包括收发器阵列的激光雷达系统技术方案

一种激光雷达系统，包括第一透镜、第二透镜、位于第一透镜的焦平面处的第一组光源和第一组检测器、和位于第二透镜的焦平面处的第二组光源和第二组检测器。第二组检测器中的每个检测器位于第二透镜的焦平面上的、与第一组光源的对应光源的位置光学共轭的相应检测器位置处，第一组检测器中的每个检测器位于第一透镜的焦平面上的、与第二组光源的对应光源的位置光学共轭的相应检测器位置处。置光学共轭的相应检测器位置处。置光学共轭的相应检测器位置处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括收发器阵列的激光雷达系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2019年1月29日提交的美国临时申请号为62/798,407的名为“包括收发器阵列的激光雷达系统(LIDAR SYSTEM INCLUDING A TRANSCEIVER ARRAY)”以及于2020年1月28日提交的美国非临时申请号为16/775,166的名为“包括收发器阵列的激光雷达系统(LIDAR SYSTEM INCLUDING A TRANSCEIVER ARRAY)”的PCT申请，并且根据35U.S.C.119(e)要求这两件美国申请的权益和优先权，这两件美国申请的全部内容通过引用并入本文，以用于所有目的。

技术介绍

[0003]三维传感器可以应用到自动驾驶车辆、无人机、机器人、安保应用等领域中。激光雷达(LiDAR)传感器可以获得适合于这些应用的高角度分辨率。激光雷达传感器可以包括用于发射激光束的激光源和用于检测反射激光束的检测器。需要这样的改进的激光雷达传感器，其可以以相对高的激光功率操作但仍然可以满足眼睛安全要求。还需要这样的激光雷达部件的改进配置，其将有助于更容易进行光学对准并提供其它优点。

