用于LIDAR系统的二维操纵系统技术方案

光检测和测距（LiDAR）系统包括可旋转多面棱体，可旋转多面棱体具有包括第一反射面的多个反射面。可旋转多面棱体被配置成在第一方向上扫描一个或多个第一光信号。LiDAR系统还包括扫描光学器件，扫描光学器件被配置成在与第一方向不同的第二方向上扫描所述一个或多个第一光信号。第一光源被配置成将所述一个或多个第一光信号引导至扫描光学器件或者可旋转多面棱体的所述多个反射面中的一个或多个。第一检测器被配置成检测与所述一个或多个第一光信号中的信号相关联的第一返回光信号。一个或多个光学器件被配置成将所述第一返回光信号聚焦在第一检测器上。号聚焦在第一检测器上。号聚焦在第一检测器上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LIDAR系统的二维操纵系统
[0001]对相关申请的交叉引用本申请要求于2018年2月23日提交的题为“2-Dimensional Steering System for LiDAR Systems”的序列号为62/634,661的美国临时专利申请的优先权，其内容出于所有目的通过引用并入本文中。


[0002]本公开总体上涉及激光扫描，并且更特别地涉及将旋转多面棱体（polygon）与一个或多个光源和检测器一起使用。

技术介绍

[0003]光检测和测距（LiDAR）系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云。一些典型的LiDAR系统包括光源、脉冲操纵（steer）系统和光检测器。光源生成光脉冲，该光脉冲在从LiDAR系统传输时由脉冲操纵系统在特定方向上引导。当所传输的光脉冲被对象散射时，散射光中的一些会作为返回脉冲而返回到LiDAR系统。光检测器检测该返回脉冲。使用在传输了光脉冲之后检测到该返回脉冲所花费的时间、以及光速，LiDAR系统可以沿着所传输的光脉冲的路径来确定距该对象的距离。脉冲操纵系统可以沿着不同的路径来引导光脉冲，以允许LiDAR系统扫描周围环境并且产生图像或点云。LiDAR系统还可以使用飞行时间（time-of-flight）和扫描以外的技术来测量周围环境。

