.根据权利要求17所述的LIDAR系统，其中，
所述至少一个处理器被配置为同时发布所述第一指令和所述第二指令。


19.根据权利要求17所述的LIDAR系统，其中，
所述至少一个处理器被配置为在所述第一指令之后发布所述第二指令。


20.一种MEMS扫描装置，包括：
框架；
可移动MEMS反射镜，被配置为绕至少一个旋转轴线旋转；
至少一个连接器，被连接到所述可移动MEMS反射镜并被配置为促进所述可移动MEMS反射镜绕所述至少一个旋转轴线的旋转；和
细长的致动器，被配置成在所述至少一个连接器上施加机械力，所述细长的致动器具有连接至所述框架的基端和连接至所述至少一个连接器的远端，其中，所述致动器的基端的宽度比所述致动器的远端更宽。


21.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
靠近所述基端的致动器的宽度比靠近所述远端的致动器的宽度大1.5至约2.5倍。


22.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
靠近所述基端的致动器的宽度比靠近所述远端的致动器的宽度大1.75至约2.25倍。


23.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
靠近所述基端的致动器的宽度比靠近所述远端的致动器的宽度大至少2倍。


24.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述细长的致动器包括具有压电元件基端和压电元件远端的压电层，当在所述压电元件基端和所述压电元件远端之间施加电压偏置时，所述压电层可操作地收缩，其中，所述压电元件基端的宽度比所述压电元件远端的宽度宽。


25.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述细长的致动器包括柔性无源层和有源层，所述有源层可操作以施加力以弯曲所述柔性无源层，所述柔性无源层具有无源层元件基端和无源层元件远端，其中所述无源层元件基端的宽度比所述无源层元件远端的宽度宽。


26.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述致动器的基端的刚性比所述致动器的远端的刚性大至少15％。


27.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述致动器的宽度在基端和远端之间渐缩。


28.根据权利要求27所述的MEMS扫描装置，其中，
渐缩部沿着所述致动器的大部分长度延伸。


29.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述致动器的第一部分是渐缩的，而所述致动器的第二部分是非渐缩的。


30.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述MEMS扫描装置包括两个致动器，并且其中，两个致动器中的每个包括从致动器的基端侧向致动器的远端侧减小的渐缩部。


31.根据权利要求20所述的MEMS扫描装置，其中，
所述致动器是弯曲的。


32.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：M沙尼，D埃洛兹，I巴基什，M吉格尔，M梅迪纳，S苏拉尼，Y阿尔珀恩，S戴维雷利，
申请(专利权)人：创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL