用于调频连续波（FMCW）雷达系统的色散补偿技术方案

本公开涉及用于调频连续波(FMCW)雷达系统的色散补偿。例如，一种振荡器系统，包括：发射器，被配置为沿传输路径传输调频连续波(FMCW)光束，其中FMCW光束包括多个波长斜坡，并且FMCW光束的波长随时间连续变化；振荡器结构，被配置为基于振荡器结构随时间连续变化的偏转角相对于扫描轴振荡；以及色散元件，布置在传输路径中，并且被配置为接收FMCW光束并沿传输路径输出补偿FMCW光束，其中色散元件被配置为补偿由振荡器结构的振荡所引起的传播方向干扰。振荡器结构被布置在传输路径中，并且被配置为朝向传输路径的输出引导FMCW光束或补偿FMCW光束。补偿FMCW光束。补偿FMCW光束。

【技术实现步骤摘要】
用于调频连续波(FMCW)雷达系统的色散补偿


[0001]本专利技术总体上涉及调频连续波(FMCW)光探测和测距(LIDAR)系统。

技术介绍

[0002]光探测和测距(LIDAR)是一种遥感方法，其使用光(诸如传输的激光束)来测量与视场中的一个或多个对象的距离(可变距离)。具体地，微机电系统(MEMS)扫描镜被用于在整个视场中扫描光。光电探测器阵列接收来自被光照射的对象的反射，并且确定反射到达光电探测器阵列中的各种传感器所花费的飞行时间(ToF)。LIDAR系统形成深度测量，并通过基于飞行时间计算实现到对象的距离的映射来进行距离测量。因此，飞行时间计算可创建可用于生成图像的距离和深度图。
[0003]间接ToF三维图像(3DI)传感器基于用于场景照射的连续调制光以及在积分阶段在像素级上对接收光的解调。具体地，连续波调制使用连续光束来代替短光脉冲，并且根据正弦波的频率进行调制。
[0004]诸如振荡水平扫描(例如，从视场的左到右以及从右到左)的扫描可以连续扫描方式照射场景。由于光是连续传输的，因此由一个或多个光源传输的光产生扫描线，扫描线随着(MEMS)扫描镜绕轴旋转而在视场中连续移动。因此，可以扫描被称为视场的区域，并且可以检测和成像该区域内的对象。
[0005]对于连续波调制，诸如用于调频连续波(FMCW)束的连续波调制，反射后检测的波具有偏移的频率和/或相位，并且偏移与距反射对象或表面的距离成比例。因此，可根据所测量的偏移来确定距离。这与脉冲调制相反，其中系统通过测量光脉冲从光源行进到3D场景并在反射后返回所花费的绝对时间来测量与3D对象的距离。
[0006]然而，当实施FMCW光束的连续扫描时，由于光束的变化波长(频率)与MEMS扫描镜的连续扫描运动相结合而产生问题。由于扫描镜的运动和FMCW光束的波长扫描，光束的传播方向与波长(频率)有关。因此，FMCW光束的所有波长不能指向目标上的同一点，这会干扰FMCW测量原理。
[0007]因此，期望可以补偿这种色散效应的改进FMCW LIDAR系统。