技术实现思路

[0004]在LiDAR系统的一个示例实施例中，可旋转多面棱体具有包括第一反射面的多个反射面。可旋转多面棱体在第一方向上扫描一个或多个第一光信号。扫描光学器件在与第一方向不同的第二方向上扫描一个或多个第一光信号。第一光源将一个或多个第一光信号引导至扫描光学器件或者可旋转多面棱体的多个反射面中的一个或多个。第一检测器检测与一个或多个第一光信号中的信号相关联的第一返回光信号。一个或多个光学器件将第一返回光信号聚焦在第一检测器上。
附图说明
[0005]通过参考下面结合附图进行描述的各图，可以最好地理解本申请，在附图中，相同的部件可以用相同的标号来指代。
[0006]图1-3图示了使用脉冲信号来测量距外部环境中的点的距离的示例性LiDAR系统。
[0007]图4描绘了示例性LiDAR系统的逻辑框图。
[0008]图5描绘了示例性LiDAR系统的光源。
[0009]图6描绘了示例性LiDAR系统的光检测器。
[0010]图7描绘了使用单个光源和检测器的信号操纵系统的实施例。
[0011]图8描绘了使用两个光源和两个检测器的信号操纵系统的实施例。
[0012]图9描绘了由来自图8的实施例生成的扫描图案的一部分。
[0013]图10描绘了用于实现使用分散（dispersion）光学器件以在一方向上扫描脉冲的信号操纵系统的另一实施例的组件。
[0014]图11描绘了使用三个光源和三个检测器的信号操纵系统的另一实施例。
具体实施方式
[0015]在示例的以下描述中，参考了形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以被实践的具体示例。应当理解的是，可以使用其他示例，并且可以在不脱离所公开示例的范围的情况下做出结构改变。
[0016]一些光检测和测距（LiDAR）系统使用单个光源来产生扫描周围环境的单个波长的一个或多个光信号。使用操纵系统来扫描信号，该操纵系统在一个或两个维度上引导脉冲以覆盖周围环境的区域（扫描区域）。当这些系统使用机械手段来引导脉冲时，系统复杂性增加，这是因为需要更多的移动部件。附加地，在任何一个时刻处仅能够发射单个信号，这是因为两个或更多个相同的信号将会在返回信号中引入模糊性（ambiguity）。在本技术的一些实施例中，克服了这些缺点和/或其他缺点。
[0017]例如，本技术的一些实施例使用一个或多个光源，它们产生具有不同波长和/或沿着不同光路径的光信号。这些光源以不同角度将信号提供给信号操纵系统，以使得光信号的扫描区域是不同的（例如，如果使用两个光源来创建两个光信号，则与每个光源相关联的扫描区域是不同的）。这允许将信号调整到适当的传输功率，并且允许具有覆盖不同距离的扫描的重叠扫描区域的可能性。（例如，在使用脉冲光信号时）可以利用具有较高功率和/或较低重复率的信号来扫描较长的距离。（例如，在使用脉冲光信号时）可以利用具有较低功率和/或高重复率的信号来扫描较短的距离，以增加点密度。
[0018]作为另一示例，本技术的一些实施例使用具有一个或多个分散元件（例如，光栅、光学梳、棱镜等）的信号操纵系统，以基于脉冲的波长来引导脉冲信号。分散元件可以对脉冲的光路径进行精细调整，这对于机械系统可能是困难的或不可能的。附加地，使用一个或多个分散元件允许信号操纵系统使用很少的机械组件来实现期望的扫描能力。这导致了更简单、更有效（例如，更低功率）的设计，该设计潜在地更可靠（由于很少的移动组件）。
[0019]一些LiDAR系统使用光信号（例如，光脉冲）的飞行时间来确定距该光的路径中的对象的距离。例如，关于图1，示例性LiDAR系统100包括激光源（例如，光纤激光器）、操纵系统（例如，一个或多个移动镜的系统）和光检测器（例如，具有一个或多个光学器件的光子检测器）。LiDAR系统100沿着路径104传输光脉冲102，该路径104如由LiDAR系统100的操纵系统来确定。在所描绘的示例中，由激光源生成的光脉冲102是激光的短脉冲。此外，LiDAR系统100的信号操纵系统是脉冲信号操纵系统。然而，应当领会到的是，LiDAR系统可以通过生成、传输和检测未被脉冲化的光信号来进行操作，和/使用除飞行时间以外的技术来推导出距周围环境中的对象的范围。例如，一些LiDAR系统使用调频连续波（即“FMCW”）。应当进一步领会的是，本文中关于使用脉冲的基于飞行时间的系统而描述的任何技术也可以适用于不使用这些技术中的一个或两者的LiDAR系统。
[0020]参考回到图1（使用光脉冲的飞行时间LiDAR系统），当光脉冲102到达对象106时，光脉冲102进行散射，并且返回的光脉冲108将沿着路径110被反射回到系统100。可以测量
从所传输的光脉冲102离开LiDAR系统100时至返回的光脉冲108到达回到LiDAR系统100时的时间（例如，由LiDAR系统内的处理器或其他电子器件来测量）。与光速的知识结合的该飞行时间可以用于确定从LiDAR系统100到对象106上的点的范围/距离，在该点上，光脉冲102被散射。
[0021]如图2中所描绘，通过引导许多光脉冲，LiDAR系统100扫描外部环境（例如，通过分别沿着路径104、204、208、212来引导光脉冲102、202、206、210）。如图3中所描绘，在对象106和214散射了所传输的光脉冲并且分别沿着路径110、304、308将脉冲反射回来之后，LiDAR系统100接收到返回的光脉冲108、302、306（它们分别对应于所传输的光脉冲102、202、210）。基于所传输的光脉冲的方向（如由LiDAR系统100确定的）以及从LiDAR系统100到对象上的散射了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光检测和测距（LiDAR）系统，包括：可旋转多面棱体，其具有包括第一反射面的多个反射面，可旋转多面棱体被配置成在第一方向上扫描一个或多个第一光信号；扫描光学器件，其被配置成在与第一方向不同的第二方向上扫描所述一个或多个第一光信号；第一光源，其被配置成将所述一个或多个第一光信号引导至扫描光学器件以及可旋转多面棱体的所述多个反射面中的一个或多个；第一检测器，其被配置成检测与所述一个或多个第一光信号中的信号相关联的第一返回光信号；以及一个或多个光学器件，其被配置成将所述第一返回光信号聚焦在第一检测器上。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：第二光源，其被配置成将与所述一个或多个第一光信号不同的一个或多个第二光信号引导至扫描光学器件以及可旋转多面棱体的所述多个反射面中的一个或多个；以及第二检测器，其被配置成检测与所述一个或多个第二光信号中的信号相关联的第二返回光信号。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个光学器件进一步被配置成将所述第二返回光信号聚焦在第二检测器上。4.根据权利要求2所述的系统，其中第一检测器与第二检测器的相对位置或相对角度基于第一光源与第二光源的相对位置或相对角度。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中可旋转多面棱体和扫描光学器件一起将所述一个或多个第一光信号扫描到第一扫描区域中，并且将所述一个或多个第二光信号扫描到与第一扫描区域不同的第二扫描区域中。6.根据权利要求5所述的系统，其中第一扫描区域和第二扫描区域部分重叠。7.根据权利要求6所述的系统，其中第一扫描区域和第二扫描区域垂直地重叠。8.根据权利要求5所述的系统，其中第一扫描区域和第二扫描区域不重叠。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中可旋转多面棱体和扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，孙慧涛，杨正，李义民，鲍君威，
申请(专利权)人：图达通爱尔兰有限公司，
类型：发明
国别省市：