光检测和测距系统的基于光纤的发射器通道和接收器通道的制作方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36175615发布日期:2023-11-25 01:21阅读:101来源:国知局
光检测和测距系统的基于光纤的发射器通道和接收器通道的制作方法
光检测和测距系统的基于光纤的发射器通道和接收器通道
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求
2022
年2月
28
日提交的名为“光检测和测距系统的基于光纤的发射器通道和接收器通道
(fiber-based transmitter and receiver channels of light detection and ranging systems)”的美国专利申请
17/682,956

、2021
年3月1日提交的名为“光检测和测距接收器光纤阵列
(lidar receiver fiber array)”的美国临时专利申请
63/155,297


以及
2021
年6月
11
日提交的名为“光检测和测距发射器光纤阵列
(lidar transmitter fiber array)”的美国临时专利申请
63/209,856
号的优先权

所有申请的内容通过引用以其整体并入本文以用于所有目的

技术领域
3.本公开总体上涉及光学扫描,更特别地,涉及一种具有基于光纤的发射器通道和基于光纤的接收器通道的光检测和测距
(lidar)
系统



背景技术:

4.光检测和测距
(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

光发射器

光转向系统

以及光接收器和检测器

光源生成光束,该光束在从
lidar
系统发射时由光转向系统引导到特定方向上

当所发射的光束被物体散射时,散射光的一部分作为返回光脉冲而返回到
lidar
系统

光接收器接收返回光脉冲,并且检测器检测返回光脉冲

使用检测到返回光脉冲的时间与发射光束中的对应光脉冲之间的差,
lidar
系统可以使用光速来确定到物体的距离

光转向系统可以沿着不同路径来引导光束,以允许
lidar
系统扫描周围环境并产生图像或点云
。lidar
系统还可以使用除飞行时间和扫描以外的技术来测量周围环境



技术实现要素:

5.本公开中提供的实施例使用准直透镜以及具有多个发射器光纤的多个发射器通道

相邻的发射器光纤以预先配置的节距来设置

通过配置阵列中的发射器光纤之间的节距和
/
或准直透镜的焦距,能够获得发射器通道的所期望的通道角间距

使用具有适当地配置的通道角间距的多个发射器通道,能够改进
lidar
系统的扫描性能

进一步地,能够减小发射器的尺寸和复杂性,使得
lidar
系统更加紧凑

6.在一个实施例中,提供了一种包括多个发射器通道的
lidar
系统

所述多个发射器通道包括彼此以预定的节距设置在光纤壳体中的发射器光纤

准直透镜被定位成光学联接到所述多个发射器通道,以接收从发射器光纤发射的多个发射光束

准直透镜被配置成对所述多个发射光束进行准直

所述多个发射器通道和准直透镜的组合被配置成将多个准直发射光束彼此以一定的角间隔发射,以提供与预定的节距相关的通道角间距

7.本公开中提供的实施例还使用具有多个接收器光纤的多个接收器通道

所述多个接收器光纤可以共享收集透镜,由此减小
lidar
系统的收发器的尺寸

此外,因为光纤在物
理上是柔性的,所以用于检测返回光的检测器组件能够灵活地分布,使得检测器组件被定位成彼此充分分开

结果,能够减少或最小化相邻的检测器组件之间的光学串扰和电串扰

这进而改进
lidar
系统的检测精度和整体性能

8.在一个实施例中,提供了一种包括多个发射器通道和多个接收器通道的
lidar
系统

所述多个发射器通道被配置成以多个不同的发射角度将多个发射光束发射到视场
。lidar
系统进一步包括收集透镜,该收集透镜被设置成接收和重定向基于照射视场内的一个或多个物体的所述多个发射光束而获得的返回光
。lidar
系统进一步包括多个接收器通道,所述多个接收器通道光学联接到收集透镜

每一个接收器通道基于对应的发射光束的发射角度被光学对准
。lidar
系统进一步包括多个检测器组件,所述多个检测器组件光学联接到所述多个接收器通道

每一个接收器通道将重定向的返回光引导到所述多个检测器组件中的检测器组件

附图说明
9.通过参考下文结合附图描述的图,可以最好地理解本技术,在附图中相似的部分可由相同的数字来提及

10.图1图示了被设置或包括在机动车辆中的一个或多个示例
lidar
系统

11.图2是图示示例
lidar
系统与包括车辆感知和规划系统的多个其他系统之间的交互的框图

12.图3是图示示例
lidar
系统的框图

13.图4是图示示例基于光纤的激光源的框图

14.图
5a
至图
5c
图示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
lidar
系统

15.图6是图示各种实施例中的用于实施系统

设备和方法的示例设备的框图

16.图7是根据一些实施例的
lidar
系统的基于光纤的收发器的立体图

17.图
8a
是根据一些实施例的基于光纤的发射器通道的截面图

18.图
8b
是根据一些实施例的图
8a
中所示的基于光纤的发射器通道的立体图

19.图
9a
至图
9c
图示了根据一些实施例的光学联接到用于引导发射光束的准直透镜的基于光纤的发射器通道

20.图
10
图示了根据一些实施例的光学联接到用于重定向发射光束的光束移位系统的基于光纤的发射器通道

21.图
11a
是根据一些实施例的基于光纤的收发器的立体图

22.图
11b
是根据一些实施例的收集透镜和准直透镜组件的侧视图

23.图
12
是用于检测由收集透镜引导的返回光的常规检测器组件

24.图
13
图示了根据一些实施例的用于检测由收集透镜引导的返回光的基于光纤的接收器通道

25.图
14
图示了根据一些实施例的基于光纤的接收器通道

26.图
15
图示了根据一些实施例的基于光纤的接收器通道

27.图
16
图示了根据一些实施例的具有光纤套圈的基于光纤的接收器通道

28.图
17
图示了根据一些实施例的联接到基于光纤的接收器通道的检测器组件

具体实施方式
29.为了提供对本发明的更透彻理解,以下描述阐述了众多具体细节,诸如具体配置

参数

示例等

然而,应认识到,此类描述不旨在作为对本发明的范围的限制,而是旨在提供对示例性实施例的更好描述

30.贯穿说明书和权利要求,除非上下文另有明确规定,否则以下术语采用本文中明确关联的含义:
31.如本文中所使用的短语“在一个实施例中”不一定指代同一个实施例,不过也可以指代同一个实施例

因此,如下文所描述的,在不脱离本发明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

32.如本文中所使用的,除非上下文另有明确规定,否则术语“或”是包括性的“或”运算符,并且等效于术语“和
/
或”。
33.除非上下文另有明确规定,否则术语“基于”不是排他性的,并且允许基于未描述的附加因素

34.如本文中所使用的,并且除非上下文另有规定,否则术语“联接到”旨在包括直接联接
(
其中彼此联接的两个元件彼此接触
)
和间接联接
(
其中至少一个附加元件位于两个元件之间
)。
因此,术语“联接到”和“与
……
联接”同义地使用

在两个或更多个部件或装置能够交换数据的联网环境的上下文中,术语“联接到”和“与
……
联接”也用于意指“与
……
通信地联接”,这可能经由一个或多个中间装置

35.尽管以下描述使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件,但是这些元件不应受这些术语限制

这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件

例如,在不脱离各种所描述的示例的范围的情况下,第一传感器可以被称为第二传感器,并且类似地,第二传感器可以被称为第一传感器

第一传感器和第二传感器可以均是传感器,并且在一些情况下可以是单独的且不同的传感器

36.另外,贯穿说明书,“一”、“一个”和“该”的含义包括复数引用,并且“在
……
中”的含义包括“在
……
中”和“在
……
上”。
37.尽管本文中呈现的各种实施例中的一些实施例构成了发明性要素的单个组合,但是应了解,发明主题被认为包括所公开的要素的所有可能的组合

因而,如果一个实施例包括要素
a、b
和c,并且另一个实施例包括要素b和d,则发明主题还被认为包括
a、b、c
或d的其他剩余组合,即使本文中并未明确讨论也是如此

进一步地,过渡术语“包括”意指拥有作为部分或成员,或者是那些部分或成员

如本文中所使用的,过渡术语“包括”是包含性的或开放的,并且不排除附加的未陈述的要素或方法步骤

38.贯穿以下公开内容,可以关于服务器

服务端

接口

引擎

模块

客户端

对等体

端口

平台或由计算装置形成的其他系统进行众多参考

应了解,此类术语的使用被视为表示具有至少一个处理器
(
例如,
asic、fpga、pld、dsp、x86、arm、risc-v、coldfire、gpu、
多核处理器等
)
的一个或多个计算装置,所述一个或多个处理器被配置成执行存储在计算机可读的有形非暂时性介质
(
例如,硬盘驱动器

固态驱动器
、ram、
闪存
、rom

)
上的软件指令

例如,服务器可以包括一个或多个计算机,所述一个或多个计算机以满足所描述的角色

职责或功能的方式作为网络服务器

数据库服务器或其他类型的计算机服务器而运行

应进一步了解,所公开的基于计算机的算法

过程

方法或其他类型的指令集可以被体现为计算
机程序产品,该计算机程序产品包括存储引起处理器执行所公开的步骤的指令的非暂时性有形计算机可读介质

各种服务器

系统

数据库或接口可以使用标准化协议或算法,其可能基于
http、https、aes、
公钥-私钥交换

网络服务
api、
已知的金融交易协议

或其他电子信息交换方法来交换数据

数据交换可以通过包交换网络

电路交换网络

互联网
、lan、wan、vpn
或其他类型的网络来进行

39.如在本文中的描述中和贯穿以下权利要求所使用的,当系统

引擎

服务器

装置

模块或其他计算元件被描述为被配置成对存储器中的数据执行或实施功能时,“被配置成”或“被编程为”的含义被定义为计算元件的一个或多个处理器或核心由存储在计算元件的存储器中的一组软件指令来编程,以在存储于存储器中的目标数据或数据对象上执行该组功能

40.应注意,应读取针对计算机的任何语言,以包括计算装置或网络平台的任何合适的组合,这些计算装置或网络平台包括服务器

接口

系统

数据库

代理

对等体

引擎

控制器

模块或单独地或共同地运行的其他类型的计算装置

应了解,计算装置包括处理器,该处理器被配置成执行存储在有形的非暂时性计算机可读存储介质
(
例如,硬盘驱动器
、fpga、pla、
固态驱动器
、ram、
闪存
、rom

)
上的软件指令

这些软件指令将计算装置配置或编程为提供如下文关于所公开的设备所讨论的角色

职责或其他功能

进一步地,所公开的技术可以被体现为计算机程序产品,其包括存储软件指令的非暂时性计算机可读介质,这些软件指令引起处理器执行与基于计算机的算法

过程

方法或其他指令的实施相关联的所公开的步骤

在一些实施例中,各种服务器

系统

数据库或接口使用标准化协议或算法,其可能基于
http、https、aes、
公钥-私钥交换

网络服务
api、
已知的金融交易协议

或其他电子信息交换方法来交换数据

装置当中的数据交换可以通过以下各者进行:分组交换网络,即因特网
、lan、wan、vpn
或其他类型的分组交换网络;电路交换网络;信元交换网络;或其他类型的网络

41.lidar
系统可以具有用于发射激光束的一个或多个发射器通道

在一些实施例中,在使用多个发射器通道的情况下,
lidar
系统发射多个光束以扫描外部环境

与仅使用单个光束相比,通过使用多个光束,能够改进
lidar
系统的扫描分辨率和速度

此外,多个发射器通道有助于减少对移动扫描光学装置
(
诸如,多面镜
)
的要求

例如,通过使用多个发射器通道,能够降低多面镜的旋转速度,同时仍然允许
lidar
系统扫描视场的相同或类似区域

另一方面,多个发射器通道
(
例如,四个或更多个通道
)
可能使
lidar
系统难以保持紧凑

例如,如果每一个发射器通道具有它自己的准直透镜和其他光学和
/
或电部件,则发射器的尺寸可能显著增加

发射器的复杂性也可能增加,从而使其不太稳健和可靠

时常,可能需要紧凑的
lidar
系统来装配到车辆中的狭小空间
(
例如,拐角空间

后视镜等
)

。lidar
系统中的可靠发射器也是所期望的,因为
lidar
系统经常必须在环境条件
(
包括温度

湿度

振动等
)
变化大的情况下操作

因此,需要一种具有多个发射器通道的紧凑且可靠的
lidar
系统

42.本文中所公开的实施例使用包括发射器光纤的阵列的多个发射器通道

发射器光纤的至少端部被定位成在相邻的发射器光纤之间具有精确的节距

使用一个或多个准直透镜来为所有发射器通道生成准直发射光束

通过配置发射器光纤之间的节距和
/
或准直透镜的焦距,能够获得所期望的通道角间距

通道角间距是测量或表示由多个发射器通道发射以扫描
fov
的光束之间的角间隔程度的参数

当相邻的发射器通道被配置成具有适当的
通道角间距时,多个发射光束以所期望的角间隔被定位成充分分开以扫描
fov
内的不同区域,从而提供扫描区域的良好覆盖并改进扫描分辨率和速度

