使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR制造技术

本公开涉及使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR。该系统包括被配置为提供第一光脉冲的第一光源。该系统还包括光学耦合到第一光源的一个或多个光束转向装置。每个光束转向装置都包括可旋转的凹面反射器和至少部分地设置在可旋转的凹面反射器内的光束转向设备。光束转向设备和可旋转的凹面反射器在相对于彼此移动时，这两者的组合：使一个或多个第一光脉冲既垂直地又水平地转向，以照射视场内的物体；获得一个或多个第一返回光脉冲，一个或多个第一返回光脉冲是基于照射视场内的物体的转向的第一光脉冲产生的；以及重新定向一个或多个第一返回光脉冲。以及重新定向一个或多个第一返回光脉冲。以及重新定向一个或多个第一返回光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR
[0001]本申请是基于申请日为2017年12月20日、申请号为2017800032023、专利技术名称为“使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开整体涉及光检测和测距(LiDAR)，并且更具体地涉及用于扫描连续的光脉冲以照射视场中的物体并同轴地收集来自每个光脉冲的散射光以用于对视场中的物体进行测距的系统。

技术介绍

[0003]为了减小LiDAR系统的尺寸，努力实现片上微机电系统(MEMS)使光脉冲转向以照射视场中的物体。这种片上解决方案减小了LiDAR系统的尺寸。然而，这些片上MEMS设计通常产生几毫米(小于5)或更小的光学孔横截面，这使得难以将位于较远距离(例如，100米)的物体反射的光脉冲和背景噪声信号进行区分。已经发现的是，较大的光学孔横截面提高了光的信噪比。然而，由于其系统配置，典型的LiDAR系统可能比较笨重并且价格不菲。这些系统可能不容易与车辆进行集成和/或可能与车辆集成的成本过高。因此，期望的是具有减小的尺寸和成本的高精度LiDAR系统。高精度LiDAR系统面临的一些挑战是减小LiDAR系统的尺寸，同时增大横截面收集光学孔。