技术实现思路

[0008]一个或多个实施例提供了一种振荡器系统，其包括：发射器，被配置为沿传输路径传输调频连续波(FMCW)光束，其中FMCW光束包括多个波长斜坡(ramp)，并且FMCW光束的波长随时间连续变化；振荡器结构，被配置为基于振荡器结构随时间连续变化的偏转角相对于扫描轴振荡；以及色散元件，布置在传输路径中，并且被配置为接收FMCW光束并沿传输路径输出补偿FMCW光束，其中色散元件被配置为补偿由振荡器结构的振荡所引起的传播方向干扰。振荡器结构被布置在传输路径中，并且被配置为朝向传输路径的输出引导FMCW光束或补偿FMCW光束。
[0009]一个或多个实施例提供了一种振荡器系统，包括：发射器，被配置为沿传输路径传
输调频连续波(FMCW)光束，其中FMCW光束包括多个波长斜坡，并且FMCW光束的波长随时间连续变化；以及振荡器结构，被配置为基于振荡器结构随时间连续变化的偏转角相对于扫描轴振荡。振荡器结构被布置在传输路径中，并且被配置为在反射表面处接收FMCW光束。另外，反射表面是微结构表面，其被配置为补偿由振荡器结构的振荡所引起的传播方向干扰，使得在沿传输路径的相同方向上由反射表面反射FMCW光束的对应波长斜坡的每个波长。
[0010]一个或多个实施例提供了一种控制振荡器结构的方法。该方法包括：沿着传输路径传输调频连续波(FMCW)光束，其中FMCW光束包括多个波长斜坡，并且FMCW光束的波长随时间连续变化；基于振荡器结构随时间连续变化的偏转角，相对于扫描轴驱动振荡器结构，其中振荡器结构被布置在传输路径中并且被配置为朝向传输路径的输出引导FMCW光束或者基于FMCW光束得到的补偿FMCW光束；以及使FMCW光束的波长与振荡器结构的偏转角同步。
附图说明
[0011]本文参考附图描述实施例。
[0012]图1示出了根据一个或多个实施例的基于微机电系统(MEMS)扫描镜的偏转角θ的FMCW光束的波长(频率)的依赖性；
[0013]图2A示出了根据一个或多个实施例的基于微机电系统(MEMS)扫描镜的偏转角θ的FMCW光束的波长(频率)的进一步依赖性；
[0014]图2B示出了根据一个或多个实施例的图2A所示的不同波长斜坡与不同专用传输方向的相关性；
[0015]图3示出了根据一个或多个实施例的FMCW LIDAR系统；
[0016]图4示出了根据一个或多个实施例的另一FMCW LIDAR系统；以及
[0017]图5示出了根据一个或多个实施例的另一FMCW LIDAR系统。
具体实施方式
[0018]在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例仅用于说明性目的，而不应被解释为限制性的。例如，虽然实施例可被描述为包括多个特征或元件，但这不应被解释为指示实现实施例需要所有这些特征或元件。相反，在其他实施例中，可以省略一些特征或元件，或者可以由替代特征或元件替换。此外，可以提供除明确示出和描述的特征或元件之外的其他特征或元件，例如传感器设备的常规部件。
[0019]除非另有特别说明，否则可以组合来自不同实施例的特征以形成进一步的实施例。关于实施例之一描述的变化或修改也可适用于其他实施例。在一些示例中，以框图形式而不是详细地示出众所周知的结构和设备，以避免混淆实施例。
[0020]除非另有说明，否则附图所示或本文所述元件之间的连接或耦合可以是基于导线的连接或无线连接。此外，这种连接或耦合可以是没有附加中间元件的直接连接或耦合，或者是具有一个或多个附加中间元件的间接连接或耦合，只要基本上保持连接或耦合的一般目的(例如，传输特定种类的信号或传输特定种类的信息)。
[0021]实施例涉及光学传感器和光学传感器系统以及获取关于光学传感器和光学传感器系统的信息。传感器可指将待测的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的
部件。例如，物理量可包括电磁辐射(诸如可见光、红外(IR)辐射或其它类型的照射信号)、电流或电压，但不限于此。例如，图像传感器可以是相机内的硅芯片，其将来自透镜的光的光子转换为电压。传感器的有效区域越大，可收集用于成像的光就越多。
[0022]本文所使用的传感器设备可指包括传感器和其他部件(例如，偏置电路装置、模数转换器或滤波器)的设备。传感器设备可集成在单个芯片上，尽管在其他实施例中，可以使用多个芯片或芯片外的部件来实现传感器设备。