因此,能够通过使用被配置成具有适当通道角间距的多个发射器通道来改进
lidar
系统的扫描性能

43.此外,本公开中的一个或多个实施例还使用单个准直透镜来形成用于所有发射器通道的准直发射光束

结果,能够将许多发射器通道组装到对应于单个准直透镜的空间中,由此减小收发器的尺寸并使
lidar
系统更加紧凑

此外,通过在多个发射器通道之间共享单个准直透镜,降低了发射器组件的对准的复杂性

然而,应理解,在其他实施例中可以使用多个准直透镜

44.lidar
系统还可以具有对应于所述一个或多个发射器通道的一个或多个接收器通道

例如,特定的发射器通道将光束发射到
fov。
光束到达物体

光束的一部分被散射和
/
或反射,由此形成返回光

对应于特定发射器通道的接收器通道接收返回光

常常,接收器通道的数量与发射器通道的数量相同

因此,例如,如果
lidar
系统具有四个发射器通道,则相应地存在四个接收器通道

如果多个接收器通道共享一些光学部件
(
例如,收集透镜
)
,则不同接收器通道的某些部件
(
例如,用于不同接收器通道的光电检测器
)
需要彼此靠近地放置

此外,在常规技术中,因为某些光学部件由多个接收器通道共享,所以光电检测器电路可能需要被固定在某些位置处

这种配置引起不期望的光学散射和
/
或电串扰

此外,接收器通道的光电检测器可能具有放置误差,由此进一步恶化接收器性能

另一方面,如果每一个接收器通道都有它自己的接收器光学部件
(
例如,收集透镜
)
,则接收器的尺寸可能显著增加,从而使得难以装配到车辆中的狭小空间中

接收器的复杂性也可能增加,从而使其不太稳健和可靠

如上文所描述的,可能需要紧凑的
lidar
系统来装配到车辆中的狭小空间中

并且,
lidar
系统中的可靠接收器也是所期望的,因为
lidar
系统经常必须在环境条件
(
包括温度

湿度

振动等
)
变化大的情况下操作

因此,需要一种具有多个接收器通道的紧凑且可靠的
lidar
系统

45.本文中所公开的实施例使用包括多个接收器光纤的多个接收器通道

多个接收器光纤使用一个或多个收集透镜

在一个实施例中,接收器光纤可以共享单个收集透镜,由此减小
lidar
系统的收发器的尺寸

进而,这使得
lidar
系统更加紧凑

此外,因为光纤在物理上是柔性的,所以用于检测返回光的检测器组件可以灵活地分布

检测器组件可以放置在任何所期望的位置处,同时仍然联接到它们相应的接收器光纤以接收返回光

例如,相邻的检测器组件可以放置在彼此距离充分更远的不同位置处

结果,能够减少相邻的检测器组件之间的光学串扰和电串扰

光纤通常具有由其芯部和包层材料限定的有限接受角,由此提供空间滤波以减少杂散光和光学串扰的量

此外,相邻的接收器光纤能够以彼此精确的节距定位

接收器光纤的精确定位进一步减少了对准误差,使得从不同发射光束生成的返回光与对应的接收器光纤准确地对准

因此,能够在对应的接收器光纤处以减少的或最小的损耗或串扰来适当地接收返回光

下文详细描述本发明的实施例

46.图1图示了被设置或包括在机动车辆
100
中的一个或多个示例性
lidar
系统
110。
机动车辆
100
可以是具有任何自动化水平的车辆

例如,机动车辆
100
可以是部分自动化车辆

高度自动化车辆

全自动化车辆或无人驾驶车辆

部分自动化车辆可以在没有人类驾驶员干预的情况下执行一些驾驶功能

例如,部分自动化车辆可以执行盲点监测

车道保持和
/
或变道操作

自动紧急制动

智能巡航和
/
或交通跟随等

部分自动化车辆的某些操作可能
限于特定的应用或驾驶场景
(
例如,仅限于高速公路驾驶
)。
高度自动化车辆通常可以执行部分自动化车辆的所有操作,但具有较少限制

高度自动化车辆也可以在操作车辆时检测其自身极限,并在必要时要求驾驶员接管车辆的控制

全自动化车辆可以在没有驾驶员干预的情况下执行所有车辆操作,但也可以检测其自身极限,并在必要时要求驾驶员接管

无人驾驶车辆可以在没有任何驾驶员干预的情况下自行操作

47.在典型配置中,机动车辆
100
包括一个或多个
lidar
系统
110

120a-f。lidar
系统
110

120a-f
中的每一个可以是基于扫描的
lidar
系统和
/
或基于非扫描的
lidar
系统
(
例如,闪光
lidar)。
基于扫描的
lidar
系统在一个或多个方向
(
例如,水平和竖直方向
)
上扫描一个或多个光束,以检测视场
(fov)
中的物体

基于非扫描的
lidar
系统在不扫描的情况下发射激光来照射
fov。
例如,闪光
lidar
是一种类型的基于非扫描的
lidar
系统

闪光
lidar
可以发射激光,以使用单个光脉冲或光射
(light shot)
同时照射
fov。
48.lidar
系统常常是至少部分自动化的车辆的必要传感器

在一个实施例中,如图1中所示,机动车辆
100
可以包括设置在车辆的最高位置处
(
例如,在车顶处
)
的单个
lidar
系统
110(
例如,不具有
lidar
系统
120a-f)。

lidar
系统
110
设置在车顶处有助于围绕车辆
100
进行
360
度扫描

在一些其他实施例中,机动车辆
100
可以包括多个
lidar
系统,包括系统
110

/

120a-f
中的两个或更多个

如图1中所示,在一个实施例中,多个
lidar
系统
110

/

120a-f
在车辆的不同位置处附接到车辆
100。
例如,
lidar
系统
120a
在右前拐角处附接到车辆
100

lidar
系统
120b
在前部中心处附接到车辆
100

lidar
系统
120c
在左前拐角处附接到车辆
100

lidar
系统
120d
在右侧后视镜处附接到车辆
100

lidar
系统
120e
在左侧后视镜处附接到车辆
100
;和
/

lidar
系统
120f
在后部中心处附接到车辆
100。
在一些实施例中,
lidar
系统
110

120a-f
是具有它们自己的相应的激光源

控制电子设备

发射器

接收器和
/
或转向机构的独立的
lidar
系统

在其他实施例中,
lidar
系统
110

120a-f
中的一些可以共享一个或多个部件,由此形成分布式传感器系统

在一个示例中,光纤用于将来自集中式激光源的激光递送到所有
lidar
系统

应理解,一个或多个
lidar
系统可以以任何所期望的方式分布并附接到车辆,并且图1仅示出了一个实施例

作为另一个示例,
lidar
系统
120d

120e
可以附接到车辆
100
的b柱,而不是后视镜

作为另一个示例,
lidar
系统
120b
可以附接到车辆
100
的挡风玻璃,而不是前保险杠

49.图2是图示
(
多个
)
车载
lidar
系统
210
与包括车辆感知和规划系统
220
的多个其他系统之间的交互的框图
200。(
多个
)lidar
系统
210
可以被安装在车辆上或集成到车辆
。(
多个
)lidar
系统
210
包括将激光扫描到周围环境以测量物体的距离

角度和
/
或速度的
(
多个
)
传感器

基于返回到
(
多个
)lidar
系统
210
的散射光,它可以生成表示所感知的外部环境的传感器数据
(
例如,图像数据或
3d
点云数据
)。
50.(
多个
)lidar
系统
210
可以包括短程
lidar
传感器

中程
lidar
传感器和远程
lidar
传感器中的一个或多个

短程
lidar
传感器测量位于距
lidar
传感器约
20

40
米的物体

短程
lidar
传感器可以用于例如监测附近的移动物体
(
例如,学校区域中的穿过街道的行人
)、
停车辅助应用等

中程
lidar
传感器测量位于距
lidar
传感器约
100

150
米的物体

中程
lidar
传感器可以用于例如监测道路交叉口

辅助驶入或驶离高速公路等

远程
lidar
传感器测量位于约
150

300
米处的物体

远程
lidar
传感器通常在车辆正以高速行驶
(
例如,在高速公路上
)
时使用,使得车辆的控制系统可能只有几秒钟
(
例如,6至8秒
)
来响应由
lidar
传感器检测到的任何情况

如图2中所示,在一个实施例中,
lidar
传感器数据可以经由通信路径
213
被提供给车辆感知和规划系统
220
,以便进一步处理和控制车辆操作

通信路径
213
可以是可以传送数据的任何有线或无线通信链路

51.仍参考图2,在一些实施例中,
(
多个
)
其他车载传感器
230
用于单独地或与
(
多个
)lidar
系统
210
一起提供附加的传感器数据

其他车载传感器
230
可以包括例如一个或多个相机
232、
一个或多个雷达
234、
一个或多个超声波传感器
236

/

(
多个
)
其他传感器
238。(
多个
)
相机
232
可以拍摄车辆的外部环境的图像和
/
或视频
。(
多个
)
相机
232
可以拍摄例如在每帧中具有数百万像素的高清
(hd)
视频

相机产生单色或彩色图像和视频

对于一些情况,颜色信息在解释数据时可能是重要的
(
例如,解释交通灯的图像
)。
颜色信息可能无法从其他传感器
(
诸如,
lidar
或雷达传感器
)
获得
。(
多个
)
相机
232
可以包括窄焦距相机

宽焦距相机

侧面相机

红外相机

鱼眼相机等中的一个或多个


(
多个
)
相机
232
生成的图像和
/
或视频数据也可以经由通信路径
233
被提供给车辆感知和规划系统
220
,以便进一步处理和控制车辆操作

通信路径
233
可以是可以传送数据的任何有线或无线通信链路

52.(
多个
)
其他车载传感器
230
也可以包括
(
多个
)
雷达传感器
234。(
多个
)
雷达传感器
234
使用无线电波来确定物体的距离

角度和速度
。(
多个
)
雷达传感器
234
产生无线电或微波频谱中的电磁波

电磁波被物体反射,并且所反射的波中的一些返回到雷达传感器,由此提供关于物体的位置和速度的信息
。(
多个
)
雷达传感器
234
可以包括
(
多个
)
短程雷达
、(
多个
)
中程雷达和
(
多个
)
远程雷达中的一个或多个

短程雷达测量距雷达约
0.1

30
米的物体

短程雷达在检测位于车辆附近的物体方面有用,所述车辆附近的物体诸如为其他车辆

建筑物

墙壁

行人

骑自行车的人等

短程雷达可以用于检测盲点

辅助变道

提供追尾碰撞警告

辅助停车

提供紧急制动等

中程雷达测量距雷达约
30

80
米的物体

远程雷达测量位于约
80

200
米处的物体

中程和
/
或远程雷达可以在例如交通跟踪

自适应巡航控制和
/
或公路自动制动方面有用


(
多个
)
雷达传感器
234
生成的传感器数据也可以经由通信路径
233
被提供给车辆感知和规划系统
220
,以便进一步处理和控制车辆操作

53.(
多个
)
其他车载传感器
230
也可以包括
(
多个
)
超声波传感器
236。(
多个
)
超声波传感器
236
使用声学波或脉冲来测量位于车辆外部的物体


(
多个
)
超声波传感器
236
生成的声波被发射到周围环境

所发射的波中的至少一些被物体反射并返回到
(
多个
)
超声波传感器
236。
基于返回信号,可以计算物体的距离
。(
多个
)
超声波传感器
236
可以在例如检查盲点

识别停车点

在交通中提供变道辅助等方面有用


(
多个
)
超声波传感器
236
生成的传感器数据也可以经由通信路径
233
被提供给车辆感知和规划系统
220
,以便进一步处理和控制车辆操作

54.在一些实施例中,一个或多个其他传感器
238
可以附接在车辆中,并且也可以生成传感器数据
。(
多个
)
其他传感器
238
可以包括例如全球定位系统
(gps)、
惯性测量单元
(imu)



(
多个
)
其他传感器
238
生成的传感器数据也可以经由通信路径
233
被提供给车辆感知和规划系统
220
,以便进一步处理和控制车辆操作

应理解,通信路径
233
可以包括一个或多个通信链路,以在各种传感器
230
与车辆感知和规划系统
220
之间传送数据

55.在一些实施例中,如图2中所示,来自
(
多个
)
其他车载传感器
230
的传感器数据可以经由通信路径
231
被提供给
(
多个
)
车载
lidar
系统
210。(
多个
)lidar
系统
210
可以处理来自
(
多个
)
其他车载传感器
230
的传感器数据

例如,来自
(
多个
)
相机
232、(
多个
)
雷达传感器
234、(
多个
)
超声波传感器
236

/

(
多个
)
其他传感器
238
的传感器数据可以与
(
多个
)
传感器数据
lidar
系统
210
相关或融合,由此至少部分地分担由车辆感知和规划系统
220
执行的传感器融合过程

应理解,也可以实施其他配置用于传输和处理来自各种传感器的传感器数据
(
例如,数据可以被传输到云服务以便进行处理,然后处理结果可以被传输回车辆感知和规划系统
220)。
56.仍参考图2,在一些实施例中,
(
多个
)
其他车辆
250
上的传感器用于单独地或与
(
多个
)lidar
系统
210
一起地提供附加的传感器数据

例如,两个或更多个附近的车辆可以具有它们自己的相应的
(
多个
)lidar
传感器
、(
多个
)
相机
、(
多个
)
雷达传感器
、(
多个
)
超声波传感器等