技术实现思路

[0004]下文呈现了一个或多个示例的简要概述以便提供对本公开的基本理解。本
技术实现思路
不是对所有预期示例的充分综述，也并非意图确定所有示例的关键或决定性元素或者界定任何或所有示例的范围。其目的是以简化的形式呈现一个或多个示例的一些概念，以作为下文呈现的更详细的描述的序言。
[0005]根据一些实施方案，提供了一种光检测和测距(LiDAR)扫描系统。该系统包括被配置为提供一个或多个第一光脉冲的第一光源。该系统还包括光学耦合到第一光源的一个或多个光束转向装置。每个光束转向装置包括可旋转凹面反射器和光束转向设备，该可旋转凹面反射器和光束转向设备设置在这样的位置，该位置使得由可旋转凹面反射器或光束转向设备引导的光脉冲能够被光束转向设备或可旋转凹面反射器进一步引导至不同的方向。当光束转向设备和可旋转凹面反射器相对于彼此移动时，这二者的组合在垂直方向和水平方向两者上使一个或多个第一光脉冲转向以照射视场内的物体；获得一个或多个第一返回光脉冲，该一个或多个第一返回光脉冲是基于照射视场内的物体的转向的第一光脉冲产生的，并且将该一个或多个第一返回光脉冲重新定向至一个或多个返回光检测器。
附图说明
[0006]为了更好地理解各种所描述的方面，应结合以下附图参考下文的描述，附图中类似的附图标记在所有附图中指代对应的部分。
[0007]图1A示出了附接到车辆的多个同轴LiDAR系统。
[0008]图1B示出了具有位于凹面反射器内的多面体的示例性光束转向装置。
[0009]图1C示出了具有代替凹面反射器的摆动镜的示例性光束转向装置。
[0010]图2A示出了双眼LiDAR系统。
[0011]图2B示出了具有会聚透镜的同轴LiDAR系统。
[0012]图2C示出了具有会聚镜的同轴LiDAR系统。
[0013]图3示出了双同轴LiDAR系统。
[0014]图4A示出了示例性光束转向装置，该光束转向装置将发射光引导至正x轴和正z轴之间的某个方向并且从该方向收集散射光。
[0015]图4B示出了示例性光束转向装置，该装置将发射光引导至负x轴和正z轴之间的某个方向并且从该方向收集散射光。
[0016]图5示出了示例性光束转向装置，该光束转向装置将发射光引导至更为朝向视场的正水平范围的边缘的方向并且从该方向收集散射光。
[0017]图6A和图6B示出了双同轴LiDAR系统在水平方向和垂直方向上的角度分布的交织帧图。
[0018]图7示出了在双同轴LiDAR系统的水平方向和垂直方向上沿着y＝0的x
‑
z平面的对应于收集孔的宽度的热图。
[0019]图8示出了用于LiDAR扫描检测的示例性过程。
[0020]图9A至图9D示出了根据本公开的示例的光束转向装置的另一个实施方案的不同视图。
[0021]图10A至图10B示出了根据本公开的示例的用于产生准直照射激光束的各种示例性配置。
[0022]图11示出了根据本公开的示例的用于增大接收孔以及用于收集来自不同小面的返回光脉冲的光束转向装置的示例性配置。
[0023]图12A至图12C示出了根据本公开的示例的接收光学系统的示例性配置。
[0024]图13A至图13B示出了根据本公开的示例的用于使用光敏设备进行光收集的示例性检测器元素。
[0025]图14A至图14B示出了根据本公开的示例的用于使用自由空间光学件或者光纤束和/或功率组合器的组合来组合来自不同小面的光脉冲的示例性配置。
[0026]图15A至图15E示出了根据本公开的示例的具有弯曲表面和平坦表面的示例性多面体的多个小面的各种配置。
[0027]图16示出了根据本公开的示例的用于确定光脉冲的飞行时间的LiDAR系统的示例性配置。
[0028]图17示出了根据本公开的示例的参考脉冲和所接收的返回光脉冲。
[0029]图18示出了根据本公开的示例的具有摆动镜的光束转向装置的另一个实施方案。
[0030]图19示出了根据本公开的示例的用于确定一个或多个激光脉冲的飞行时间的方
法的示例性流程图。
具体实施方式
[0031]下文结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，并非旨在表示本文所述的概念可被实践的唯一配置。该详细描述包括用于提供对各种概念的透彻理解的具体细节。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下对这些概念进行实践。在一些情况下，为了避免混淆这些概念，以框图形式示出了熟知的结构和部件。
[0032]现在将参考装置和方法的各种元素来呈现LiDAR扫描系统的示例。将在下面的详细描述和附图中通过各种框、部件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“元素”)对这些装置和方法进行描述和图示。这些元素可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现。这些元素被实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加于整个系统的设计约束。
[0033]本公开描述了使用可旋转凹面反射器和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR系统。该LiDAR系统包括具有多面体反射器的光束转向装置，该多面体反射器位于围绕中心轴对准的凹面反射器内。该凹面反射器被配置为围绕中心轴旋转。该多面体被配置为沿着与中心轴成一角度(例如，90度)的方向围绕枢轴旋转。凹面反射器和多面体的相应的瞬时位置使光脉冲转向以照射视场中的物体，同时收集来自光脉冲在物体上散射的散射光。每个被发射的光脉冲基本上与来自对应的光脉冲的所收集的散射光同轴或平行。该LiDAR系统包括用于基于每个被发射的光脉冲与从对应的光脉冲在物体上散射所收集的光之间的时间差来计算到物体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光检测和测距(LiDAR)扫描系统，包括：第一光源，所述第一光源被配置为提供一个或多个第一光脉冲；以及一个或多个光束转向装置，所述一个或多个光束转向装置光学耦合到所述第一光源，每个光束转向装置包括可旋转的凹面反射器和光束转向设备，其中所述光束转向设备和所述可旋转的凹面反射器在相对于彼此移动时，这两者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍君威，李义民，张锐，
申请(专利权)人：图达通智能美国有限公司，
类型：发明
国别省市：