激光雷达发射器、系统和方法技术方案

一种激光雷达发射器系统，包括激光能量源阵列，每个激光能量源包括对应的光电检测器。激光能量源被配置为朝向激光雷达目标发射激光能量。每个相应的光电检测器被配置为检测由阵列的对应能量源发射的激光能量。阵列的对应能量源发射的激光能量。阵列的对应能量源发射的激光能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光雷达发射器、系统和方法


[0001]本公开涉及激光雷达(LIDAR)系统和方法，具体地但非排他地，涉及激光雷达发射器系统、激光雷达系统和用于发射激光雷达信号的方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种测量到目标的距离的技术。用激光照射目标，并用传感器检测反射的激光。进行飞行时间测量以建立激光雷达系统与目标上的不同点之间的距离，以建立目标的三维表示。
[0003]在图1a中示出了已知的激光雷达发射器系统100的示例。已知的激光雷达发射器系统100包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列101，其通过透镜或盖玻璃102发射激光能量。发射的激光能量的一部分从透镜或盖玻璃102的内表面反射，或者被棱镜、反射镜或具有布置在光束路径中的移动部件和/或机械马达的其他光学组件转向。这部分转向的激光能量由外部检测器103接收。术语外部在本文中用于表示VCSEL阵列101的外部。外部检测器103通过基于检测到的光束生成输出信号电压或电流来确定VCSEL阵列的输出光束的强度。如果外部检测器103的输出信号电压或电流改变(例如，下降)，则可能指示VCSEL阵列未正常运行。
[0004]图1a的VCSEL阵列101可以包括图1b所示类型的多个已知VCSEL。在图1b的VCSEL 104中，多个分布式布拉格反射器(DBR)层105位于有源区106的任一侧，例如包括一个或多个量子阱，用于激光能量生成和DBR层105之间的谐振。这些DBR层105和有源区106可以布置在基板107上，基板107又可以布置在印刷电路板108(PCB)上。图1b的VCSEL 104是顶部发射VCSEL，然而底部发射VCSEL也是已知的。
[0005]与使用图1b所示类型的VCSEL的图1a所示类型的已知激光雷达发射器系统100相关联的一些问题是：
[0006](i)来自外部检测器103的输出信号电压或电流的波动可能非常高，使得难以确定激光雷达发射器故障的原因。例如，波动的输出信号可能由以下中的任何一个引起：棱镜、反射镜或其他光学组件变得未对准(例如由于移动组件或马达故障)，各个VCSEL故障和/或由于老化效应而具有降低的效率。仅基于外部检测器103的输出信号电流或电压来确定这些中的哪一个是发射器故障的原因是非常具有挑战性的。
[0007](ii)来自外部检测器103的输出信号电压或电流不能确定输出光束中热点或暗点的存在。术语热点和暗点在本文中用于指输出光束的分别具有比光束的其余部分更高或更低的功率的部分。
[0008](iii)来自外部检测器103的输出信号电压或电流不能区分阵列的各个发射器的输出。
[0009]本公开的目的是提供解决上述一个或多个问题或至少提供有用的替代方案的激光雷达发射器系统、激光雷达系统和用于发射激光雷达信号的方法。