附近的车辆可以彼此通信并共享传感器数据

车辆之间的通信也被称为
v2v(
车辆对车辆
)
通信

例如,如图2中所示,由
(
多个
)
其他车辆
250
生成的传感器数据可以分别经由通信路径
253

/
或通信路径
251
传达到车辆感知和规划系统
220

/

(
多个
)
车载
lidar
系统
210。
通信路径
253

251
可以是可以传送数据的任何有线或无线通信链路

57.共享传感器数据有助于更好地感知车辆外部的环境

例如,第一车辆可能没有感测到在第二车辆后面但正在接近第一车辆的行人

第二车辆可以与第一车辆共享与这个行人相关的传感器数据,使得第一车辆可以具有附加的反应时间来避免与行人碰撞

在一些实施例中,类似于由
(
多个
)
传感器
230
生成的数据,由
(
多个
)
其他车辆
250
上的传感器生成的数据可以与由
(
多个
)lidar
系统
210
生成的传感器数据相关或融合,由此至少部分地分担由车辆感知和规划系统
220
执行的传感器融合过程

58.在一些实施例中,
(
多个
)
智能基础设施系统
240
用于单独地或与
(
多个
)lidar
系统
210
一起地提供传感器数据

某些基础设施可以被配置成与车辆通信以传达信息,反之亦然

车辆与基础设施之间的通信通常被称为
v2i(
车辆对基础设施
)
通信

例如,
(
多个
)
智能基础设施系统
240
可以包括智能交通灯,该智能交通灯可以在诸如“5
秒内变为黄色”的消息中将其状态传达给正在靠近的车辆
。(
多个
)
智能基础设施系统
240
还可以包括它自己的安装在交叉口附近的
lidar
系统,使得其可以向车辆传达交通监测信息

例如,在交叉口左转的车辆可能没有足够的感测能力,因为它自己的传感器中的一些可能被相反方向上的车辆阻挡

在此类情况下,
(
多个
)
智能基础设施系统
240
的传感器可以向左转的车辆提供有用的

有时是重要的数据

此类数据可以包括例如交通状况

在车辆转向的方向上的物体的信息

交通灯状态和预测等


(
多个
)
智能基础设施系统
240
生成的传感器数据可以分别经由通信路径
243

/

241
提供给车辆感知和规划系统
220

/

(
多个
)
车载
lidar
系统
210。
通信路径
243

/

241
可以包括可以传送数据的任何有线或无线通信链路

例如,来自
(
多个
)
智能基础设施系统
240
的传感器数据可以传输到
(
多个
)lidar
系统
210
,并且与由
(
多个
)lidar
系统
210
生成的传感器数据相关或融合,由此至少部分地分担由车辆感知和规划系统
220
执行的传感器融合过程

上文所描述的
v2v

v2i
通信是车辆对
x(v2x)
通信的示例,其中“x”表示可以与车辆共享数据的任何其他装置

系统

传感器

基础设施等

59.仍参考图2,经由各种通信路径,车辆感知和规划系统
220

(
多个
)lidar
系统
210、(
多个
)
其他车载传感器
230、(
多个
)
其他车辆
250

/

(
多个
)
智能基础设施系统
240
中的一个或多个接收传感器数据

在一些实施例中,不同类型的传感器数据通过传感器融合子系统
222
来相关和
/
或集成

例如,传感器融合子系统
222
可以使用由设置在车辆的不同位置处的多个相机捕获的多个图像或视频来生成
360
度模型

传感器融合子系统
222
从不同类型的
传感器获得传感器数据,并使用组合的数据来更准确地感知环境

例如,车载相机
232
可能无法捕获清晰的图像,因为它直接面对太阳或光源
(
例如,在夜间期间的另一个车辆的前灯
)。lidar
系统
210
可能不会受到同样多的影响,因此传感器融合子系统
222
可以组合由相机
232

lidar
系统
210
提供的传感器数据,并且使用由
lidar
系统
210
提供的传感器数据来补偿由相机
232
捕获的不清晰图像

作为另一个示例,在下雨或有雾的天气,雷达传感器
234
可能比相机
232

lidar
系统
210
工作得更好

因此,传感器融合子系统
222
可以使用由雷达传感器
234
提供的传感器数据来补偿由相机
232

lidar
系统
210
提供的传感器数据

60.在其他示例中,由
(
多个
)
其他车载传感器
230
生成的传感器数据可能具有较低的分辨率
(
例如,雷达传感器数据
)
,因此可能需要由通常具有较高分辨率的
(
多个
)lidar
系统
210
进行关联和确认

例如,雷达传感器
234
可能将井盖
(
也称为检修孔盖
)
检测为车辆正在接近的物体

由于雷达传感器
234
的低分辨率特性,车辆感知和规划系统
220
可能不能确定物体是否是车辆需要避开的障碍物

因此,由
(
多个
)lidar
系统
210
生成的高分辨率传感器数据可以用于进行关联并确认物体是井盖并且不会对车辆造成损害

61.车辆感知和规划系统
220
进一步包括物体分类器
223。
使用原始传感器数据和
/
或由传感器融合子系统
222
提供的关联
/
融合数据,物体分类器
223
可以检测和分类物体并估计物体的位置

在一些实施例中,物体分类器
233
可以使用基于机器学习的技术来检测和分类物体

基于机器学习的技术的示例包括利用诸如以下的算法:基于区域的卷积神经网络
(r-cnn)、
快速
r-cnn、
更快
r-cnn、
定向梯度直方图
(hog)、
基于区域的全卷积网络
(r-fcn)、
单发检测器
(ssd)、
空间金字塔池化
(spp-net)

/

you only look once(
只看一次,
yolo)。
62.车辆感知和规划系统
220
进一步包括道路检测子系统
224。
道路检测子系统
224
定位道路并识别道路上的物体和
/
或标记

例如,基于由
(
多个
)
雷达传感器
234、(
多个
)
相机
232

/

(
多个
)lidar
系统
210
提供的原始或融合传感器数据,道路检测子系统
224
可以基于机器学习技术
(
例如,用于识别车道的模式辨识算法
)
构建道路的
3d
模型

使用道路的
3d
模型,道路检测子系统
224
可以识别物体
(
例如,道路上的障碍物或碎片
)

/
或道路上的标记
(
例如,车道线

转弯标志

人行横道标志等
)。
63.车辆感知和规划系统
220
进一步包括定位和车辆姿态子系统
225。
基于原始或融合传感器数据,定位和车辆姿态子系统
225
可以确定车辆的位置和车辆的姿态

例如,使用来自
(
多个
)lidar
系统
210、(
多个
)
相机
232
的传感器数据和
/
或使用
gps
数据,定位和车辆姿态子系统
225
可以确定车辆在道路上的准确位置和车辆的六个自由度
(
例如,车辆是向前还是向后

向上还是向下

以及向左还是向右移动
)。
在一些实施例中,高清
(hd)
地图用于车辆定位
。hd
地图可以提供精确确定车辆位置的非常详细的三维计算机化地图

例如,使用
hd
地图,定位和车辆姿态子系统
225
可以精确地确定车辆的当前位置
(
例如,车辆当前在道路的哪个车道中,它离马路牙子或人行道有多近
)
并预测车辆的未来位置

64.车辆感知和规划系统
220
进一步包括障碍物预测器
226。
由物体分类器
223
识别的物体可以是静止的
(
例如,灯杆

路标
)
或动态的
(
例如,移动的行人

自行车

另一辆汽车
)。
对于移动物体,预测它们的移动路径或未来位置对于避免碰撞而言可以是重要的

障碍物预测器
226
可以预测障碍物轨迹和
/
或警告驾驶员或车辆规划子系统
228
关于潜在碰撞

例如,如果存在障碍物的轨迹与车辆的当前移动路径相交的高的可能性,则障碍物预测器
226
可以生成此类警告

障碍物预测器
226
可以使用各种技术来进行此类预测

此类技术包括例如恒定速度或加速度模型

恒定转弯速率和速度
/
加速度模型

基于卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器的模型

基于递归神经网络
(rnn)
的模型

基于长短期记忆
(lstm)
神经网络的模型

编码器-解码器
rnn
模型等

65.仍参考图2,在一些实施例中,车辆感知和规划系统
220
进一步包括车辆规划子系统
228。
车辆规划子系统
228
可以包括路线规划器

驾驶行为规划器和移动规划器

路线规划器可以基于车辆的当前位置数据

目标位置数据

交通信息等来规划车辆的路线

驾驶行为规划器使用由障碍物预测器
226
提供的障碍预测结果基于其他物体可能如何移动来调整定时和所规划的移动

运动规划器确定车辆需要遵循的特定操作

然后规划结果经由车辆接口
270
传达到车辆控制系统
280。
可以通过通信路径
223

271
来执行通信,这些通信路径包括可以传送数据的任何有线或无线通信链路

66.车辆控制系统
280
控制车辆的转向机构

油门

刹车等,以根据所规划的路线和移动来操作车辆

车辆感知和规划系统
220
可以进一步包括用户接口
260
,该用户接口
260
向用户
(
例如,驾驶员
)
提供对车辆控制系统
280
的访问,例如以在必要时操控或接管车辆的控制

用户接口
260
可以与车辆感知和规划系统
220
通信,例如以获得和显示原始或融合的传感器数据

所识别的物体

车辆的位置
/
姿态等

这些显示的数据可以帮助用户更好地操作车辆

用户接口
260
可以分别经由通信路径
221

261
与车辆感知和规划系统
220

/
或车辆控制系统
280
通信,这些通信路径包括可以传送数据的任何有线或无线通信链路

应理解,图2中的各种系统

传感器

通信链路和接口可以以任何所期望的方式配置,并且不限于图2中所示的配置

67.图3是图示示例性
lidar
系统
300
的框图
。lidar
系统
300
可以用于实施图1和图2中所示的
lidar
系统
110、120a-f

/

210。
在一个实施例中,
lidar
系统
300
包括激光源
310、
发射器
320、
光学接收器和光检测器
330、
转向系统
340
和控制电路系统
350。
这些部件使用通信路径
312、314、322、332、343、352

362
联接在一起

这些通信路径包括各种
lidar
系统部件当中的通信链路
(
有线或无线

双向或单向
)
,但不需要是物理部件本身

尽管这些通信路径可以由一条或多条电线

总线或光纤来实施,但是这些通信路径也可以是无线信道或自由空间光学路径,使得不存在物理通信介质

例如,在
lidar
系统
300
的一个实施例中,激光源
310
与发射器
320
之间的通信路径
314
可以使用一个或多个光纤来实施

通信路径
332

352
可以表示使用自由空间光学部件和
/
或光纤实施的光学路径

并且,通信路径
312、322、342

362
可以使用携载电信号的一条或多条电线来实施

这些通信路径还可以包括以上类型的通信介质中的一个或多个
(
例如,它们可以包括光纤和自由空间光学部件,或者包括一个或多个光纤和一条或多条电线
)。
68.lidar
系统
300
还可以包括图3中未描绘的其他部件,诸如电力总线

电源
、led
指示器

开关等

附加地,部件之间可以存在其他通信连接,诸如光源
310
与光学接收器和光检测器
330
之间的直接连接,以提供参考信号,使得可以准确地测量从发射光脉冲时直到检测到返回光脉冲的时间

69.激光源
310
输出用于照射视场
(fov)
中的物体的激光

激光源
310
可以例如是基于半导体的激光器
(
例如,二极管激光器
)

/
或基于光纤的激光器

基于半导体的激光器可以例如是边缘发射激光器
(eel)、
竖直腔面发射激光器
(vcsel)


基于光纤的激光器是其中
有源增益介质是掺杂有稀土元素
(
诸如,铒









铥和
/
或钬
)
的光纤的激光器

在一些实施例中,光纤激光器基于双包层光纤,在该双包层光纤中增益介质形成由两层包层所包围的光纤的芯部

双包层光纤允许利用高功率光束泵浦芯部,由此使得激光源能够成为高功率光纤激光源

70.在一些实施例中,激光源
310
包括主振荡器
(
也称为种子激光器
)
和功率放大器
(mopa)。
功率放大器放大种子激光器的输出功率

功率放大器可以是光纤放大器


(bulk)
放大器或半导体光学放大器

种子激光器可以是二极管激光器
(
例如,法布里-珀罗腔激光器

分布反馈型激光器
)、
固态体
(bulk)
激光器或可调谐外腔二极管激光器

在一些实施例中,激光源
310
可以是光泵浦微芯片激光器

微芯片激光器是免对准的单片固态激光器,其中激光晶体直接与激光谐振器的端镜接触

微芯片激光器通常利用激光二极管泵浦
(
直接地或使用光纤
)
以获得所期望的输出功率

微芯片激光器可以基于掺钕钇铝石榴石
(y3al5o
12
)
激光晶体
(

nd:yag)、
或掺钕钒酸盐
(

nd:yvo4)
激光晶体

71.图4是图示示例性的基于光纤的激光源
400
的框图,该基于光纤的激光源
400
具有种子激光器和用于泵浦所期望的输出功率的一个或多个泵
(
例如,激光二极管
)。
基于光纤的激光源
400
是图3中所描绘的激光源
310
的示例