技术实现思路

[0004]根据一些实施例，一种激光雷达系统，包括：具有第一光轴的第一透镜；大致位于所述第一透镜的焦平面处的第一组光源和第一组检测器；具有与所述第一光轴大致平行的第二光轴的第二透镜；和大致位于所述第二透镜的焦平面处的第二组光源和第二组检测器。所述第二组检测器中的每个相应检测器位于所述第二透镜的所述焦平面上的、与所述第一透镜的所述焦平面上的所述第一组光源的对应光源的相应位置光学共轭的相应检测器位置处，使得所述第二组检测器的所述相应检测器检测由所述第一组光源的所述对应光源发射的并且从所述第一透镜和所述第二透镜前方的一个或多个对象反射的光束；以及所述第一组检测器中的每个相应检测器位于所述第一透镜的所述焦平面上的、与所述第二透镜的所述焦平面上的所述第二组光源的对应光源的相应位置光学共轭的相应检测器位置处，使得所述第一组检测器的所述相应检测器检测由所述第二组光源的所述对应光源发射的并且从所述一个或多个对象反射的光束。
[0005]根据一些实施例，提供了一种操作激光雷达系统的方法。该激光雷达系统包括第一透镜、第二透镜、第一组光源、第二组光源、第一组检测器和第二组检测器。该方法包括：在第一时刻，利用所述第一组光源发射第一组光脉冲；利用所述第一透镜向一个或多个对象投射所述第一组光脉冲，所述第一组光脉冲由所述一个或多个对象反射；利用所述第二透镜将由所述一个或多个对象反射的所述第一组光脉冲聚焦到所述第二组检测器上；利用所述第二组检测器检测由所述第二透镜聚焦的所述第一组光脉冲；在所述第一时刻之后的第二时刻，利用所述第二组光源发射第二组光脉冲；利用所述第二透镜向所述一个或多个对象投射所述第二组光脉冲，所述第二组光脉冲由所述一个或多个对象反射；利用所述第一透镜将由所述一个或多个对象反射的所述第二组光脉冲聚焦到所述第一组检测器上；以
及利用所述第一组检测器检测由所述第一透镜聚焦的所述第二组光脉冲。
[0006]根据一些实施例，提供了一种对准激光雷达系统的方法。该激光雷达系统包括第一透镜、第二透镜、第一组光源、第二组光源、第一组检测器和第二组检测器。所述方法包括：将所述第一组光源和所述第一组检测器布置为大致位于所述第一透镜的焦平面处的第一收发器阵列；将所述第二组光源和所述第二组检测器布置为大致位于所述第二透镜的焦平面处的第二收发器阵列；利用所述第一组光源发射第一组光束；利用所述第一透镜向屏幕投射所述第一组光束，从而在所述屏幕上形成第一组光斑；利用所述第二组光源发射第二组光束；利用所述第二透镜向所述屏幕投射所述第二组光束，从而在所述屏幕上形成第二组光斑；调整所述第一透镜相对于所述第一收发器阵列的位置以及调整所述第二透镜相对于所述第二收发器阵列的位置，直到所述第一组光斑和所述第二组光斑在所述屏幕上形成预定图案，使得所述第一组检测器中的每个相应检测器与所述第二组光源中的对应光源光学共轭，并且使得所述第二组检测器中的每个相应检测器与所述第一组光源中的对应光源光学共轭。
附图说明
[0007]图1示意性地例示了根据一些实施例的用于三维成像的激光雷达传感器。
[0008]图2示意性地例示了根据一些实施例的示例性激光雷达系统。
[0009]图3示意性地例示了根据一些实施例的扫描激光雷达系统。
[0010]图4示意性地示出了图3所例示的激光雷达系统中的光束的示例性光学路径。
[0011]图5示意性地例示了根据一些实施例的扫描激光雷达系统。
[0012]图6示意性地示出了根据一些实施例的光源和检测器的配置。
[0013]图7示出了根据一些实施例的激光雷达系统中的两个收发器阵列的示例性布置。
[0014]图8例示了根据一些实施例的扫描激光雷达系统的示意性截面图。
[0015]图9是根据一些实施例的例示了操作激光雷达系统的方法的简化流程图。
[0016]图10是根据一些实施例的例示了对准激光雷达系统的方法的简化流程图。
具体实施方式
[0017]一些激光雷达系统包括用于将由激光源发射的出射激光束进行准直或投射的第一透镜以及用于将返回激光束聚焦到光检测器上的第二透镜。该激光雷达系统可以包括位于第一透镜后方的激光源阵列和位于第二透镜后方的相应的光检测器阵列。在这种配置中，由于激光源集中在单个透镜后方，所以激光源的操作功率将受到眼睛安全要求的限制。此外，激光源和检测器的组装密度将受到激光源与检测器之间的较大装置(包括相关联的电路)尺寸的限制。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，激光雷达系统可以包括两个透镜和两个收发器阵列，每个收发器阵列位于每个相应透镜后方。每个收发器阵列包括一个或多个激光源和一个或多个光检测器。因此，每个透镜既用作用于将由一个或多个激光源发射的光束进行投射的发射透镜，又用作用于将返回光束聚焦到一个或多个光检测器上的接收透镜。
[0019]图1示出了根据本专利技术的一些实施例的用于三维成像的激光雷达传感器100的示意图。激光雷达传感器100包括发射透镜130和接收透镜140。激光雷达传感器100包括激光
源110a，该激光源110a基本上设置在发射透镜130的后焦平面上。激光源110a可操作成从发射透镜130的后焦平面中的相应发射位置发射激光脉冲120。发射透镜130被配置成将激光脉冲120准直并将其导向到设置在激光雷达传感器100前方的对象150。对于给定的激光源110a的发射位置，准直的激光脉冲120
’
以对应的角度被导向对象150。
[0020]准直的激光脉冲120
’
的一部分122从对象150朝向接收透镜140反射。接收透镜140被配置成将从对象150反射的激光脉冲的一部分122
’
