具有枢转棱镜和反射镜的LIDAR扫描仪制造技术

公开了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统。在一个实施例中，该系统包括耦合到第一致动器的光学折射设备，第一致动器被配置成使光学折射设备振荡。该系统还包括反射镜，该反射镜光学耦合到光学折射设备并耦合到被配置成使反射镜振荡的第二致动器。该系统还包括通信地耦合到第一致动器和第二致动器的一个或多个控制器。控制器被配置成控制光学折射设备的振荡和反射镜的振荡以竖直和水平转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在系统中的收集透镜。定向到设置在系统中的收集透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有枢转棱镜和反射镜的LIDAR扫描仪
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年4月21日提交的题为“LIDAR SCANNER WITH PIVOT PRISM AND MIRROR”的第63/177,846号美国临时专利申请和于2022年4月6日提交的题为“LIDAR SCANNER WITH PIVOT PRISM AND MIRROR”的第17/714,995号美国非临时专利申请的优先权。所述两个申请的内容通过引用以其整体并入本文中用于所有目的。


[0003]本公开总体上涉及光学扫描，并且更特别地，涉及一种使用光学折射设备的紧凑型LiDAR系统。

技术介绍

[0004]光探测和测距(LiDAR)系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云。一些典型的LiDAR系统包括光源、光传输器、光转向系统和光检测器。光源生成光束，该光束在从LiDAR系统传输时被光转向系统定向到特定方向。当所传输的光束被物体散射时，所散射的光的一部分作为返回光脉冲返回到LiDAR系统。光检测器检测返回光脉冲。使用检测到返回光脉冲的时间和光束中相应光脉冲被传输的时间之间的差，LiDAR系统可以使用光速确定到物体的距离。光转向系统可以沿着不同的路径导向光束，以允许LiDAR系统扫描周围环境并产生图像或点云。LiDAR系统还可以使用除了飞行时间和扫描之外的技术来测量周围环境。

