具有平坦光学器件和旋转反射镜并在高帧速率、高空间分辨率和低功耗下实现360度视场的LiDAR光学系统技术方案

一种360度视场LiDAR将光递送到目标并且检测从所述目标反射的所述光的一小部分以确定从光源/检测器到取决于方位角跨各种垂直仰角放置在360度全景视场的任何点处的目标的距离。LiDAR实施方案允许跨整个方位角范围扫描内置阵列激光光源和检测器阵列。所述LiDAR实施方案具有所述激光光源阵列的独特布置，并且所述检测器阵列附到刚性基部，同时旋转潜望镜扫描器包含电机和反射镜，所述反射镜在平面内旋转以将光源投影到周围环境并且从周围环境接收光。系统递送高帧速率、高空间(类似VGA)分辨率和低功耗系统。辨率和低功耗系统。辨率和低功耗系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平坦光学器件和旋转反射镜并在高帧速率、高空间分辨率和低功耗下实现360度视场的LiDAR光学系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据美国法典第35条第119(e)款要求以下各项的优先权：2019年11月19日提交并且标题为“Suspension Damper System for Vibration Control of Time of Flight System”的美国临时专利申请序号62/937,582、2019年11月19日提交并且标题为“Closed Loop Temperature Controlled Time
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Of
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Flight System”的美国临时专利申请序号62/937,577、2019年11月6日提交并且标题为“Flat Optics With Passive Elements Functions As a Transformation Optics and A Compact Scanner To Cover The Vertical Elevation Field
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，所述设备包括：激光发射源，所述激光发射源被配置用于发射激光束；一个或多个光学透镜元件，所述一个或多个光学透镜元件被配置用于准直来自所述激光发射源的所述激光束；反射镜，所述反射镜位于轴向场电机上；光检测阵列，所述光检测阵列被配置用于接收返回激光束；一个或多个光学聚焦透镜元件，所述一个或多个光学聚焦透镜元件被配置用于将所述返回激光束聚焦到所述光检测阵列；以及光学分束器，所述光学分束器被配置用于实现所述激光束从所述激光发射源到所述反射镜去往目标和所述返回激光束从所述目标反射回到所述光检测阵列的路径。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光发射源包括垂直腔表面发射激光器阵列。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述激光发射源内的每个发光源被单独地选择。4.根据权利要求2所述的设备，其中用于使激光子束转向到特定垂直仰角的光学微透镜元件位于所述激光发射源上，并且来自所述激光发射源的多个子束与所述微透镜元件一起被独特地布置以覆盖特定范围的垂直仰角。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述一个或多个光学透镜元件是特定焦距的分立透镜元件以减少来自每个发射器的所述激光束的发散。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述光检测阵列包括单光子雪崩检测器阵列。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述单光子雪崩检测器阵列包括要单独地选择的多个雪崩光电二极管元件并且被对准以接收与由所述特定垂直仰角的发光源对所述目标的特定照射部分相对应的传入反射光。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光发射源是固定安装式发射器，并且所述反射镜被配置为旋转以覆盖整个360方位角。9.根据权利要求1所述的设备，还包括多个里斯利棱镜，所述多个里斯利棱镜被配置为在所述激光束行进到所述反射镜之前重新定向所述激光束。