在一些实施例中,基于光纤的激光源
400
包括种子激光器
402
以生成一个或多个波长
(
例如,
1550nm)
的初始光脉冲,该初始光脉冲经由光纤
403
被提供给波分多路复用器
(wdm)404。
基于光纤的激光源
400
进一步包括泵
406
以用于经由光纤
405

(
例如,不同波长的,诸如
980nm)
激光功率提供给
wdm 404。wdm 404
将由种子激光器
402
提供的光脉冲和由泵
406
提供的激光功率多路复用到单个光纤
407


然后,
wdm 404
的输出可以经由光纤
407
被提供给一个或多个前置放大器
408。(
多个
)
前置放大器
408
可以是放大光学信号的
(
多个
)
光学放大器
(
例如,具有约
20

30db
的增益
)。
在一些实施例中,
(
多个
)
前置放大器
408
是低噪声放大器
。(
多个
)
前置放大器
408
经由光纤
409
输出到组合器
410。
组合器
410

(
多个
)
前置放大器
408
的输出的激光与由泵
412
经由光纤
411
提供的激光功率相组合

组合器
410
可以组合具有相同波长或不同波长的光学信号

组合器的一个示例是
wdm。
组合器
410
将脉冲提供给升压放大器
414
,该升压放大器
414
经由光纤
410
产生输出的光脉冲

升压放大器
414
提供光学信号的进一步放大

然后,输出的光脉冲可以被发射到发射器
320

/
或转向机构
340(
在图3中示出
)。
应理解,图4图示了基于光纤的激光源
400
的一种示例性配置

激光源
400
可以使用图4中所示的一个或多个部件和
/
或图4中未示出的其他部件
(
例如,诸如电源

透镜

滤光器

分光器

组合器等的其他部件
)
的不同组合而具有许多其他配置

72.在一些变型中,可以
(
例如,由控制电路系统
350)
控制基于光纤的激光源
400
以基于在基于光纤的激光源
400
中使用的光纤的光纤增益曲线来产生不同幅值的脉冲

通信路径
312
将基于光纤的激光源
400
联接到控制电路系统
350(
在图3中示出
)
,使得基于光纤的激光源
400
的部件可以由控制电路系统
350
控制或以其他方式与控制电路系统
350
通信

替代性地,基于光纤的激光源
400
可以包括它自己的专用控制器

代替控制电路系统
350
直接与基于光纤的激光源
400
的部件通信的做法是,基于光纤的激光源
400
的专用控制器与控制电路系统
350
通信并控制基于光纤的光源
400
的部件和
/
或与这些部件通信

基于光纤的光源
400
还可以包括未示出的其他部件,诸如一个或多个电源连接器

电源和
/
或电力线

73.参考图3,激光源
310
的典型操作波长包括例如约
850nm、

905nm、

940nm、

1064nm
和约
1550nm。
最大可用激光功率的上限由
u.s.fda(
美国食品和药物管理局
)
规则设定
。1550nm
波长下的光学功率极限比其他前述波长的光学功率极限高得多

进一步地,在
1550nm
下,光纤中的光学功率损耗是低的
。1550nm
波长的这些特性使其更有益于远程
lidar
应用

从激光源
310
输出的光学功率的量可以由其峰值功率

平均功率和脉冲能量来表征

峰值功率是脉冲能量与脉冲的宽度
(
例如,半峰全宽或
fwhm)
的比值

因此,对于固定量的脉冲能量,较小的脉冲宽度可以提供较大的峰值功率

脉冲宽度可以在纳秒或皮秒的范围内

平均功率是脉冲的能量和脉冲重复率
(prr)
的乘积

如下文更详细描述的,
prr
表示脉冲激光的频率
。prr
通常对应于
lidar
系统可以测量的最大范围

激光源
310
可以被配置成在高
prr
下产生脉冲,以满足由
lidar
系统生成的点云中的期望数量的数据点

激光源
310
也可以被配置成在中或低
prr
下产生脉冲,以满足所期望的最大检测距离

墙插效率
(wpe)
是评估总功耗的另一个因素,其可以是评估激光器效率的关键指标

例如,如图1中所示,多个
lidar
系统可以附接到车辆,该车辆可以是电动车辆或者在其他方面具有有限燃料或电池电力供应的车辆

因此,当选择和配置激光源
310

/
或设计用于安装在车辆上的
lidar
应用的激光递送系统时,高
wpe
且智能的使用激光功率的方式常常是重要的考虑因素

74.应理解,以上描述提供了激光源
310
的非限制性示例

激光源
310
可以被配置成包括许多其他类型的光源
(
例如,激光二极管

短腔光纤激光器

固态激光器和
/
或可调谐外腔二极管激光器
)
,这些光源被配置成生成各种波长下的一个或多个光信号

在一些示例中,光源
310
包括放大器
(
例如,前置放大器和
/
或升压放大器
)
,这些放大器可以是掺杂光纤放大器

固态体放大器和
/
或半导体光学放大器

这些放大器被配置成接收光信号并以所期望的增益放大这些光信号

75.返回参考图3,
lidar
系统
300
进一步包括发射器
320。
激光源
310
将激光
(
例如,呈激光束的形式
)
提供给发射器
320。
由激光源
310
提供的激光可以是具有预定或受控波长

脉冲重复率和
/
或功率水平的放大的激光

发射器
320
从激光源
310
接收激光,并以低发散度将激光发射到转向机构
340。
在一些实施例中,发射器
320
可以包括例如光学部件
(
例如,透镜

光纤

镜子等
)
以用于直接地或经由转向机构
340
将激光束发射到视场
(fov)。
尽管图3将发射器
320
和转向机构
340
图示为单独的部件,但是在一些实施例中,它们可以组合或集成为一个系统

下文更详细地描述转向机构
340。
76.由激光源
310
提供的激光束可能随着其行进到发射器
320
而发散

因此,发射器
320
常常包括准直透镜,该准直透镜被配置成收集发散的激光束并以减小或最小的发散度产生更加平行的光束

然后可以通过各种光学器件
(
诸如,镜子和透镜
)
来进一步引导准直光束

准直透镜可以例如是单个平凸透镜或透镜组

准直透镜可以被配置成实现任何所期望的性质,诸如光束直径

发散度

数值孔径

焦距等

光束传播比或光束质量因子
(
也称为
m2因子
)
用于测量激光束质量

在许多
lidar
应用中,在所生成的发射激光束中具有良好的激光束质量是重要的
。m2因子表示光束从理想高斯光束的变化程度

因此,
m2因子反映了准直激光束可以多好地聚焦在小点上,或者发散的激光束可以多好地被准直

因此,激光源
310

/
或发射器
320
可以被配置成满足例如扫描分辨率要求,同时保持所期望的
m2因子

77.由转向机构
340
将由发射器
320
提供的光束中的一个或多个扫描到
fov。
转向机构
340
在多个维度上
(
例如,在水平和垂直维度上
)
扫描光束,以有助于
lidar
系统
300
通过生成
3d
点云来绘制环境

将在下文更详细地描述转向机构
340。
扫描到
fov
的激光可能被
fov
中的
物体散射或反射

散射光或反射光中的至少一部分返回到
lidar
系统
300。
图3进一步示出了被配置成接收返回光的光学接收器和光检测器
330。
光学接收器和光检测器
330
包括被配置成收集来自
fov
的返回光的光学接收器

光学接收器可以包括用于接收

重定向

聚焦

放大和
/
或滤波来自
fov
的返回光的光学器件
(
例如,透镜

光纤

镜子等
)。
例如,光学接收器常常包括收集透镜
(
例如,单个平凸透镜或透镜组
)
以收集返回光和
/
或将所收集的返回光聚焦到光检测器上

78.光检测器检测由光学接收器聚焦的返回光,并生成与返回光的入射强度成比例的电流和
/
或电压信号

基于此类电流和
/
或电压信号,可以推导出物体在
fov
中的深度信息

用于推导出此类深度信息的一种示例性方法是基于直接
tof(
飞行时间
)
,这在下文进行更详细描述

光检测器可以由其检测灵敏度

量子效率

检测器带宽

线性度

信噪比
(snr)、
抗过载性

抗干扰性等表征

基于应用,光检测器可以被配置或定制成具有任何所期望的特性

例如,光学接收器和光检测器
330
可以被配置成使得光检测器具有大的动态范围,同时具有良好的线性度

光检测器线性度指示检测器的保持输入光学信号功率与检测器的输出之间的线性关系的能力

具有良好线性度的检测器可以在大的动态输入光学信号范围内保持线性关系

79.为了实现所期望的检测器特性,可以对光检测器的结构和
/
或检测器的材料系统进行配置或定制

各种检测器结构可以用于光检测器

例如,光检测器结构可以是基于
pin
的结构,其在
p
型半导体与n型半导体区域之间具有未掺杂的本征半导体区域
(
即,“i”区域
)。
其他光检测器结构包括例如基于
apd(
雪崩光电二极管
)
的结构

基于
pmt(
光电倍增管
)
的结构

基于
sipm(
硅光电倍增管
)
的结构

基于
spad(
单光子雪崩二极管
)
的结构


/
或量子线

对于光检测器中使用的材料系统,可以使用基于
si、ingaas

/

si/ge
的材料

应理解,可以在光学接收器和光检测器
330
中使用许多其他检测器结构和
/
或材料系统

80.光检测器
(
例如,基于
apd
的检测器
)
可以具有内部增益,使得在生成输出信号时放大输入信号

然而,由于光检测器的内部增益,噪声也可能被放大

常见类型的噪声包括信号散粒噪声

暗电流散粒噪声

热噪声和放大器噪声
(tia)。
在一些实施例中,光学接收器和光检测器
330
可以包括作为低噪声放大器
(lna)
的前置放大器

在一些实施例中,前置放大器还可以包括
tia
跨阻抗放大器,其将电流信号转换成电压信号

对于线性检测器系统,输入等效噪声或噪声等效功率
(nep)
衡量光检测器对弱信号的敏感程度

因此,它们可以用作整体系统性能的指标

例如,光检测器的
nep
指定可以被检测到的最弱信号的功率,因此它进而指定
lidar
系统的最大范围

应理解,可以使用各种光检测器优化技术来满足
lidar
系统
300
的要求

此类优化技术可以包括选择不同的检测器结构

材料和
/
或实施信号处理技术
(
例如,滤波

降噪

放大等
)。
例如,除了使用对返回信号的直接检测
(
例如,通过使用
tof)
之外或代替使用对返回信号的直接检测的是,也可以使用相干检测用于光检测器

相干检测允许通过利用本地振荡器干涉接收到的光来检测接收到的光的幅值和相位信息

相干检测可以改进检测灵敏度和抗噪声性

81.图3进一步图示了
lidar
系统
300
包括转向机构
340。
如上文所描述的,转向机构
340
引导来自发射器
320
的光束以在多个维度上扫描
fov。
转向机构被称为光栅机构或扫描机构

在多个方向上
(
例如,在水平方向和竖直方向上
)
扫描光束有助于
lidar
系统通过生成图像或
3d
点云来绘制环境

转向机构可以基于机械扫描和
/
或固态扫描

机械扫描使用旋转镜
来转向激光束或物理旋转
lidar
发射器和接收器
(
统称为收发器
)
来扫描激光束

固态扫描在不机械地移动任何宏观部件
(
诸如收发器
)
的情况下将激光束引导通过
fov
到达各种位置

固态扫描机构包括基于光学相控阵的转向和基于闪光
lidar
的转向

在一些实施例中,由于固态扫描机构不物理地移动宏观部件,因此由固态扫描机构执行的转向可以被称为有效转向

使用固态扫描的
lidar
系统也可以被称为非机械扫描或简单地称为非扫描
lidar
系统
(
闪光
lidar
系统是示例性非扫描
lidar
系统
)。
82.转向机构
340
可以与收发器
(
例如,发射器
320
以及光学接收器和光检测器
330)
一起使用来扫描
fov
以生成图像或
3d
点云

作为示例,为了实施转向机构
340
,二维机械扫描仪可以与一个单点收发器或多个单点收发器一起使用

单点收发器将单个光束或少量光束
(
例如,2至8个光束
)
发射到转向机构

二维机械转向机构包括例如
(
多个
)
多面镜
、(
多个
)
振荡镜
、(
多个
)
旋转棱镜
、(
多个
)
旋转倾斜镜面或其组合

在一些实施例中,转向机构
340
可以包括
(
多个
)
非机械转向机构,诸如
(
多个
)
固态转向机构

例如,转向机构
340
可以基于结合折射效应的激光的调谐波长


/
或基于可重新配置的光栅
/
相位阵列

在一些实施例中,转向机构
340
可以使用单个扫描装置来实现二维扫描,或者使用组合的两个装置来实现二维扫描

83.作为另一个示例,为了实施转向机构
340
,一维机械扫描仪可以与单点收发器的阵列或大量单点收发器一起使用

具体来说,收发器阵列可以安装在旋转平台上,以实现
360
度水平视场

替代性地,静态收发器阵列可以与一维机械扫描仪组合

一维机械扫描仪包括
(
多个
)
多面镜
、(
多个
)
振荡镜
、(
多个
)
旋转棱镜
、(
多个
)
旋转倾斜镜面,以用于获得前视水平视场

使用机械扫描仪的转向机构可以为汽车应用提供在大量生产方面的稳健性和可靠性

84.作为另一个示例,为了实施转向机构
340
,可以使用二维收发器来直接生成扫描图像或
3d
点云

在一些实施例中,可以使用拼接或微移位方法来改进扫描图像或被扫描的视场的分辨率

例如,使用二维收发器,在一个方向
(
例如,水平方向
)
处生成的信号和在另一方向
(
例如,竖直方向
)
处生成的信号可以被集成

交织和
/
或匹配,以生成表示所扫描的
fov
的更高或全分辨率的图像或
3d
点云

85.转向机构
340
的一些实施方式包括一个或多个光学重定向元件
(
例如,镜子或透镜
)
,所述一个或多个光学重定向元件使返回光信号沿着接收路径转向
(
例如,通过旋转

