[發明專利]使用旋轉凹面鏡和光束轉向設備的組合的2D掃描高精度LiDAR

有效

• 申請號: 202210271756.4
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN114646972B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 鮑君威;李義民;張銳
• 申請（專利權）人: 圖達通智能美國有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S17/931;G01S7/481;G01S7/4865
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 魏小薇;吳麗麗

本公開涉及使用旋轉凹面鏡和光束轉向設備的組合的2D掃描高精度LiDAR。該系統包括被配置為提供第一光脈沖的第一光源。該系統還包括光學耦合到第一光源的一個或多個光束轉向裝置。每個光束轉向裝置都包括可旋轉的凹面反射器和至少部分地設置在可旋轉的凹面反射器內的光束轉向設備。光束轉向設備和可旋轉的凹面反射器在相對于彼此移動時，這兩者的組合：使一個或多個第一光脈沖既垂直地又水平地轉向，以照射視場內的物體；獲得一個或多個第一返回光脈沖，一個或多個第一返回光脈沖是基于照射視場內的物體的轉向的第一光脈沖產生的；以及重新定向一個或多個第一返回光脈沖。

本申請是基于申請日為2017年12月20日、申請號為2017800032023、發明名稱為“使用旋轉凹面鏡和光束轉向設備的組合的2D掃描高精度LiDAR”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本公開整體涉及光檢測和測距(LiDAR)，并且更具體地涉及用于掃描連續的光脈沖以照射視場中的物體并同軸地收集來自每個光脈沖的散射光以用于對視場中的物體進行測距的系統。

背景技術

為了減小LiDAR系統的尺寸，努力實現片上微機電系統(MEMS)使光脈沖轉向以照射視場中的物體。這種片上解決方案減小了LiDAR系統的尺寸。然而，這些片上MEMS設計通常產生幾毫米(小于5)或更小的光學孔橫截面，這使得難以將位于較遠距離(例如，100米)的物體反射的光脈沖和背景噪聲信號進行區分。已經發現的是，較大的光學孔橫截面提高了光的信噪比。然而，由于其系統配置，典型的LiDAR系統可能比較笨重并且價格不菲。這些系統可能不容易與車輛進行集成和/或可能與車輛集成的成本過高。因此，期望的是具有減小的尺寸和成本的高精度LiDAR系統。高精度LiDAR系統面臨的一些挑戰是減小LiDAR系統的尺寸，同時增大橫截面收集光學孔。

發明內容

下文呈現了一個或多個示例的簡要概述以便提供對本公開的基本理解。本發明內容不是對所有預期示例的充分綜述，也并非意圖確定所有示例的關鍵或決定性元素或者界定任何或所有示例的范圍。其目的是以簡化的形式呈現一個或多個示例的一些概念，以作為下文呈現的更詳細的描述的序言。

根據一些實施方案，提供了一種光檢測和測距(LiDAR)掃描系統。該系統包括被配置為提供一個或多個第一光脈沖的第一光源。該系統還包括光學耦合到第一光源的一個或多個光束轉向裝置。每個光束轉向裝置包括可旋轉凹面反射器和光束轉向設備，該可旋轉凹面反射器和光束轉向設備設置在這樣的位置，該位置使得由可旋轉凹面反射器或光束轉向設備引導的光脈沖能夠被光束轉向設備或可旋轉凹面反射器進一步引導至不同的方向。當光束轉向設備和可旋轉凹面反射器相對于彼此移動時，這二者的組合在垂直方向和水平方向兩者上使一個或多個第一光脈沖轉向以照射視場內的物體；獲得一個或多個第一返回光脈沖，該一個或多個第一返回光脈沖是基于照射視場內的物體的轉向的第一光脈沖產生的，并且將該一個或多個第一返回光脈沖重新定向至一個或多個返回光檢測器。

附圖說明

為了更好地理解各種所描述的方面，應結合以下附圖參考下文的描述，附圖中類似的附圖標記在所有附圖中指代對應的部分。

圖1A示出了附接到車輛的多個同軸LiDAR系統。

圖1B示出了具有位于凹面反射器內的多面體的示例性光束轉向裝置。

圖1C示出了具有代替凹面反射器的擺動鏡的示例性光束轉向裝置。

圖2A示出了雙眼LiDAR系統。

圖2B示出了具有會聚透鏡的同軸LiDAR系統。

圖2C示出了具有會聚鏡的同軸LiDAR系統。

圖3示出了雙同軸LiDAR系統。

圖4A示出了示例性光束轉向裝置，該光束轉向裝置將發射光引導至正x軸和正z軸之間的某個方向并且從該方向收集散射光。