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述多个里斯利棱镜包括以预定的旋转速度旋转的两个楔形透镜元件。11.根据权利要求1所述的设备，还包括超表面平坦光学器件透镜，所述超表面平坦光学器件透镜被配置为在所述激光束行进到所述反射镜之前重新定向所述激光束。12.根据权利要求11所述的设备，其中所述超表面平坦光学器件透镜包括被沉积在透明基板上的多个几何薄膜透镜元件。13.根据权利要求1所述的设备，还包括电子部件集，所述电子部件集被配置为协调触发和切换的顺序以使所述激光激发同步并且将光返回到所述光检测阵列以进行距离确定。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述电子部件集被配置用于控制所述电机旋转并且使所述电机、所述激光发射源激发和对所述返回光的检测同步，其中数字触发器激活激光驱动器以激发所述激光束并且同时打开检测器窗口以检测来自所述目标的所述返回光。15.根据权利要求14所述的设备，其中模拟返回信号的振幅表示所述目标的反射率，其然后被转换为数字计数并且现场可编程门阵列处理所述数字计数以报告所述目标的反射
率，其中根据所述光从所述激光发射器行进到所述目标并返回的时间，时间计数器将所述经过时间值报告给所述现场可编程门阵列，其中对于空间中的目标点，存在所述点的空间坐标、行进到所述目标并返回的时间和所述目标的反射率，通过聚合所有点并且以3D格式表示所述点来形成3D点云。16.根据权利要求1所述的设备，还包括冷却系统、减振系统和水分/湿度减轻系统。17.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光发射源和所述光检测阵列彼此以90度角度定位并且通过利用所述光学分束器来共享相同光路。18.根据权利要求1所述的设备，其中所述反射镜被配置为以一速度自旋以提供60Hz或更高的帧速率，并且所获取的3D点云的分辨率是640x480个像素或更高。19.根据权利要求11所述的设备，其中所述超表面平坦光学器件透镜被配置为结合所述反射镜旋转。20.根据权利要求1所述的设备，其中生成了垂直和水平方向上的可变图像分辨率，包括在低仰角下的第一组分辨率和在更高仰角下的第二组分辨率。21.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光发射源的激发占空比被修改以增加激发频率或者降低所述激光发射源的所述激发频率。22.一种系统，所述系统包括：车辆；以及光检测和测距LiDAR光学装置，所述LiDAR光学装置耦合到所述车辆，所述LiDAR光学装置包括：激光发射源，所述激光发射源被配置用于发射激光束；一个或多个光学透镜元件，所述一个或多个光学透镜元件被配置用于准直来自所述激光发射源的所述激光束；反射镜，所述反射镜位于轴向场电机上；光检测阵列，所述光检测阵列被配置用于接收返回激光束；一个或多个光学聚焦透镜元件，所述一个或多个光学聚焦透镜元件被配置用于将所述返回激光束聚焦到所述光检测阵列；以及光学分束器，所述光学分束器被配置用于实现所述激光束从所述激光发射源到所述反射镜去往目标和所述返回激光束从所述目标反射回到所述光检测阵列的路径。23.根据权利要求22所述的系统，其中所述激光发射源包括垂直腔表面发射激光器阵列。24.根据权利要求23所述的系统，其中所述激光发射源内的每个发光源被单独地选择。25.根据权利要求23所述的系统，其中用于使激光子束转向到特定垂直仰角的光学微透镜元件位于所述激光发射源上，并且来自所述激光发射源的多个子束与所述微透镜元件一起被独特地布置以覆盖特定范围的垂直仰角。26.根据权利要求25所述的系统，其中所述一个或多个光学透镜元件是特定焦距的分立透镜元件以减少来自每个发射器的所述激光束的发散。27.根据权利要求22所述的系统，其中所述光检测阵列包括单光子雪崩检测器阵列。28.根据权利要求27的系统中，其中所述单光子雪崩检测器阵列包括要单独地选择的多个雪崩光电二极管元件并且被对准以接收与由所述特定垂直仰角的发光源对所述目标
的特定照射部分相对应的传入反射光。29.根据权利要求22所述的系统，其中所述激光发射源是固定安装式发射器，并且所述反射镜被配置为旋转以覆盖整个360方位角。30.根据权利要求22所述的系统，还包括多个里斯利棱镜，所述多个里斯利棱镜被配置为在所述激光束行进到所述反射镜之前重新定向所述激光束。31.根据权利要求30所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰克，
申请(专利权)人：观察者人工智能公司，
类型：发明
国别省市：