聚焦到接收透镜140的焦平面中的对应的检测位置上。激光雷达传感器100还包括检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光雷达系统，包括：具有第一光轴的第一透镜；大致位于所述第一透镜的焦平面处的第一组光源和第一组检测器；具有与所述第一光轴大致平行的第二光轴的第二透镜；和大致位于所述第二透镜的焦平面处的第二组光源和第二组检测器；其中：所述第二组检测器中的每个相应检测器位于所述第二透镜的所述焦平面上的、与所述第一透镜的所述焦平面上的所述第一组光源的对应光源的相应位置光学共轭的相应检测器位置处，使得所述第二组检测器的所述相应检测器检测由所述第一组光源的所述对应光源发射的并且从所述第一透镜和所述第二透镜前方的一个或多个对象反射的光束；以及所述第一组检测器中的每个相应检测器位于所述第一透镜的所述焦平面上的、与所述第二透镜的所述焦平面上的所述第二组光源的对应光源的相应位置光学共轭的相应检测器位置处，使得所述第一组检测器的所述相应检测器检测由所述第二组光源的所述对应光源发射的并且从所述一个或多个对象反射的光束。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括平台，其中，所述第一组光源、所述第一组检测器、所述第二组光源和所述第二组检测器安装在所述平台上。3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，还包括：基座；第一组挠曲件，其将所述平台柔性地附接至所述基座；驱动机构，其被配置成凭借所述第一组挠曲件在与所述第一透镜的所述第一光轴大致垂直的第一平面中扫描所述平台，从而相对于所述第一透镜扫描所述第一组光源和所述第一组检测器，并且相对于所述第二透镜扫描所述第二组光源和所述第二组检测器。4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，所述第一组挠曲件在一个维度或两个维度上是柔性的。5.根据权利要求3所述的激光雷达系统，还包括：透镜支架，其中，所述第一透镜和所述第二透镜安装在所述透镜支架上；和第二组挠曲件，其将所述透镜柔性地附接至所述基座；其中，所述驱动机构还被配置成凭借所述第二组挠曲件在与所述第一透镜的所述第一光轴大致垂直的第二平面中扫描所述透镜支架，从而横向地相对于所述平台扫描所述第一透镜和所述第二透镜。6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其中，所述透镜支架是以第一维度扫描的，并且所述平台是以与所述第一维度正交的第二维度扫描的。7.根据权利要求5所述的激光雷达系统，还包括：控制器，其被配置成使所述驱动机构扫描所述透镜支架和所述平台，使得所述透镜支架和所述平台在任意时刻相对于彼此沿相对方向移动。8.根据权利要求2所述的激光雷达系统，还包括：基座，其中，所述平台附接至所述基座；透镜支架，其中，所述第一透镜和所述第二透镜安装在所述透镜支架上；一组挠曲件，其将所述透镜支架柔性地附接至所述基座；
驱动机构，其被配置成凭借所述一组挠曲件在与所述第一透镜的所述第一光轴大致垂直的的平面中扫描所述透镜支架，从而相对于所述第一组光源、所述第一组检测器、所述第二组光源和所述第二组检测器扫描所述第一透镜和所述第二透镜。9.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其中：所述第一组光源包括多个光源；所述第二组光源包括多个光源；所述第一组检测器包括多个检测器；所述第二组检测器包括多个检测器；所述第一组光源和所述第一组检测器定位在所述第一透镜的所述焦平面上作为一维阵列或二维阵列；并且所述第二组光源和所述第二组检测器定位在所述第二透镜的所述焦平面上作为一维阵列或二维阵列。10.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其中：所述第一组光源的所述多个光源与所述第一组检测器的所述多个检测器互相间隔；并且所述第二组光源的所述多个光源与所述第二组检测器的所述多个检测器互相间隔。11.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其中：所述第一组光源的所述多个光源作为第一编组定位在所述平台上的第一区域处；所述第一组检测器的所述多个检测器作为第二编组定位在所述平台上的第二区域处；所述第二组光源的所述多个光源作为第三编组定位在所述平台上的第三区域处；并且所述第二组检测器的所述多个检测器作为第四编组定位在所述平台上的第四区域处。12.根据权利要求2所述的激光雷达系统，还包括：附接至所述平台的第一板，所述第一板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一板的所述第一表面和所述第二表面大致平行于所述第一透镜的所述第一光轴，其中，所述第一组光源附接至所述第一板的所述第一表面，并且所述第一组检测器附接至所述第一板的所述第二表面；和附接至所述平台的第二板，所述第二板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二板的所述第一表面和所述第二表面大致平行于所述第二透镜的所述第二光轴，其中，所述第二板的所述第一表面面向所述第一板的所述第二表面，所述第二组光源附接至所述第二板的所述第二表...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰，
申请(专利权)人：深瞳科技公司，
类型：发明
国别省市：