[0023]在调频连续波(FMCW)光探测和测距(LIDAR)系统中，光源连续地将FWCM光束发射到视场中，并且光通过反向散射从一个或多个对象反射。具体地，FWCW LIDAR是一种间接飞行时间(TOF)系统，其中所发射光束的频率或波长在限定预定频率/波长范围或频带的最小值和最大值之间连续扫描。例如，可根据由一系列频率或波长斜坡组成的三角波调制图案来调制所发射光束的频率或波长。
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振荡器系统，包括：发射器，被配置为沿传输路径传输调频连续波FMCW光束，其中所述FMCW光束包括多个波长斜坡，并且所述FMCW光束的波长随时间连续变化；振荡器结构，被配置为基于所述振荡器结构随时间连续变化的偏转角相对于扫描轴振荡；以及色散元件，布置在所述传输路径中，并且被配置为接收所述FMCW光束并沿所述传输路径输出补偿FMCW光束，其中所述色散元件被配置为补偿由所述振荡器结构的振荡所引起的传播方向干扰，其中所述振荡器结构被布置在所述传输路径中，并且被配置为朝向所述传输路径的输出引导所述FMCW光束或所述补偿FMCW光束。2.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中所述色散元件沿所述传输路径被布置在所述振荡器结构的上游，并且所述色散元件被配置为通过沿所述传输路径在不同方向上分散所述FMCW光束的每个波长来预补偿所述传播方向干扰，使得所述振荡器结构在相同方向上对准所述补偿FMCW光束的对应波长斜坡的每个波长。3.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中所述色散元件沿所述传输路径被布置在所述振荡器结构的下游，并且所述色散元件被配置为通过在相同方向上对准所述FMCW光束的对应波长斜坡的每个波长来补偿所述传播方向干扰，从而输出所述补偿FMCW光束。4.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中所述色散元件被配置为补偿所述FMCW光束，使得所述补偿FMCW光束的对应波长斜坡的每个波长在所述传输路径的输出处在相同方向上对准。5.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中所述多个波长斜坡包括形成三角形图案的交替的前向斜坡和后向斜坡。6.根据权利要求5所述的振荡器系统，其中所述前向斜坡和所述后向斜坡具有与所述多个斜坡中的每个斜坡在最大波长和最小波长之间转换花费的持续时间相对应的长度。7.根据权利要求6所述的振荡器系统，还包括：控制器，被配置为使所述FMCW光束的波长与所述振荡器结构的所述偏转角同步。8.根据权利要求7所述的振荡器系统，其中所述控制器被配置为使所述FMCW光束的波长与所述振荡器结构的所述偏转角同步，使得所述FMCW光束的波长与所述振荡器结构的所述偏转角的变化同步地变化。9.根据权利要求7所述的振荡器系统，其中所述控制器被配置为使所述FMCW光束的波长与所述振荡器结构的所述偏转角同步，使得所述FMCW光束的每个波长随着所述偏转角随时间的变化而被映射到多个偏转角中的不同偏转角。10.根据权利要求7所述的振荡器系统，其中所述控制器被配置为使所述FMCW光束的波长与所述振荡器结构的所述偏转角同步，使得所述前向斜坡和所述后向斜坡的长度与所述振荡器结构的所述偏转角的角度范围同步。11.根据权利要求10所述的振荡器系统，其中所述控制器被配置为控制所述前向斜坡和所述后向斜坡的长度，以使所述长度与所述振荡器结构的所述偏转角的角度范围同步。12.根据权利要求10所述的振荡器系统，其中：所述FMCW光束的最小波长与所述振荡器结构的零偏转角同步，并且所述FMCW光束的最
大波长与所述振荡器结构的最大偏转角同步，或者所述FMCW光束的最小波长与所述振荡器结构的所述最大偏转角同步，并且所述FMCW光束的最大波长与所述振荡器结构的所述零偏转角同步。13.根据权利要求1所述的振荡器系统，其中所述控制器被配置为使所述FMCW光束的波长的连续变化与所述振荡器结构的所述偏转角的连续变化同步。14.根据权利要求1所述的振荡器系统，还包括：测量电路，被配置为随着所述偏转角随时间的变化测量所述振荡器结构的所述偏转角，并基于测量的所述偏转角生成位置信息，其中所述控制器被配置为基于所述位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：