技术实现思路

[0005]本公开的实施例包括紧凑型LiDAR系统的转向机构。转向机构包括光学折射设备和光学反射设备(例如，反射镜)。通过控制光学折射设备和光学反射设备振荡而非旋转，可以减小转向机构的尺寸，从而使LiDAR系统更紧凑。转向机构的减小的尺寸使LiDAR系统或其至少一部分更容易装配到车辆或另一平台中的小空间中。这些小空间可以包括例如后视镜、车辆拐角、摄像机组件等。此外，光学折射设备和光学反射设备的移动轮廓(profile)可以被配置成使得这两个设备以相对于彼此交替的方式移动，以在水平和竖直扫描方向两者上获得平坦的扫描线。在LiDAR扫描线的后续处理(例如，感知过程)中，平坦的扫描线通常是期望的。另外，提供位置反馈用于实时控制光学折射设备和光学反射设备。因此，可以调节或补偿它们各自的移动轮廓，以提高两个设备的位置精度。从而提高了LiDAR系统的整体性能。
[0006]在一个实施例中，本公开提供了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统。该系统包括耦合到第一致动器的光学折射设备，第一致动器被配置成使光学折射设备振荡。该系统还包括反射镜，该反射镜光学耦合到光学折射设备并且耦合到被配置成使反射镜振荡的第二致动器。该系统还包括通信地耦合到第一致动器和第二致动器的一个或多个控制器。控制器被配置成控制光学折射设备的振荡和反射镜的振荡以竖直和水平地转向一个或多个光
束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在系统中的收集透镜。
[0007]在一个实施例中，本公开提供了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统的控制器设备。控制器设备包括：一个或多个处理器；存储器；以及存储在存储器中的处理器可执行指令。处理器可执行指令包括指令，当指令由一个或多个处理器执行时，使得控制器设备执行控制第一致动器以使光学折射设备基于光学折射设备的第一移动轮廓振荡的处理。还使得控制器设备执行控制第二致动器以使反射镜基于反射镜的第二移动轮廓振荡的处理。光学折射设备和反射镜被控制成竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在LiDAR系统中的收集透镜。
[0008]在一个实施例中，公开了一种用于控制光探测和测距(LiDAR)扫描系统的方法。该方法由一个或多个处理器和存储器执行。该方法包括控制第一致动器以使光学折射设备基于光学折射设备的第一移动轮廓振荡。该方法还包括控制第二致动器以使反射镜基于反射镜的第二移动轮廓振荡。光学折射设备和反射镜被控制成竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在LiDAR系统中的收集透镜。
附图说明
[0009]通过参考以下结合附图描述的图，可以更好地理解本申请，其中相似的部分可以由相似的附图标记表示。
[0010]图1示出了设置或包括在机动车辆中的一个或多个示例性LiDAR系统。
[0011]图2是示出示例性LiDAR系统和包括车辆感知和规划系统的多个其它系统之间的交互的框图。
[0012]图3是示出示例性LiDAR系统的框图。
[0013]图4是示出示例性光纤基激光源的框图。
[0014]图5A至图5C示出了使用脉冲信号来测量到设置在视场(FOV)中的物体的距离的示例性LiDAR系统。
[0015]图6是示出用于实施各种实施例中的系统、装置和方法的示例性装置的框图。
[0016]图7是根据一些实施例的使用光学折射设备的简化的紧凑型LiDAR系统的图示。
[0017]图8是根据一些实施例的使用光学折射设备的简化的紧凑型LiDAR系统的立体图。
[0018]图9示出了根据一些实施例的不同类型的光学折射设备的侧视图。
[0019]图10是示出根据一些实施例的LiDAR系统的光学折射设备和光学反射设备的移动控制的框图。
[0020]图11示出了根据一些实施例的光学折射设备和光学反射设备的移动轮廓。
[0021]图12是根据一些实施例的控制光学折射设备和光学反射设备的移动的方法的流程图。
[0022]图13是根据一些实施例的控制光学折射设备和反射镜的移动的示例方法的流程图。
具体实施方式
[0023]为了提供对本专利技术更全面的理解，以下描述阐述了许多具体细节，诸如具体配置、参数、示例等。然而，应理解，该描述并不旨在对本专利技术的范围进行限制，而是旨在提供对示例性实施例的更好的描述。
[0024]在整个说明书和权利要求中，除非上下文另外明确规定，否则以下术语采用本文中明确关联的含义。
[0025]如本文所用，短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，尽管可能指示同一实施例。因此，如下所述，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以容易地组合本公开的各种实施例。
[0026]如本文所用，术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文中另外明确规定。
[0027]术语“基于”不是排他的，而是允许基于未描述的附加元素，除非上下文另外明确规定。
[0028]如本文所用，并且除非上下文另外规定，否则术语“耦合”旨在包括直接耦合(其中相互耦合的两个元件彼此接触)和间接耦合(其中至少一个附加元件位于两个元件之间)。因此，术语“耦合到”和“与
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统，包括：光学折射设备，所述光学折射设备耦合到第一致动器，所述第一致动器被配置成使所述光学折射设备振荡；反射镜，所述反射镜光学耦合到所述光学折射设备并且耦合到第二致动器，所述第二致动器被配置成使所述反射镜振荡；以及一个或多个控制器，所述一个或多个控制器通信耦合到所述第一致动器和所述第二致动器，所述一个或多个控制器被配置成控制所述光学折射设备的振荡和所述反射镜的振荡，使得：竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得返回光，所述返回光基于照射所述视场内的一个或多个物体的被转向的所述一个或多个光束生成；以及将所述返回光重定向到设置在所述LiDAR扫描系统中的收集透镜。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学折射设备是光学棱镜。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光学棱镜包括以下中的至少一项：色散棱镜，分束棱镜，或偏振棱镜。4.根据权利要求2和3中任一项所述的系统，其中，所述光学棱镜包括两个侧表面，所述两个侧表面被配置成折射所述一个或多个光束。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括传输器，其中，所述光学折射设备设置在所述传输器和所述反射镜之间，并且其中，所述光学折射设备折射所述一个或多个光束以形成折射光束，并将所述折射光束引导至所述反射镜。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括规划器，所述规划器被配置成确定所述光学折射设备的第一移动轮廓和所述反射镜的第二移动轮廓；其中，所述一个或多个控制器被配置成执行：控制所述第一致动器以使所述光学折射设备基于所述光学折射设备的所述第一移动轮廓振荡；以及控制所述第二致动器以使所述反射镜基于所述反射镜的所述第二移动轮廓振荡。7.根据权利要求6所述的系统，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：接收一个或多个LiDAR扫描要求；基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓；以及基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述反射镜的所述第二移动轮廓。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或多个LiDAR扫描要求包括以下中的至少一项：水平扫描范围；竖直扫描范围；
感兴趣区域(ROI)要求；扫描帧速率；以及扫描模式要求。9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：确定所述光学折射设备的第一轨迹和所述反射镜的第二轨迹，其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹的组合表示所述光学折射设备和所述反射镜相对于彼此的交替移动。10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统，其中，所述光学折射设备的所述第一移动轮廓包括表示所述光学折射设备在第一角位置和第二角位置之间的振荡轨迹的角位置和时间关系。11.根据权利要求6至10中任一项所述的系统，其中，所述光学折射设备的所述第二移动轮廓包括表示所述反射镜在第三角位置和第四角位置之间的振荡轨迹的角位置和时间关系。12.根据权利要求6至11中任一项所述的系统，其中，控制所述第一致动器以使所述光学折射设备基于所述光学折射设备的所述第一移动轮廓振荡包括：接收与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据；以及基于所述第一移动轮廓和与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据，生成一个或多个第一调节信号。13.根据权利要求12所述的系统，还包括：基于所述一个或多个第一调节信号，生成用于控制所述第一致动器以使所述光学折射设备振荡的一个或多个第一控制信号；以及提供所述一个或多个第一控制信号以控制所述第一致动器。14.根据权利要求6至13中任一项所述的系统，其中，控制所述第二致动器以使所述反射镜基于所述光学折射设备的所述第二移动轮廓振荡包括：接收与所述反射镜相关联的位置反馈数据；以及基于所述第二移动轮廓和与所述反射镜相关联的位置反馈数据，生成一个或多个第二调节信号。15.根据权利要求14所述的系统，还包括：基于所述一个或多个第二调节信号，生成用于控制所述第二致动器以使所述反射镜振荡的一个或多个第二控制信号；以及提供所述一个或多个第二控制信号以控制所述第二致动器。16.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩森，李义民，
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：