技术实现思路

[0010]一般而言，本公开提出通过将光电检测器与激光雷达发射器系统的激光能量源阵列的每个激光能量源一起布置来克服上述问题。这种布置提供了优于已知激光雷达发射器系统的以下优点中的至少一个或多个：
[0011](i)每个激光能量源布置有光电检测器，没有棱镜、反射镜或其他光学组件或移动部件。因此，来自光电检测器的输出信号电压或电流的任何变化可以立即归因于激光能量源而不是阵列的任何其他组件。例如，当检测到一个或多个光电检测器输出的下降时，其原因可以直接归因于该对应的激光能量源的故障或效率降低，而不是棱镜、反射镜或发射器的其他组件的问题。
[0012](ii)光电检测器的输出信号电压或电流一起提供用于监测阵列的高得多的分辨率或粒度，例如高达各个发射器分辨率。这允许例如准确且高效地检测能量输出中的热(即，高强度)或暗(即，低强度)点。如果需要，通过以相同的、更高分辨率控制阵列的对应一个或多个激光能量源，也可以比已知的发射器系统更有效地补偿检测到的热点或暗点。这可能特别有用的场景是当在雾或雾中能见度低时需要激光雷达发射器系统输出高功率光束的情况。在这种场景下，较高功率光束中的任何意外热点可能导致眼睛安全的风险，因此监测输出光束是重要的。利用本文公开的激光雷达发射器系统，可以通过去激活或减少对热点有贡献的激光能量源的输出来立即补偿热点。因此，将光电检测器与阵列的每个激光能量源一起布置提供了在较高功率操作下保证眼睛安全和功能安全的手段。
[0013](iii)可以更容易地确定各个发射器和/或发射器的行或列的故障或失效，因为来自各个光电检测器或其行或列的输出信号电压或电流的任何变化可以直接指示对应的发射器和/或发射器的行或列发生故障和/或不按预期工作。
[0014](iv)通过将相应的光电检测器集成到激光能量源中，可以检测和补偿在阵列中传播的可能干扰激光雷达操作的任何杂散能量。举例来说，如果可以在发射器处以发射器级分辨率测量内部反射和/或其它噪声，那么更广泛种类的降噪算法变得可用在对应激光雷达接收器的输出上。因此，光电检测器提供了在具有外部检测器的发射器系统中不可用的强大的内置诊断工具。
[0015](v)在激光雷达系统中的空间非常宝贵的情况下，将相应的光电检测器集成到激光能量源中减少了对棱镜、光学组件、马达和/或其他移动部件的依赖，所有这些都占用了宝贵的空间。
[0016]根据本公开的一个方面，提供了一种激光雷达发射器系统，包括：激光能量源的阵列，每个激光能量源包括对应的光电检测器，其中激光能量源被配置为朝向激光雷达目标发射激光能量，并且其中每个相应的光电检测器被配置为检测由阵列的对应能量源发射的激光能量。
[0017]可选地，激光能量源的阵列包括布置在晶圆上的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的阵列。
[0018]可选地，每个相应的光电检测器布置在相应的VCSEL之中、相应的VCSEL之上或相应的VCSEL之下。
[0019]可选地，每个VCSEL包括谐振器，该谐振器包括在第一端处的第一反射器和在与第一端相对的第二端处的第二反射器，朝向激光雷达目标发射的激光能量是从第一端发射
的，并且由光电检测器检测到的激光能量是从第二端发射的。
[0020]可选地，第一反射器和第二反射器包括分布式布拉格反射器。
[0021]可选地，每个相应的光电检测器包括布置在对应的第二反射器之中、对应的第二反射器之上或对应的第二反射器之下的光电二极管。
[0022]可选地，激光雷达发射器系统包括处理器，该处理器被配置为：从光电检测器的输出计算激光能量源阵列的二维能量强度分布；以及从二维能量强度分布确定一个或多个能量强度热点、能量强度暗点和/或故障激光能量源的存在。
[0023]可选地，处理器被配置为：通过激活、去激活、增加和/或减少一个或多个激光能量源的能量输出来控制激光能量源中的一个或多个以补偿所述能量强度热点、能量强度暗点和/或故障激光能量源。
[0024]可选地，每个光电检测器被配置为检测从激光能量源的阵列的一个或多个其他激光能量源发射的激光能量。
[0025]可选地，激光能量源包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光雷达发射器系统，包括：激光能量源的阵列，每个激光能量源包括对应的光电检测器，其中所述激光能量源被配置为朝向激光雷达目标发射激光能量，以及其中每个相应的光电检测器被配置为检测由所述阵列的对应能量源发射的激光能量。2.根据权利要求1所述的激光雷达发射器系统，其中激光能量源的所述阵列包括布置在晶圆上的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的阵列。3.根据权利要求2所述的激光雷达发射器系统，其中每个相应的光电检测器布置在相应的VCSEL之中、相应的VCSEL之上或相应的VCSEL之下。4.根据权利要求3所述的激光雷达发射器系统，其中每个VCSEL包括谐振器，所述谐振器包括在第一端处的第一反射器和在与所述第一端相对的第二端处的第二反射器，其中朝向所述激光雷达目标发射的所述激光能量是从所述第一端发射的，并且其中由所述光电检测器检测到的所述激光能量是从所述第二端发射的。5.根据权利要求4所述的激光雷达发射器系统，其中所述第一反射器和所述第二反射器包括分布式布拉格反射器。6.根据权利要求5所述的激光雷达发射器，其中每个相应的光电检测器包括布置在对应的第二反射器之中、对应的第二反射器之上或对应的第二反射器之下的光电二极管。7.根据任一前述权利要求所述的激光雷达发射器系统，包括处理器，所述处理器被配置为：从所述光电检测器的输出计算激光能量源的所述阵列的二维能量强度分布；以及从所述二维能量强度分布确定一个或多个能量强度热点、能量强度暗点和/或故障激光能量源的存在。8.根据权利要求7所述的激光雷达发射器系统，其中所述处理器被配置为：通过以下方式控制所述激光能量源中的一个或多个以补偿所述能量强度热点、能量强度暗点和/或故障激光能量源：激活、去激活、增加和/或减少所述激光能量源中的一个或多个的能量输出。9.根据任一前述权利要求所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D鲁克，HHD阮，M赫尔斯罗特，
申请(专利权)人：ams传感器亚洲私人有限公司，
类型：发明
国别省市：