[發明專利]具有重新成像器的激光雷達發射器

在審

• 申請號: 201880052565.0
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN111108406A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: L·C·杜珊;D·R·德默爾;J·斯托克頓;A·斯坦哈德特;D·庫克
• 申請（專利權）人: 艾耶股份有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/02;G02B26/08;G02B26/10
• 代理公司: 北京思益華倫專利代理事務所(普通合伙) 11418
• 代理人: 趙飛

本文公開了一種緊湊型光束掃描器組件，其包括橢球重新成像鏡。

背景技術

我們相信，在本領域中存在對改進計算機視覺技術的巨大需求，特別是在諸 如汽車計算機視覺的領域中。然而，這些需要并不限于汽車計算機視覺市場，因 為對改進的計算機視覺技術的需求在廣泛范圍的領域中無所不在，包括但不限 于，自主平臺視覺(例如，用于空中、陸地(包括地下)、水域(包括水下)和 太空的自主交通工具，諸如自主陸基交通工具、自主空中交通工具等)、監督(例 如，邊境安全、空中無人機監控等)、繪制(例如，地下隧道的繪制、經由空中 無人機的繪制等)、目標識別應用、遠程感測、安全警告(例如，針對駕駛員) 等等)。

如本文所使用，術語“激光雷達”是指并且涵蓋激光雷達、激光檢測和測距 以及光檢測和測距(“光雷達”)中的任一種。激光雷達是結合計算機視覺廣泛使 用的技術。激光雷達系統與雷達系統的深度信息(測距)共享無源光學傳感器的 高分辨率和直觀感覺。在示例性激光雷達系統中，包括激光源的發射器向附近環 境中發射諸如激光雷達脈沖的激光輸出。然后，激光雷達接收器將從附近環境中 的物體接收這個激光輸出的反射，并且激光雷達接收器將處理接收到的發射以 確定到這個物體的距離(測距信息)。基于這個測距信息，可以通過希望計算諸 如障礙物回避情形下的路徑規劃、路點確定等事物的主處理器來獲得對環境的 幾何結構的更清楚理解。然而，對于計算機視覺問題的常規激光雷達解決方案經 受高成本、大尺寸、大重量和大功率需要以及大數據帶寬使用。這個的最佳實例 就是交通工具自主。這些復雜因素將它們的有效使用主要限于僅需要短視力范 圍、窄視場和/或慢再訪速率的昂貴應用。

例如，本領域中已知其中激光雷達發射器同時照亮大量測距點(range point) 的激光雷達系統。閃光式激光雷達就是這種系統的實例。然而，人們認為這些常 規系統經受許多缺點。例如，閃光式激光雷達系統需要每脈沖激光極高的能量， 這不僅昂貴而且也可能危害眼睛。此外，用于閃光式激光雷達系統的讀出集成電 路通常非常吵。而且，用于閃光式激光雷達系統的寬視場信噪比(SNR)通常非 常低，這導致短范圍，從而減少它們的有用性。

為了滿足本領域中對改進的基于激光雷達的計算機視覺技術的需要，發明 人已經公開了以新穎和創新的方式應用掃描激光雷達傳輸概念的方法和系統的 許多實施方案，如在2014年8月15日提交的美國專利申請序列號62/038,065 以及美國專利申請公開號2016/0047895、2016/0047896、2016/0047897、 2016/0047898、2016/0047899、2016/0047903和2016/0047900中所述，其中每一 者的全部公開內容以引用方式并入本文。

發明人相信本領域中需要關于可以如何設計掃描激光雷達發射器以優化它 們對環境中的感興趣區的注視的進一步改進。盡管已經通過調度方法來高度優 化雷達以在需要注視時停留(注視)在需要注視的地方，但當今的常規激光雷達 系統并不共享這個停留最優性。這是因為激光雷達所經受的正是使它們具有吸 引力的東西：它們的分辨率。

這是因為盡管甚至世界上最大的雷達都具有可以停留的數千個光束選擇， 但甚至裝配在手掌中的小型汽車激光雷達系統常規地具有100,000+或甚至數百 萬個停留選擇。這導致激光雷達工程師有兩種總體設計選擇：(i)機械地從停留 邁向停留，或者(ii)使用迅速地掃描場景的諧振鏡。設計方法(i)是精確且適 應性強的，但在存在大量詢問單元的環境中極慢。設計方法(ii)歷史上一直是 不可適應的。為了改進這些常規設計方法，發明人公開了一些技術，借此可以減 少基于諧振鏡的激光雷達的缺點，同時實現歷史上只可用于機械步進技術的很 多靈敏度和特殊性并且不損失諧振掃描鏡的速度優點。

發明內容