振动或引导
)
,以将返回光信号引导到光学接收器和光检测器
330。
沿着发射路径和接收路径引导光信号的光学重定向元件可以是相同的
(
例如,共享的
)
部件

单独的
(
例如,专用的
)
部件


/
或共享的和单独的部件的组合

这意味着,在一些情况下,发射路径和接收路径是不同的,但它们可以部分地重叠
(
或者在一些情况下是大致重叠
)。
86.仍参考图3,
lidar
系统
300
进一步包括控制电路系统
350。
控制电路系统
350
可以被配置成和
/
或编程为控制
lidar
系统
300
的各个部分和
/
或执行信号处理

在典型的系统中,控制电路系统
350
可以被配置成和
/
或编程为执行一个或多个控制操作,包括例如:控制激光源
310
以获得所期望的激光脉冲时间

重复率和功率;控制转向机构
340(
例如,控制速度

方向和
/
或其他参数
)
以扫描
fov
并保持像素配准
/
对准;控制光学接收器和光检测器
330(
例如,控制灵敏度

降噪

滤波和
/
或其他参数
)
使得其处于最佳状态;以及监测整体系统健康
/
功能安全状态

87.控制电路系统
350
还可以被配置成和
/
或编程为对由光学接收器和光检测器
330
生成的原始数据进行信号处理,以推导出距离和反射率信息,并执行数据打包以及与车辆感知和规划系统
220(
在图2中示出
)
通信

例如,控制电路系统
350
确定从发射光脉冲到接收到对应的返回光脉冲所花费的时间;确定对于所发射的光脉冲何时没有接收到返回光脉冲;确定所发射的光脉冲
/
返回光脉冲的方向
(
例如,水平和
/
或竖直信息
)
;确定特定方向上的所估计的范围;和
/
或确定与
lidar
系统
300
相关的任何其他类型的数据

88.lidar
系统
300
可以设置在车辆中,该车辆可在许多种不同环境中操作,包括炎热或寒冷天气

可能引起强烈振动的崎岖路况

高湿度或低湿度

多尘区域等

因此,在一些实施例中,
lidar
系统
300
的光学和
/
或电子部件
(
例如,发射器
320
中的光学器件

光学接收器和光检测器
330、
以及转向机构
340)
以保持长期机械和光学稳定性的方式来设置或配置

例如,
lidar
系统
300
中的部件可以被固定和密封,使得它们可以在车辆可能遇到的所有状况下操作

作为示例,可以将防潮涂层和
/
或气密密封应用于发射器
320
的光学部件

光学接收器和光检测器
330、
以及转向机构
340(
以及易受湿气影响的其他部件
)。
作为另一个示例,可以在
lidar
系统
300
中使用
(
多个
)
壳体
、(
多个
)
外壳和
/
或窗口,以用于提供所期望的特性,诸如硬度

防护
(ip)
等级

自清洁能力

耐化学性和抗冲击性等

另外,可以使用用于组装
lidar
系统
300
的高效且经济的方法来满足
lidar
操作要求,同时保持低成本

89.本领域普通技术人员应理解,图3和以上描述仅用于说明性目的,并且
lidar
系统可以包括其他功能单元

块或段,并且可以包括这些上述功能单元

块或段的变化或组合

例如,
lidar
系统
300
还可以包括图3中未描绘的其他部件,诸如电力总线

电源
、led
指示器

开关等

附加地,可以存在部件之间的其他连接,诸如光源
310
与光学接收器和光检测器
330
之间的直接连接,使得光检测器
330
可以准确地测量从光源
310
发射光脉冲时直到光检测器
330
检测到返回光脉冲的时间

90.图3中所示的这些部件使用通信路径
312、314、322、332、342、352

362
联接在一起

这些通信路径表示各种
lidar
系统部件之间的通信
(
双向或单向
)
,但不需要是物理部件本身

尽管这些通信路径可以由一条或多条电线

总线或光纤来实施,但是这些通信路径也可以是无线信道或露天光学路径,使得不存在物理通信介质

例如,在一个示例性
lidar
系统中,通信路径
314
包括一个或多个光纤;通信路径
352
表示光学路径;并且通信路径
312、322、342

362
全部都是携载电信号的电线

这些通信路径还可以包括以上类型的通信介质中的一种以上
(
例如,它们可以包括光纤和光学路径,或者包括一个或多个光纤和一条或多条电线
)。
91.如上文所描述的,一些
lidar
系统使用光信号
(
例如,光脉冲
)
的飞行时间
(tof)
来确定到光路中的物体的距离

例如,参考图
5a
,示例性
lidar
系统
500
包括激光源
(
例如,光纤激光器
)、
转向系统
(
例如,一个或多个移动镜的系统
)
和光检测器
(
例如,具有一个或多个光学器件的光子检测器
)。lidar
系统
500
可以使用例如上文所描述的
lidar
系统
300
来实施
。lidar
系统
500
沿着如由
lidar
系统
500
的转向系统确定的光路
504
发射光脉冲
502。
在所描绘的示例中,由激光源生成的光脉冲
502
是激光的短脉冲

进一步地,
lidar
系统
500
的信号转向系统是脉冲信号转向系统

然而,应了解,
lidar
系统可以通过生成

发射和检测非脉冲的光学信号来操作,并且使用除飞行时间以外的技术来推导出到周围环境中的物体的距离

例如,一些
lidar
系统使用调频连续波
(
即,“fmcw”)。
应进一步了解,本文中关于使用脉冲信
号的基于飞行时间的系统所描述的技术中的任何一种也可以适用于不使用这些技术中的一种或两种技术的
lidar
系统

92.返回参考图
5a(
例如,图示了使用光脉冲的飞行时间
lidar
系统
)
,当光脉冲
502
到达物体
506
时,光脉冲
502
散射或反射以生成返回光脉冲
508。
返回光脉冲
508
可以沿着光路
510
返回到系统
500。
可以测量从所发射的光脉冲
502
离开
lidar
系统
500
时到返回光脉冲
508
返回到
lidar
系统
500
处时的时间
(
例如,通过
lidar
系统内的处理器或其他电子设备,诸如控制电路系统
350)。
结合已知光速的该飞行时间可以用于确定从
lidar
系统
500
到散射或反射光脉冲
502
的物体
506
的部分的范围
/
距离

93.如图
5b
所描绘的,通过引导许多光脉冲,
lidar
系统
500
扫描外部环境
(
例如,通过分别沿着光路
504、524、528、532
引导光脉冲
502、522、526、530)。
如图
5c
所描绘的,
lidar
系统
500
接收返回光脉冲
508、542、548(
这些返回光脉冲分别对应于所发射的光脉冲
502、522、530)。
返回光脉冲
508、542

548
通过由物体
506

514
中的一个物体散射或反射所发射的光脉冲而生成

返回光脉冲
508、542

548
可以分别沿着光路
510、544

546
返回到
lidar
系统
500。
基于
(
如由
lidar
系统
500
所确定的
)
所发射的光脉冲的方向以及所计算的从
lidar
系统
500
到散射或反射光脉冲的物体的部分
(
例如,物体
506

514
的部分
)
的距离,可检测范围
(
例如,包括路径
504

532
之间的视场
)
内的外部环境可以被精确地绘制或标绘
(
例如,通过生成
3d
点云或图像
)。
94.如果对于特定的所发射的光脉冲没有接收到对应的光脉冲,则可以确定在
lidar
系统
500
的可检测范围内没有物体
(
例如,物体超出
lidar
系统
500
的最大扫描距离
)。
例如,在图
5b
中,光脉冲
526
可能没有对应的返回光脉冲
(
如图
5c
中所图示
)
,因为光脉冲
526
可能未在预定的检测范围内沿着其发射路径
528
产生散射事件
。lidar
系统
500
或与
lidar
系统
500
通信的外部系统
(
例如,云系统或服务
)
可以将缺少返回光脉冲解释为在
lidar
系统
500
的可检测范围内没有沿着光路
528
设置物体

95.在图
5b
中,光脉冲
502、522、526

530
可以按任何顺序

串行

并行或基于相对于彼此的其他时间来发射

附加地,尽管图
5b
将所发射的光脉冲描绘为在一个维度或一个平面
(
例如,纸平面
)
中被引导,但是
lidar
系统
500
也可以沿着
(
多个
)
其他维度或
(
多个
)
平面引导所发射的光脉冲

例如,
lidar
系统
500
还可以在垂直于图
5b
中所示的维度或平面的维度或平面中引导所发射的光脉冲,由此形成光脉冲的2维发射

光脉冲的这种2维发射可以是逐点的

逐行的

同时的或者以其他方式进行

来自光脉冲的1维发射的点云或图像
(
例如,单条水平线
)
可以生成2维数据
(
例如,
(1)
来自水平传输方向的数据和
(2)
到物体的范围或距离
)。
类似地,来自光脉冲的2维发射的点云或图像可以生成3维数据
(
例如,
(1)
来自水平传输方向的数据,
(2)
来自竖直传输方向的数据,以及
(3)
到物体的范围或距离
)。
一般来说,执行光脉冲的n维发射的
lidar
系统生成
(n 1)
维数据

这是因为,
lidar
系统可以测量物体的深度或者到物体的范围
/
距离,这提供了数据的额外维度

因此,由
lidar
系统进行的
2d
扫描可以生成用于绘制
lidar
系统的外部环境的
3d
点云

96.点云的密度是指由
lidar
系统执行的每一个区域的测量
(
数据点
)


点云密度与
lidar
扫描分辨率相关

通常,至少对于感兴趣区域
(roi)
,期望更大的点云密度,因此期望更高的分辨率


lidar
系统生成的点云或图像中的点密度等于脉冲的数量除以视场

在一些实施例中,视场可以是固定的

因此,为了增加由一组发射-接收光学器件
(
或收发器光学
器件
)
生成的点的密度,
lidar
系统可能需要更频繁地生成脉冲

换句话说,需要具有更高脉冲重复率
(prr)
的光源

另一方面,通过更频繁地生成并发射脉冲,
lidar
系统能够检测到的最远距离可能是有限的

例如,如果在系统发射下一脉冲之后从远处的物体接收到返回信号,则返回信号可能以与发射对应信号的顺序不同的顺序被检测到,由此如果系统不能正确地将返回信号与所发射的信号相关,则引起模糊性

97.为了进行说明,考虑可以发射具有在
500khz

1mhz
之间的重复率的激光脉冲的示例性
lidar
系统

基于脉冲返回到
lidar
系统所花费的时间,并且为了避免混淆来自常规
lidar
设计中的连续脉冲的返回脉冲,对于
500khz

1mhz

lidar
系统能够检测的最远距离可以分别是
300
米和
150


具有
500khz
的重复率的
lidar
系统的点密度是具有
1mhz
的重复率的
lidar
系统的点密度的一半

因此,该示例表明,如果系统不能正确地将无序到达的返回信号相关联,则将重复率从
500khz
增加到
1mhz(
并因此提高系统的点密度
)
可能会减小系统的检测范围

使用各种技术来减轻较高
prr
与有限检测范围之间的折衷

例如,可以使用多个波长来检测不同范围内的物体

光学和
/
或信号处理技术也用于在所发射的光信号与返回光信号之间进行相关联

98.本文中所描述的各种系统

设备和方法可以使用数字电路系统或使用一个或多个计算机来实施,所述一个或多个计算机使用公知的计算机处理器

存储器单元

存储装置

计算机软件和其他部件

通常,计算机包括用于执行指令的处理器

以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器

计算机还可以包括或联接到一个或多个大容量存储装置,诸如一个或多个磁盘

内部硬盘和可移除的磁盘

磁光盘

光盘等

99.本文中所描述的各种系统

设备和方法可以使用以客户端-服务器关系操作的计算机来实施

通常,在此类系统中,客户端计算机被定位成远离服务器计算机并经由网络进行交互

客户端-服务器关系可以由在相应的客户端和服务器计算机上运行的计算机程序来定义和控制

客户端计算机的示例可以包括台式计算机

工作站

便携式计算机

蜂窝智能手机

平板电脑或其他类型的计算装置

100.本文中所描述的各种系统

设备和方法可以使用有形地体现在信息载体中
(
例如,在非暂时性机器可读存储装置中
)
的计算机程序产品来实施,以便由可编程处理器执行;并且本文中所描述的方法过程和步骤可以使用能够由此类处理器执行的一个或多个计算机程序来实施

