CN109154661A - 用于基于lidar的3-d成像的集成照射和检测 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种利用高度集成LIDAR测量装置执行三维LIDAR测量的方法和系统。在一个方面中，照射源、检测器和照射驱动器被集成在单一印刷电路板上。另外，在一些实施例中，相关的控制和信号调节电子器件也集成在公共的印刷电路板上。此外，在一些实施例中，照射驱动器和照射源集成在被独立地封装并附接到印刷电路板的公共氮化镓基板上。在另一方面中，从照射源发射的照射光和被朝向检测器引导的返回光在该集成LIDAR测量装置内共用一公共光学路径。在一些实施例中，返回光通过分束器与照射光分开。在一些其他实施例中，该光学设计避免了与分束器相关的损失。

Description

用于基于LIDAR的3-D成像的集成照射和检测
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年1月31日提交的题为“Integrated Illumination andDetection for LIDAR Based 3-D Imaging”的美国专利申请序列号15/420,384的优先权，后者依据35 U.S.C.§119要求2016年3月19日提交的题为“Integrated Illumination andDetection for LIDAR Based 3-D Imaging”的美国临时专利申请序列号62/310,670的优先权，它们的主题被整体以引用方式并入本文。
技术领域
所描述的实施例涉及基于LIDAR的3-D点云测量系统。
背景技术
LIDAR系统采用光脉冲、基于每个光脉冲的飞行时间(TOF)来测量至一物体的距离。从LIDAR系统的光源发射的光脉冲与远处的物体相互作用。一部分光从所述物体反射并返回到LIDAR系统的检测器。基于光脉冲的发射和检测到返回的光脉冲之间经过的时间来估算距离。在一些示例中，光脉冲由激光发射器产生。光脉冲通过透镜或透镜组件聚焦。测量激光脉冲返回到安装在发射器附近的检测器所花费的时间。距离是从时间测量中高精度地得出的。
一些LIDAR系统采用单一激光发射器/检测器组合与旋转镜组合以有效地扫描平面。由这样的系统执行的距离测量实际上是二维的(即，平面的)，并且所捕获的距离点被形成2-D(即，单一平面)点云。在一些示例中，旋转镜以非常快的速度(例如，每分钟数千转)旋转。
在许多操作场景中需要3-D点云。已经采用了许多方案来三维地询问周围的环境。在一些示例中，2-D仪器通常在万向节上上下和/或前后动作。这在本领域中通常称为使传感器“眨眼”或“点头”。因此，可以采用单一光束LIDAR单元来捕获整个3-D距离点阵列，尽管一次一个点。在相关示例中，采用棱镜将激光脉冲“划分”成多个层，每个层具有略微不同的竖直角度。这模拟了上述的点头效果，但传感器本身没有动作。
在所有的上述示例中，单一激光发射器/检测器组合的光路径被设法改变以实现比单一传感器更宽的视场。由于单一激光器的脉冲重复率的限制，这种装置每单位时间能够产生的像素数固有地受到限制。光束路径的任何改变，无论是通过镜子、棱镜还是实现更大覆盖区域的该装置的动作，都以降低点云密度为代价。
如上所述，3-D点云系统存在若干种配置。但是，在许多应用中，有必要看到广泛的视场。例如，在自主车辆应用中，竖直的视场应尽可能向下延伸，以便看到车辆前方的地面。此外，如果汽车在道路上倾斜，竖直的视场应该在地平线上方延伸。此外，必须在现实世界中发生的动作与这些动作的成像之间具有最小的延迟。在一些示例中，可以期望每秒提供至少五次的完整的图像更新。为了满足这些要求，开发了一种包括多个激光发射器和检测器阵列的3-D LIDAR系统。该系统在2011年6月28日授权的美国专利No.7,969,558中描述了，其主题被整体以引用方式并入本文。
在许多应用中，脉冲的序列被发射。每个脉冲的方向依次、快速连续地变化。在这些示例中，与每一个单个脉冲相关联的距离测量可以被认为是像素，并且被快速连续发射和捕获的像素集合(即，“点云”)可以呈现为图像或出于其他原因(例如，检测障碍物)被进行分析。在一些示例中，采用查看软件将得到的点云渲染为对用户来说显示为三维的图像。可以使用不同的方案将该距离测量结果描绘成看似好像是通过实景摄像机拍摄的3-D图像。
一些现有的LIDAR系统采用都未集成在公共基板(例如，电气安装板)上的照射源和检测器。此外，照射束路径和收集束路径在LIDAR装置内分离开。这导致光机械设计的复杂性和对准困难。
希望改进LIDAR系统的光机械设计，同时保持高水平的成像分辨率和范围。
发明内容
本文描述了一种利用高度集成的LIDAR测量装置执行三维LIDAR测量的方法和系统。在一个方面中，照射源、检测器和照射驱动器被集成在单一印刷电路板上。另外，在一些实施例中，相关的控制和信号调节电子器件也集成在公共的印刷电路板上。此外，在一些实施例中，照射驱动器和照射源集成在被独立地封装并附接到印刷电路板的公共氮化镓基板上。
在一些实施例中，3-D LIDAR系统包括多个集成LIDAR测量装置。在一些实施例中，在每个集成LIDAR测量装置的触发之间设置延迟时间。在一些示例中，该延迟时间大于测量脉冲序列到达和来自设置于该LIDAR装置的最大范围处的物体的飞行时间。以这种方式，在任何集成LIDAR测量装置之间不存在串扰。在一些其他示例中，在从另一个集成LIDAR测量装置发射的测量脉冲有时间返回到该LIDAR装置之前，从一个集成LIDAR测量装置发射测量脉冲。在这些实施例中，需注意确保在由每个束询问的周围环境的区域之间存在足够的空间间隔以避免串扰。
