[發明專利]具有目標視場的三維LIDAR系統

有效

• 申請號: 201680069183.X
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108291968B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: D·S·霍爾;M·N·雷科;S·S·內斯廷格爾;P·J·克爾斯滕斯
• 申請（專利權）人: 威力登激光雷達有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/481
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

多個照射光束在一角度范圍內從LIDAR裝置發射并圍繞旋轉軸掃描。所述角度范圍包括旋轉軸。中間電子板提供旋轉電子板與光發射和收集引擎的各種元件之間的機械支撐和電連接。收集光學器件、照射光學器件或兩者的一個或多個光學元件由吸收預定波長范圍之外的光的一種或多種材料構成。包覆成型透鏡固定地耦合到一個或多個光檢測元件以收集更大角度范圍內的入射光。透鏡元件設置在光發射元件和照射光學器件之間的光路中，以使從光發射元件發射的光的強度分布變平以降低峰值強度。

相關申請的交叉引用

本專利申請要求享有于2016年11月23日提交的題為“Three Dimensional LIDARSystem With Targeted Field of View(具有目標視場的三維LIDAR系統)”、序號為15/360,903的美國專利申請的優先權，該申請又根據35U.S.C.§119要求于2015年11月25日提交的題為“Three Dimensional LIDAR System With Targeted Field of View(具有目標視場的三維LIDAR系統)”、序號為62/260,205的美國臨時專利申請的優先權，每個申請的主題通過引用整體并入本文。

技術領域

所描述的實施例涉及三維LIDAR系統。

背景技術

LIDAR系統基于脈沖光的飛行時間(TOF)使用光脈沖來測量到對象的距離。從LIDAR系統的光源發射的光脈沖與遠端對象相互作用。光的一部分從對象反射并返回到LIDAR系統的檢測器。基于光脈沖的發射和返回的光脈沖的檢測之間所經過的時間，估算距離。

在一些示例中，采用脈沖激光發射器來生成光脈沖。光脈沖通過透鏡或透鏡組件聚焦。測量該光脈沖返回到安裝在發射器附近的檢測器所花費的時間。高精度地從時間測量值得出距離。

在一些示例中，快速連續地發射多個脈沖，并且這些發射的方向順序地變化。在這些示例中，每個距離測量值可以被認為是像素，并且快速連續地發射和捕獲的像素集合(即，“點云”)可以被呈現為圖像或者由于其他原因(例如，檢測障礙物)而被分析。在一些示例中，采用查看軟件來將得到的點云呈現為對用戶三維呈現的圖像。可以使用不同的方案將距離測量值描繪為三維圖像，這些三維圖像看起來好像是由實景相機拍攝的。

一些LIDAR系統采用與旋轉鏡組合的單個激光發射器/檢測器組合來有效地掃描整個平面。由這樣的系統執行的距離測量實際上是二維的(即，平面的)，并且捕獲的距離點被呈現為二維(即單個平面)點云。

在一些示例中，旋轉鏡以非常快的速度--以數千RPM旋轉。如上所述，這種設計固有地僅呈現二維點云。但是，通常需要三維點云。另一個維度是以多種方式提供的。通常，整個儀器通常在萬向節上被上下和/或來回致動---本領域中已知的作為使傳感器閃爍或點頭的過程。因此，可以使用單光束LIDAR單元來捕捉整個三維距離點陣列，盡管每次只有一個點。在相關的例子中，采用棱鏡將激光脈沖“劃分”成多個層，每個層具有略微不同的垂直角。這模擬了上述的點頭效應，但沒有致動傳感器本身。

在所有上述示例中，主要前提是單個激光發射器/檢測器組合，其中光路以某種方式改變以實現比單個傳感器更寬的視場。由于來自單個激光器每秒多少個脈沖是可能的的限制，該裝置固有地受限于其可生成的像素數量。光束路徑的任何改變，無論其是通過反射鏡、棱鏡還是裝置的致動，都導致點云密度較低，但覆蓋更廣的區域。

如上所述，三維點云系統存在幾種配置。但是，在許多應用中，有必要在寬視場上查看。例如，在自動駕駛的車輛應用中，垂直視場應該延伸到地平線以上，以防汽車進入道路中的凹處，并且應盡可能向下延伸以看到車輛前方的地面。此外，在現實世界中發生的行為與這些行為的成像之間有必要有最小的延遲。在一些示例中，期望每秒至少五次提供完整的圖像更新。

期望三維成像系統的視場和點云密度的改進。

發明內容