计算机程序是能够在计算机中直接地或间接地使用以执行某种活动或产生某种结果的一组计算机程序指令

计算机程序可以以任何形式的编程语言
(
包括编译或解释语言
)
来撰写,并且它可以以任何形式部署,包括被部署为独立程序或被部署为模块

部件

子例程或适合在计算环境中使用的其他单元

101.图6中图示了可以用于实施本文中所描述的系统

设备和方法的示例性设备的高级框图

设备
600
包括处理器
610
,该处理器
610
操作性地联接到持久性存储装置
620
和主存储器装置
630。
处理器
610
通过执行定义此类操作的计算机程序指令来控制设备
600
的整体操作

计算机程序指令可以存储在持久性存储装置
620
或其他计算机可读介质中,并且在期望执行计算机程序指令时被加载到主存储器装置
630


例如,处理器
610
可以用于实施本文中所描述的一个或多个部件和系统,诸如控制电路系统
350(
在图3中示出
)、
车辆感知和规划系统
220(
在图2中示出
)
和车辆控制系统
280(
在图2中示出
)。
因此,本文中所描述的方法步骤可以由存储在主存储器装置
630

/
或持久性存储装置
620
中的计算机程序指令来定
义,并且由执行计算机程序指令的处理器
610
来控制

例如,计算机程序指令可以被实施为由本领域技术人员编程的计算机可执行代码,以执行由图本文中所描述的方法步骤定义的算法

因此,通过执行计算机程序指令,处理器
610
执行由图3至图5以及本文中所描述的其他方法步骤定义的算法

设备
600
还包括一个或多个网络接口
680
以用于经由网络与其他装置通信

设备
600
还可以包括使得用户能够与设备
600
交互的一个或多个输入
/
输出装置
690(
例如,显示器

键盘

鼠标

扬声器

按钮等
)。
102.处理器
610
可以包括通用微处理器和专用微处理器,并且可以是设备
600
的唯一处理器或多个处理器中的一个

处理器
610
可以包括一个或多个中央处理单元
(cpu)
和一个或多个图形处理单元
(gpu)
,所述一个或多个
gpu
例如可以与一个或多个
cpu
分开工作和
/
或与一个或多个
cpu
一起执行多任务以加速处理,例如用于本文中所描述的各种图像处理应用

处理器
610、
持久性存储装置
620

/
或主存储器装置
630
可以包括一个或多个专用集成电路
(asic)

/
或一个或多个现场可编程门阵列
(fpga)
,由一个或多个
asic

/
或一个或多个
fpga
补充,或者被并入一个或多个
asic

/
或一个或多个
fpga


103.持久性存储装置
620
和主存储器装置
630
各自包括有形非暂时性计算机可读存储介质

持久性存储装置
620
和主存储器装置
630
可以各自包括高速随机存取存储器,诸如动态随机存取存储器
(dram)、
静态随机存取存储器
(sram)、
双倍数据速率同步动态随机存取存储器
(ddr ram)
或其他随机存取固态存储器装置,并且可以包括非易失性存储器,诸如一个或多个磁盘存储装置
(
诸如,内部硬盘和可移除磁盘
)、
磁光盘存储装置

光盘存储装置

闪存存储器装置

半导体存储器装置,诸如可擦除可编程只读存储器
(eprom)、
电可擦除可编程只读存储器
(eeprom)、
紧凑光盘只读存储器
(cd-rom)、
数字通用光盘只读存储器
(dvd-rom)
盘或其他非易失性固态存储装置

104.输入
/
输出装置
690
可以包括外围设备,诸如打印机

扫描仪

显示屏等

例如,输入
/
输出装置
690
可以包括用于向用户显示信息的显示装置
(
诸如,阴极射线管
(crt)、
等离子或液晶显示器
(lcd)
监视器
)、
键盘和定点装置
(
诸如,用户可以向设备
600
提供输入的鼠标或轨迹球
)。
105.本文中所讨论的系统和设备的功能中的任一者或全部可以由处理器
610
执行,和
/
或被并入设备或系统
(
诸如,
lidar
系统
300)


进一步地,
lidar
系统
300

/
或设备
600
可以利用由处理器
610
或本文中所讨论的其他系统或设备执行的一个或多个神经网络或其他深度学习技术

106.本领域技术人员将认识到,实际的计算机或计算机系统的实施方式可以具有其他结构并且也可以包含其他部件,并且图6是出于说明性目的的此类计算机的部件中的一些的高级表示

107.图7图示了
lidar
系统的示例的基于光纤的收发器
700
的立体图

在一些实施例中,收发器
700
包括收发器壳体
702、
发射器通道组件
710、
准直透镜
712、
收集透镜
722、
接收器通道组件
720、
多个检测器组件
(
在图
16
中示出
)
和参考通道
732。
收发器壳体
702
可以由金属

塑料

玻璃

复合材料和
/
或任何其他所期望的材料制成

收发器壳体
702
提供对发射器通道组件
710、
接收器通道组件
720、
收集透镜
722
和准直透镜
712
的至少部分围封

收发器壳体
702
可以被配置成使得各种部件位于其中以进行适当操作

例如,如图7中所示,在一个实施例中,发射器通道组件
710、
收集透镜
722
和准直透镜
712
沿着收发器壳体
702
的纵向方向朝
向该收发器壳体的前端设置

接收器通道组件
720、
以及检测器组件
(
在图
16
中示出
)
的至少一部分朝向收发器壳体
702
的后端设置

此外,收发器壳体
702
被配置成具有适当的尺寸,使得收发器
700
可以适当地操作以实现其光学功能

例如,收集透镜
722
与接收器通道组件
720
之间的距离被配置成具有预定值,使得返回光
726a-d(
为进行说明,图7仅示出了返回光
725a

726d)
中的每一个可以适当地从收集透镜
722
被引导到接收器通道组件
720
的相应的接收器通道

在图7中,例如,返回光
726a
被收集透镜
722
聚焦到位于接收器通道组件
720
的底部处的接收器通道
724a。
返回光
726d
被收集透镜
722
聚焦到位于接收器通道组件
720
的顶部处的接收器通道
724d。
应理解,其他返回光
726b

726c
可以类似地被收集透镜
722
分别聚焦到其他相应的接收器通道
724b

724c。
108.参考图7,收发器
700
包括多个发射器通道,所述多个发射器通道被配置成将多个发射光束发射到
fov。
在一些实施例中,组件
710
中存在四个此类发射器通道,它们被配置成发射光束
714a-d。
在一些实施例中,组件
710
的发射器通道是基于光纤的发射器通道


8a
是基于光纤的发射器通道组件
710
的一个实施例的截面图


8b
是基于光纤的发射器通道组件
710
的立体图

如图
8a
和图
8b
中所示,在一个实施例中,发射器通道组件
710
包括四个发射器光纤
810a-d(
统称为
810)
,这些发射器光纤中的每一个用于发射器通道

发射器通道被配置成将来自例如光源的光信号传达到其他光学部件
(
例如,准直透镜
)

fov。
在一个实施例中,发射器通道包括发射器光纤

尽管图
8a
和图
8b
示出了四个此类发射器光纤,但是应理解,发射器通道组件
710
可以包括能够用于任何数量的发射器通道的任何数量的光纤

在一些实施例中,发射器通道组件
710
光学联接到光源和光束分光器
(
未示出
)。
光源和光束分光器可以与收发器
700
集成,或者可以是
lidar
系统的单独部件

在一些实施例中,光源被配置成生成单个光束

光束分光器接收该单个光束并形成多个发射光束

然后,所述多个发射光束被引导到发射器通道组件
710。
在一些实施例中,光源可以直接生成用于多个发射光束的多个光束

109.参考图
8a
和图
8b
,在一个实施例中,发射器光纤
810
被设置在发射器光纤壳体
800
中,该发射器光纤壳体
800
包括第一壳体部分
802
和第二壳体部分
804。
在一些实施例中,第二壳体部分
804
包括多个凹槽
808a-d(
统称为
808)。
凹槽
808
可以是如图
8a
中所示的v形凹槽或任何其他形状的凹槽
(
例如,圆形

方形
、u
形等
)。
在一些实施例中,凹槽
808
被配置成彼此平行或大致平行
(
例如,两个相邻的凹槽的中心线平行或具有小于
0.1
°
的角度
)。
发射器光纤
810a-d
中的每一个分别被至少部分地设置在凹槽
808a-d
中的一个中

因此,发射器光纤
810a-d
也彼此平行或大致平行

在一些实施例中,不要求发射器光纤
810a-d
对于其整个长度都平行

例如,发射器光纤
810a-d
的端部可以平行或大致平行
(
如图
8a
中所图示
)
,但发射器光纤
810a-d
的其他部分可能不平行

110.在一些实施例中,相邻的凹槽之间的节距被预先配置成提供相邻的发射器通道之间的所期望的通道角间距
(
并因此提供发射光束之间的所期望的角间隔
)。
例如,相邻的凹槽之间的节距可以被配置成约
100

400
μ
m。
如下文更详细描述的,以此类节距定位的发射器光纤
810a-d
具有在约
0.5

2.5
度之间的通道角间距

结果,多个发射光束被定位成彼此分开
0.5

2.5


相邻的凹槽之间的节距
(
以及因此还有相邻的发射器光纤之间的节距
)
可以被精确地控制为相同或大致相同
(
例如,在
±1μm误差以内
)
,以提供相邻的发射器通道之间的相同或大致相同的通道角间距
(
并因此提供发射光束之间的相同或大致相同的角间

)。
当发射器通道在其间具有适当的通道角间距时,相邻的发射光束被定位成以所期望的角间隔分开

因此,多个发射光束能够扫描
fov
内的不同区域

所得到的扫描图案能够具有所期望的高分辨率

因此,本文中描述的发射器提供了对扫描区域的良好覆盖,并改进了
lidar
系统的扫描分辨率和速度

111.仍参考图
8a

8b
,在一些实施例中,第一壳体部分
802
和第二壳体部分
804
被配置成将发射器光纤
810
固定就位

例如,通过使用第一壳体部分
802
和第二壳体部分
804
,设置在其间的至少部分发射器光纤
810
被固定在凹槽
808
内部

因此,相邻的发射器光纤
810
之间的节距也是固定的

因此,通道角间距在操作期间也不会改变


8a
图示了在一些实施例中第一壳体部分
802
与第二壳体部分
804
之间可以存在间隙
806。
在一个实施例中,间隙
806
可以填充有环氧树脂材料,由此进一步将发射器光纤
810
固定就位

在一些实施例中,第一壳体部分
802
和第二壳体部分
804
是一个一体式件,而不是两个部分

112.在一些实施例中,发射器光纤
808a-d
中的一个或多个包括一个或多个单模光纤

单模光纤包括直径非常小
(
例如,几微米
)
的芯部,从而仅允许在所设计的波长下的一种横模光行进通过

结果,输出光束质量可以接近衍射极限
(
例如,
m2≈1)。
113.图
9a
至图
9c
图示了使用单个准直透镜
712
和具有多个光纤的发射器通道组件
710
来形成具有所期望的角间隔的多个发射光束

如上文所描述的,如果每一个发射器通道具有它自己的准直透镜和
/
或其他光学部件,则发射器的尺寸可能显著增加,从而使得难以提供紧凑的
lidar
系统

进一步地,发射器可能包括更多数量的光学部件,从而使得发射器不太稳健或可靠


9a
至图
9c
图示了其中由组件
710
提供的多个发射器通道共享单个准直透镜
712
的实施例

准直透镜
712
被定位成光学联接到组件
710
以接收发射光束
914a-d(
统称为
914)。
继续以上示例,组件
710
包括用于四个发射器通道的四个发射器光纤

这四个发射器光纤中的每一个单独地设置在凹槽中,该凹槽与其相邻的凹槽以预先配置的节距来定位

因而,组件
710
的四个发射器光纤中的每一个发射器光纤也与其相邻的发射器光纤以预先配置的节距来定位

这四个发射器光纤或者至少其端部彼此平行或大致平行

在一些实施例中,这四个发射器光纤的端部被抛光成平坦的

组件
710
中的每一个发射器光纤用作发射发射光束
914a、914b、914c

914d
的发射器通道的至少一部分

在一些实施例中,发射光束
914a-d
被同时发射到准直透镜
712。
随着发射光束
914a-d
在自由空间中朝向准直透镜
712
行进,发射光束
914a-d
在其空间截面区域中扩展

结果,发射光束
914a-d
开始在空间上彼此重叠,如图
9a
和图
9b
中所示

因此,当发射光束
914a-d
到达准直透镜
712
时,发射光束
914a-d
在空间上重叠

114.如图
9b
和图
9c
中所示,准直透镜
712
接收发射光束
914a-d
并对它们进行准直以分别形成准直发射光束
934a-d(
统称为
934)。
准直发射光束
934a-d
可以对应于图7中所示的发射光束
714a-d。
为了清楚起见,图
9b
仅图示了发射光束
934a

934d。
与发射光束
914a-d
相比,准直光束具有小得多的发散度,这允许它们以集中的能量到达更远的距离

准直透镜
712
可以例如是具有预定焦距的透镜和
/
或镜子

如下文详细描述的,准直透镜
712
的焦距以及组件
710
的凹槽
808
之间的节距共同地确定发射器通道之间的通道角间距

115.如图
9c
中所示,当准直发射光束
934a-d
行进得更远离准直透镜
712
时,这些光束由于它们的角间隔而变得在空间上分离

角间隔是由发射器光纤
810a-d
的位置差异和准直透镜
712
的配置引起的

具体来说,发射器通道组件
710
中的发射器光纤
810a-d
的位置差异引
起发射光束
914a-d
成角度地分离

准直透镜
712
被定位成将发射光束准直到四个稍微不同的方向,从而使发射光束在远离准直透镜
712
一定距离处彼此具有空间间隔

通道角间距是测量或表示准直发射光束
934
之间的角间隔程度的参数,该准直发射光束是被发射以扫描
fov
的光束

发射器通道的通道角间距通过以下等式
1.与准直透镜
712
的焦距和相邻的发射器光纤
810
之间的节距
(
或等效的凹槽
808
之间的节距
)
相关

116.通道角间距=用于设置发射光纤的凹槽的节距
/
准直透镜的焦距

ꢀꢀꢀ
[
等式
1]
[0117]
因此,为了获得更大的通道角间距,可以使用更大的节距和
/
或更小的焦距,反之亦然

[0118]
通过配置发射器光纤之间的节距和
/
或准直透镜的焦距,能够获得所期望的通道角间距

在一些实施例中,基于所需的
lidar
扫描分辨率

感兴趣区域
(roi)
要求以及视场的扫描范围中的一个或多个来确定通道角间距

例如,对于更高的扫描分辨率,可能需要更小的通道角间距
(

/
或更多数量的发射器通道
)。roi
区域可能需要以更高分辨率来扫描,而非
roi
区域可以使用更低分辨率来扫描

因此,可以通过使用具有适当地配置的通道角间距的多个发射器通道来改进
lidar
系统的扫描性能

[0119]
如上文所描述的,本文中所公开的实施例使用包括发射器光纤阵列的多个发射器通道

发射器光纤的至少端部被配置成具有精确节距

使用单个准直透镜来为所有发射器通道形成准直发射光束

结果,能够将许多发射器通道组装或集成到对应于单个准直透镜的空间中,由此减小收发器的尺寸并使
lidar
系统更加紧凑

此外,因为多个发射器通道共享单个准直透镜,所以还降低了整个发射器通道组件
710
的对准的复杂性

[0120]
如上文所描述的,准直透镜能够用于对多个发射光束进行准直以形成准直发射光束

在一些实施例中,准直透镜和收集透镜可以并排设置

在其他实施例中,使准直发射光束移位到围绕收集透镜的中心的位置是有益的

因此,收发器可以进一步包括光束移位系统,该光束移位系统重定向准直发射光束,使得这些准直发射光束的至少一部分位于收集透镜的光学接收孔径内

在一些实施例中,光束移位系统包括棱镜

透镜和镜子中的一个或多个,这些棱镜

透镜和镜子被配置成重定向准直发射光束,使得重定向的准直发射光束大致平行于准直发射光束

[0121]

10
图示了使用潜望镜棱镜
1002
的此类光束移位系统的一个示例

在图
10
中,发射器通道组件
710
光学联接到准直透镜
1012
,该准直透镜
1012
光学联接到潜望镜棱镜
1002
,该潜望镜棱镜
1002
用于引导准直发射光束
1014。
准直透镜
1012
可以用于实施图7中的准直透镜
712。
收集透镜
1022
可以用于实施图7中的收集透镜
722。
在一个实施例中,收集透镜
1022
可以具有平坦的顶表面和
/
或底表面,这使得更容易将收集透镜
1022
组装到收发器壳体中

在图
10
中所示的实施例中,准直透镜
1012
设置在收集透镜
1022
的底部上

潜望镜棱镜
1002
可以使准直发射光束
1014
移位以位于收集透镜
1022
的光学接收孔径内

潜望镜棱镜
1002
包括例如棱镜

透镜和
/
或镜子的系统,以通过管来重定向光束

在一个示例中,潜望镜棱镜
1002
包括两个平行设置的反射表面
1004

1006
,这两个反射表面沿着竖直管重定向光束

反射表面
1004(
类似地还有反射表面
1006)
可以是镜子和
/
或棱镜的一部分

使用潜望镜棱镜
1002
的反射表面
1004
,准直发射光束
1014
以约
90
度的角度顺着潜望镜管重定向

重定向的光束被反射表面
1006
再次重定向以进行另一个约
90
度的转弯,然后作为重定向的发射光束
1024
被发射出去到达
fov。
潜望镜棱镜
1002
被配置成具有适当的尺寸,使得重定向的发
射光束
1024
围绕收集透镜
1022
的中心定位,这允许基于重定向的发射光束
1024
生成的返回光由收集透镜
1022
适当地收集

[0122]

11a
和图
11b
图示了准直透镜
1112
和收集透镜
1122
的另一种配置

如图
11a
和图
11b
中所示,使用这种配置,准直发射光束
1114
位于收集透镜
1122
的光学接收孔径内


11a
是包括准直透镜
1112
和收集透镜
1122
的收发器的立体图


11b
是准直透镜
1112
和收集透镜
1122
的侧视图

准直透镜
1112
和收集透镜
1122
可以分别用于实施图7中的准直透镜
712
和收集透镜
722。
在图
11a
和图
11b
中,与图
10
中所示的收集透镜
1022
相比,收集透镜
1122
可以具有相同或不同的形状

收集透镜
1122
的形状可以以任何所期望的方式设计,使得其容易组装到收发器壳体
1102
中,同时保持足够的光学接收孔径以接收返回光

[0123]

11a
和图
11b
进一步图示了收集透镜
1122
包括开口
1132。
开口
1132
可以是矩形开口

圆形开口

方形开口或任何其他形状的开口

在一些实施例中,开口
1132
是从收集透镜
1122
的弯曲的前侧表面
1126
到后侧表面
1128
开出的

开口
1132
位于收集透镜
1122
的水平中心部分中

在一些实施例中,发射器通道组件
710
和准直透镜
1112
被至少部分地设置在收集透镜
1122
的开口
1132


如上文所描述的,使用组件
710
的多个发射器光纤来递送发射光束,并由准直透镜
1112
来接收发射光束

准直透镜
1112
对发射光束进行准直以生成准直发射光束
1114。
由于开口
1132
,准直发射光束
1114
可以被发射穿过收集透镜
1122
以扫描
fov。
准直透镜
1112
的位置可以被配置成使得准直发射光束
1114
位于收集透镜
1122
的光学接收孔径内的选择位置处,以优化对返回光的收集

在一个实施例中,开口
1132
位于收集透镜
1122
的光学接收孔径的中心处或围绕该中心定位

[0124]
如上文所描述的,当多个发射光束扫描到
fov
中时,一些光可以被
fov
中的物体反射和
/
或散射

反射或散射光形成了由
lidar
系统接收和检测的返回光


12
图示了用于检测由光学接收器的收集透镜
1202
引导的返回光的常规检测器组件
1210。
当使用多个发射光束来扫描
fov
时,对应于不同发射光束的返回光由一个或多个收集透镜收集

在图
12
中所示的示例中,返回光
1204a-d
对应于传输到
fov
并被
fov
中的一个或多个物体散射的四个不同发射光束

收集透镜
1202
接收对应于这四个不同发射光束的返回光
1204a-d
,并将它们中的每一个聚焦到设置在检测器组件
1210
中的不同的雪崩光电检测器
(apd)。
如图
12
中所示,检测器组件
1210
具有四个
apd 1212a-d
以用于分别接收不同的返回光
1204a-d。apd 1212a-d
必须紧密地位于阵列中,使得
apd 1212a-d
可以适当地接收从收集透镜
1202
引导的相应的返回光
1204a-d。
换句话说,
apd 1212a-d
必须被设置在检测器组件
1210
的固定位置处
。apd
阵列的这种不灵活布置意味着相邻的
apd
必须设置得彼此非常靠近

将相邻的
apd
彼此靠近地设置引起了
apd
之间的光学串扰

例如,返回光
1204a

1204b
应仅分别由
apd 1212a

apd 1212b
接收

但由于
apd 1212a
放置得如此靠近
apd 1212b
,因此一些返回光
1204a
可能由
apd 1212b
散射并接收,反之亦然

此外,
apd
的不灵活布置还意味着各个
apd
需要精确定位以便接收不同的返回光

但各个
apd
的放置经常有误差
。apd
的放置误差也促成了光学串扰

[0125]
光学串扰和
apd
的放置误差可能导致检测到错误的信号强度和
/
或波长
(
例如,如果返回光
1204a

1204b
具有不同的波长
)。
进而,错误的信号强度可能导致确定各种物体参数
(
例如,距离

形状

速度等
)
的准确性降低

因此,
lidar
整体性能可能受到负面影响

[0126]
此外,如图
12
中所图示的,
apd 1212a-d
中的每一个具有相关联的电通道,包括电线

电缆

信号处理电路系统等

例如,
apd 1212a
电联接到电通道
1214a

1216a

apd 1212b
电联接到电通道
1214b

1216b
;等等

这些电通道也在检测器组件
1210
中彼此靠近地设置

结果,在与不同
apd
相关联的不同电通道之间可能发生电串扰

电串扰进一步降低了信噪比并进而降低了检测精度,因此进一步影响了
lidar
整体性能

[0127]

13
图示了用于检测由收集透镜
1322
引导的返回光的基于光纤的接收器通道组件
1320。
接收器通道组件
1320
可以用于实施图7中所示的接收器通道组件
720。
收集透镜
1322
被设置成接收返回光
1304a-d
并将其重定向到接收器通道组件
1320。
接收器通道组件
1320
包括多个接收器光纤,这些接收器光纤中的每一个接收器光纤对应于接收器通道

接收器通道被配置成将来自例如
fov
的光信号直接地或经由其他光学部件
(
例如,收集透镜

光纤等
)
间接地传达到检测器

组件
1320
的接收器光纤
1310a-d
基于对应的发射光束的发射角度被光学对准

如上文所描述的,每一个发射光束与其相邻的发射光束以对应于所期望的或预定的通道角间距的方式成角度地分离

因此,对于特定的发射光束,其对应的返回光也具有与对应于其他发射光束的返回光的角间隔

因而,从不同发射光束
(
例如,图7中所示的光束
714a-d)
生成的不同返回光
1304a-d
可以由收集透镜
1322
引导到它们相应的接收器通道

[0128]
如图
13
中所示,由于返回光
1304a-d
成角度地分离,因此返回光
1304a
由收集透镜
1322
引导到接收器光纤
1310a
;返回光
1304b
由收集透镜
1322
引导到接收器光纤
1310b
;等等

尽管图
13
图示了接收器通道组件
1320
中的四个接收器光纤
1310a-d
,但是应理解,接收器通道组件
1320
可以包括对应于任何数量的接收器通道
(
例如,2个
、4

、6

、8
个等
)
的任何数量的接收器光纤

在一个实施例中,接收器通道组件
1320
中的多个接收器光纤可以共享单个收集透镜,由此减小
lidar
系统的收发器的尺寸

进而,这使得
lidar
系统更加紧凑

在一些其他实施例中,如果更多空间可以用于
lidar
系统,则可以将多个收集透镜用于多个接收器光纤

[0129]
仍参考图
13
,在一些实施例中,接收器通道组件
1320
包括接收器光纤
1310a-d
,该接收器光纤
1310a-d
光学联接到相应的检测器组件
1312a-d。
在一些实施例中,接收器光纤
1310a-d
中的每一个接收器光纤对应于传达不同返回光信号的不同接收器通道

每一个接收器通道使用接收器光纤
1310a-d

/
或其他光学部件将对应的返回光引导到检测器组件
(
例如,组件
1312a-d)。
例如,接收器光纤
1310a
接收由收集透镜
1322
引导的返回光
1304a
并将其传达到检测器组件
1312a
;接收器光纤
1310b
接收由收集透镜
1322
引导的返回光
1304b
并将其传达到检测器组件
1312b
;等等

因为光纤在物理上是柔性的
(
例如,光纤可以弯曲成任何形状或者可以沿着其整个纵向方向不具有物理线性形状
)
,所以检测器组件
1312a-d
可以灵活地分布

检测器组件
1312a-d
能够位于任何所期望的位置处,同时仍然联接到它们相应的接收器光纤
1310a-d。
因此,相邻的检测器组件可以放置在彼此距离更远的不同位置处

结果,相邻的检测器组件之间的光学串扰和电串扰两者都显著减少

此外,光纤具有由包层材料包围的芯层,由此提供空间滤波,以进一步减少光学串扰

如下文更详细描述的,相邻的接收器光纤可以彼此以精确的节距定位

这进一步减少了对准误差,使得从不同发射光束生成的返回光与对应的接收器光纤准确地对准

因此,返回光能够在对应的接收器光纤处以减少的或最小的损耗或串扰被适当地接收

下文更详细地描述检测器组件
1312a-d(
统称为
1312)。
[0130]

14
更详细地图示了根据一些实施例的基于光纤的接收器通道组件
1320。
接收器
通道组件
1320
包括多个接收器光纤
1310a-d(
统称为
1310)。
在一个实施例中,接收器光纤
1310a-d
中的每一个接收器光纤对应于光学接收通道

参考图
14
,在一个实施例中,接收器光纤
1310
被设置在接收器光纤壳体
1402


接收器光纤壳体
1402
包括多个凹槽

这些凹槽可以是v形凹槽
(
类似于图
8a
中所示的v形凹槽
)
或任何其他形状的凹槽
(
例如,圆形

方形
、u
形等
)。
在一些实施例中,接收器光纤壳体
1402
中的凹槽被配置成彼此平行或大致平行
(
例如,两个相邻的凹槽的中心线形成小于
0.1
°
的角度
)。
接收器光纤
1310a-d
中的每一个接收器光纤被至少部分地设置在凹槽中的一个中

因此,接收器光纤
1310a-d
也彼此平行或大致平行

在一些实施例中,接收器光纤壳体
1402
包括开口,并且接收器光纤
1310a-d
可以插入到这些开口中

这些开口可以被精确地形成并对准,以容纳接收器光纤
1310a-d。
[0131]
在一些实施例中,相邻的凹槽彼此以预定的节距定位

在一个实施例中,相邻的凹槽之间的节距是从相邻的凹槽的中心线测量的

相邻的凹槽之间的节距被预先配置到适当值,使得接收器光纤
1310a-d
被定位成接收由收集透镜引导的相应的返回光

如上文所描述的,从不同发射光束生成的返回光由收集透镜以不同的角度引导

因此,相邻的凹槽之间的节距值也可以基于发射器通道的通道角间距来确定

例如,相邻的凹槽之间的节距可以被配置成约
200

2000
μ
m。
以此类节距设置的接收器光纤
1310a-d
可以用于接收从具有约
0.5

2.5
度的通道角间距的发射器通道生成的返回光

相邻的凹槽之间的节距以及相邻的接收器光纤之间的节距可以被精确地控制为相同或大致相同
(
例如,在
±
10
μm误差以内
)
,使得从不同发射光束生成的返回光被接收并适当地引导到它们相应的接收器光纤

仍参考图
14
,在一些实施例中,接收器光纤壳体
1402
将接收器光纤
1310
固定就位

例如,接收器光纤壳体
1402
的凹槽或开口被配置成具有适当的尺寸以有助于将接收器光纤
1310
固定就位

也可以使用其他技术和
/
或材料来将接收器光纤
1310
固定就位
(
例如,使用环氧树脂材料
)。
[0132]
在一些实施例中,接收器光纤
1310a-d
中的每一个接收器光纤包括多模光纤

与单模光纤相比,多模光纤具有大得多的芯直径
(
例如,
50

1000
微米
)
,该芯直径远大于多模光纤中携载的光的波长

由于芯部大且因此数值孔径大的可能性,多模光纤具有比单模光纤更大的聚光能力

因此,多模光纤更适合接收由收集透镜引导的返回光

因此,当在接收器通道中使用多模光纤时,多模光纤通常比单模光纤表现更好

[0133]

15
图示了基于光纤的接收器通道组件
1520
的另一个实施例

接收器通道组件
1520
可以用于实施图7中所示的接收器通道组件
720。
类似于上文所描述的接收器通道组件
1320
,接收器通道
1520
包括接收器光纤壳体
1502
和多个
(
例如,四个
)
接收器光纤
1510a-d。
接收器光纤
1510a-d
中的每一个接收器光纤可以用于接收器通道,以便将返回光直接地或经由其他光学部件
(
例如,收集透镜
)
间接地传达到检测器

光纤壳体
1502
和接收器光纤
1510a-d
类似于光纤壳体
1402
和接收器光纤
1310a-d。
因此,不再重复地描述它们

[0134]
在图
15
中所示的实施例中,接收器通道组件
1520
进一步包括两个对准光纤
1530a

1530b。
对准光纤
1530a

1530b
中的每一个对准光纤被至少部分地设置在接收器光纤阵列壳体
1502
中的凹槽中

在一些实施例中,对准光纤
1530a

1530b
中的一个或两个被设置在两个接收器光纤之间

例如,对准光纤
1530a
被设置在接收器光纤
1510a
与接收器光纤
1510b
之间

类似地,对准光纤
1530b
被设置在接收器光纤
1510c
与接收器光纤
1510d
之间

应理解,对准光纤可以相对于接收器光纤被设置在其他位置处

例如,对准光纤可以被设置在接收器光纤的外侧上

[0135]
对准光纤
1530a

1530b
不将返回光携载到检测器组件

对准光纤
1530a

1530b
有助于所述多个接收器光纤
1510a-d
的对准

使用对准光纤
1530a
作为示例,光可以从与接收器光纤
1510a-b
接收到返回光的端部相反的端部
(
即,从靠近联接到接收器光纤
1510a-b
的检测器组件的端部
)
联接到对准光纤
1530a。
光行进通过对准光纤
1530a
,并且可以由光束轮廓仪来测量,这就好像该光是发射光束一样

例如,可以测量在对准光纤的另一端处接收到的光的光束宽度

光束指向和光束旋转对准

一旦对准光纤
1530a
被对准,则接收器光纤
1510a

1510b
就被认为也对准,因为接收器光纤和对准光纤彼此以精确的节距设置

[0136]
在一些实施例中,在操作期间,对准光纤
1530a

1530b
中的一个或两个可以用于生成用于其他通道的均匀照射以作为参考信号

例如,对准光纤
1530a
可以用于提供用于测量
fov
内的一个或多个物体的距离的参考信号

对准光纤
1530a

/

1530b
可以用于实施图7中所示的参考光纤
732。
如上文所描述的,
lidar
系统可以基于飞行时间方法来测量物体的距离

参考信号可以用作时间戳以设定飞行时间测量的起点

使用该时间戳和接收到对应的返回光的时间,可以计算飞行时间,进而可以计算距离

[0137]

16
图示了接收器通道组件
1620
的实施例

接收器通道组件
1620
可以用于实施图7中的接收器通道组件
720。
接收器通道组件
1620
包括六个光纤
1610a-d

1630a-b
的阵列

光纤
1610a-d
是接收器光纤,并且光纤
1630a-b
是对准光纤

它们分别与上文所描述的接收器光纤
1510a-d
和对准光纤
1530a-b
相同或类似,因此不再进行重复地描述

在一些实施例中,接收器光纤
1510a-d
和对准光纤
1530a-b
中的一个或多个与光纤套圈联接

如图
16
中所图示的,例如,接收器光纤
1510a-d
与接收器光纤套圈
1604
联接,并且对准光纤
1530a-b
与对准光纤套圈
1602
联接

在一些实施例中,光纤套圈是机械固定装置
(
通常是刚性管
)
,其用于约束光纤或光纤束的剥离端

光纤套圈对准并抛光光纤,以防止光信号的散射和减弱

光纤套圈由例如硼硅酸盐玻璃制成

在一个实施例中,光纤套圈并未永久地联接到光纤,并且是可移除的

如下文所描述的,光纤套圈可以有助于接收器光纤与检测器组件对准
(
例如,降低对准的复杂性和繁琐性
)。
在对准之后,可以移除光纤套圈

[0138]
在一些实施例中,如图
16
中所示,接收器光纤
1610a-d
可以具有不同的光纤长度

例如,接收器光纤
1610a-d
可以分别具有约
195mm、215mm、235mm

255mm
的标称长度

公差可以为
±
15mm。
接收器光纤的不同长度使得联接到不同接收器光纤的检测器组件能够放置在不同位置处,由此减少光学串扰和
/
或电串扰

例如,如果要求
lidar
系统是可以装配到车辆中的狭小空间中的紧凑系统,则检测器组件可能需要彼此靠近地放置

由于接收器光纤的长度不同,检测器组件可以以交错的方式联接到接收器光纤,使得检测器组件不并排放置

此外,接收器光纤的不同长度也使得检测器组件能够放置在车辆中的任何地方

例如,联接到接收器光纤
1610a
的检测器组件可以放置在收发器中的发射器通道的附近,而接收器光纤
1610d
可以放置在远离发射器通道的地方

应理解,接收器光纤可以具有任何所期望的长度,不限于图
16
中所示的长度

[0139]

17
图示了能够联接到基于光纤的接收器光纤
1710
的示例性检测器组件
1712。
检测器组件
1712
可以用于实施图
13
中所示的一个或多个检测器组件
1312a-d。
在一些实施例中,检测器组件
1712
包括检测器组件壳体
1714。
检测器组件壳体
1714
提供对检测器组件
1712
的各种部件的至少部分围封和保护

检测器组件壳体
1714
在一端处具有开口,光纤联接端口
1727
被设置成穿过该开口

检测器组件
1712
中的光纤联接端口
1727
可以包括对准套

(
未示出
)
,该对准套圈被配置成联接到安装在接收器光纤
1710
上的光纤套圈

在一个实施例中,安装在接收器光纤
1710
上的光纤套圈可以插入到光纤联接端口
1727
中并与检测器组件
1712
的对准套圈对准

结果,接收器光纤
1710
光学联接到检测器组件
1712
,使得由接收器光纤
1710
携载的返回光被递送到准直透镜
1716。
在一些实施例中,通过使用安装在接收器光纤
1710
上的光纤套圈

光纤联接端口
1727
以及检测器组件
1712
的对准套圈,能够精确地控制接收器光纤
1710
到检测器组件
1712
的光学联接

此外,此类联接可以是或可以不是永久性的,并且可以是可移除的

因而,检测器组件和接收器光纤能够容易地分离以进行维护或更换

应理解,接收器光纤
1710
也可以在不使用套圈的情况下插入到检测器组件
1712
的开口中并与其中的光学部件对准

[0140]
在一些实施例中,检测器组件
1712
包括准直透镜
1716
,该准直透镜
1716
光学联接到接收器光纤
1710。
准直透镜
1716
对由接收器光纤
1710
携载的返回光进行准直

检测器组件进一步包括带通滤波器
1718
,该带通滤波器
1718
光学联接到准直透镜
1716。
带通滤波器
1718
操作以滤除具有不期望波长的光
(
例如,太阳光或任何其他不期望的光干扰
)
,由此减少光学噪声和背景光

在一些实施例中,带通滤波器
1718
可以被配置成具有窄通带

与较大的带通滤波器相比,带通滤波器
1718
也可以具有小的尺寸并且具有成本效益

带通滤波器
1718
进一步光学联接到聚焦透镜
1720
,该聚焦透镜
1720
将滤波后的返回光聚焦到检测器
1722。
在一些实施例中,检测器
1722
可以是雪崩光电二极管检测器
(apd)
或任何其他期望类型的检测器

如图
17
中所示,检测器组件
1712
将几个部件
(
例如,聚焦透镜
1720、
带通滤波器
1718、
准直透镜
1716、
对准套圈
1724
和检测器
1722)
一起组合在一个组件模块中

这种配置允许多个接收器通道单独地与它们相应的检测器组件对准

进一步地,可拆卸的检测器组件配置允许在检测器板上直接安装并测试检测器,由此简化组装和测试复杂性

此外,如果检测器组件不适当地运行,则检测器组件配置允许容易的更换,从而使
lidar
系统的维护更加高效

[0141]
尽管图
17
仅图示了一个检测器组件,但是应理解,
lidar
系统可以包括多个此类检测器组件
(
例如,四个或更多个
)
以用在多个接收器通道中

每一个检测器组件可以被定位在充分远离其他检测器组件的距离处,以减少或最小化在检测器组件处可能接收到的电串扰和散射光中的至少一者

此外,虽然以上实施例使用光纤段作为图示,但是应理解,在替代性实施例中,发射器通道和
/
或接收器通道可以使用光学波导段来减少光学串扰

例如,此类光学波导可以包括由塑料和
/
或玻璃制成的透明介质波导

条形波导

肋形波导

光子晶体波导和
/
或激光刻写波导

光学波导作为空间滤波器来操作

在一些实施例中,光学波导可以与上述技术组合以进一步减少光学串扰

在其他实施例中,可以在
lidar
系统中使用一个或多个挡板以减少散射光

挡板可以是机械结构
(
例如,罩
)
,其用于屏蔽来自
fov
外部的光源的杂散光

挡板可以与上述技术结合使用或替代上述技术以进一步减少光学串扰

在其他实施例中,接收器通道可以包括一个或多个光学平面光波回路
(plc)。plc(
也称为平板波导
)
是具有平面几何形状的波导,其仅在一个维度上引导光
。plc
可以与上述技术结合使用或替代上述技术以进一步减少电串扰和光串扰中的至少一者

[0142]
本文中描述了各种示例性实施例

在非限制性意义上参考这些示例

提供它们是为了说明所公开的技术的更广泛适用的方面

在不脱离各种实施例的真实精神和范围的情况下,可以做出各种改变并且可以替代等效物

另外,可以做出许多修改以使特定的情况

材料

物质组合物

过程
、(
多个
)
过程动作或
(
多个
)
步骤适应于各种实施例的
(
多个
)
目标

精神或范围

进一步地,如本领域技术人员将了解的,本文中所描述和图示的各个变型中的每一个都具有离散的部件和特征,在不脱离各种实施例的范围或精神的情况下,这些部件和特征可以容易地与其他几个实施例中的任一个的特征分离或组合

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