在另一方面中，从照射源发射的照射光和被引向检测器的返回光在集成LIDAR测量装置内共用一公共光学路径。在一些实施例中，返回光通过分束器与照射光分开。通常，当返回光的偏振被完全混合并且采用单一偏振分束器时，返回光的一半将被引向检测器而另一半将被引向照射源。在一些其他实施例中，这些损失通过下述得以避免：采用一个或多个偏振控制元件以改变通过所述偏振控制元件的光的偏振状态与照射源的触发和测量时间窗口的定时相配合以最小化返回光的损失。
在一些其他实施例中，通过光学设计将返回光与照射光分离，以避免与分束器相关联的损失。
在一些实施例中，检测器包括穿过检测器的槽缝，该检测器包括有源感测区域。照射源固定到检测器的背面，并配置成发射通过检测器上的槽缝的照射光。以这种方式，检测器和照射源都定位于从集成LIDAR测量装置发射出并返回到该集成LIDAR测量装置的光的光束路径中。尽管一定量的返回光将被引向槽缝而未检测到，但是与检测器的有源区域相比具有相对较小的区域的槽缝确保检测到大部分返回光。
在一些实施例中，照射源位于检测器的视场外面。在一些实施例中，控制有源光学元件的折射率以使返回光通过并将照射光朝向照射光和返回光共用的公共光学路径折射。照射光最初不与光学系统的光轴对准。然而，在光从照射源发射的时间段期间，有源光学元件改变其状态，使得照射光与光学系统的光轴对准。
在一些实施例中，同轴聚焦光学器件将返回光聚焦到检测器上，并且设置于同轴聚焦光学器件中间的无源光学元件将照射光朝向照射光和返回光共用的公共光学路径折射。
在一些实施例中，返回光从镜子元件反射并朝检测器传播。在一个方面，镜子包括照射光通过的槽缝。这将照射光高效地注入到照射光和返回光共用的公共光学路径中。
在一些实施例中，照射源设置于返回光的光学路径中、检测器的前方。
在一些其他实施例中，所述照射源被嵌置在一光学元件中，所述光学元件设置在返回光的光学路径中、检测器的前方。
在另一方面中，照射光通过波导注入到检测器接收锥中。光学耦合器将照射源光学耦合到波导。在波导的端部，镜子元件相对于该波导以45度角定向，以将照射光注入到返回光锥中。在一些实施例中，波导包括矩形玻璃芯和具有更低折射率的聚合物包层。在一些实施例中，整个组件用具有与聚合物包层的折射率紧密匹配的折射率的材料封装。以这种方式，波导以最小的遮挡将照射光注入到返回光的接收锥中。
在一些实施例中，集成LIDAR测量装置的阵列被安装到LIDAR装置的旋转框架。该旋转框架相对于LIDAR装置的基架旋转。但是，通常，集成LIDAR测量装置的阵列可以以任何合适的方式(例如，万向节，平移/倾斜等)移动或者相对于LIDAR装置的基架固定。
在一些其他实施例中，每个集成LIDAR测量装置包括束引导元件(例如，扫描镜，MEMS镜等)，其扫描由集成LIDAR测量装置产生的照射束。
在一些其他实施例中，两个或更多个集成LIDAR测量装置分别朝向扫描镜装置(例如，MEMS镜)发射照射光束，扫描镜装置将光束以不同方向反射到周围环境中。
以上是概要，因此必然包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将理解该概述仅是说明性的而不以任何方式进行限制。本文所描述的装置和/或过程的其他方面、发明性特征和优点将在本文阐述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是示意在至少一个新颖方面中的3-D LIDAR系统100的一个实施例的简化图。
图2是示意在至少一个新颖方面中的3-D LIDAR系统10的另一实施例的简化图。
图3绘示了在一个示例性实施例中的3-D LIDAR系统100的分解图。
图4更详细地绘示了3-D LIDAR系统100的收集光学器件116的视图。
图5绘示了3-D LIDAR系统100的收集光学器件116的剖切图，示意出每束被收集光118的成形。
图6是示意出一个实施例中的集成LIDAR测量装置的简化图。
图7是示意出另一个实施例中的集成LIDAR测量装置的简化图。
图8绘示了与测量脉冲从集成LIDAR测量装置的发射和返回的测量脉冲的捕获相关联的定时的说明。
图9绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的正视图，其包括具有槽缝的检测器，照射光被通过该槽缝从照射源投射出。
图10绘示了在图9中绘示的实施例的侧视图。
图11绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的侧视图，其包括有源光学元件，该有源光学元件在一个状态中致使照射光朝向共用的光学路径折射。
图12绘示了在图11中绘示的、包括上述有源光学元件的实施例的侧视图，该有源光学元件处于使返回光被引向检测器的另一状态。
图13绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的侧视图，其包括用于将返回光聚焦到探测器上的同轴聚焦光学器件和致使照射光朝向共用的光学路径折射的另一个光学元件。
图14绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的俯视图，其包括在返回路径中的镜子，该镜子具有照射光通过的槽缝。
图15A-C绘示了通过采用了偏振控制元件的集成LIDAR测量装置的实施例的三种不同的光路径。
图16绘示了集成LIDAR测量装置的实施例，其包括附加的偏振控制元件，以有效地控制到达检测器的返回光的量。
图17绘示了集成LIDAR测量装置的实施例，其包括附加的可选元件，它们可以单独地或以任何组合方式添加到参考图15A-C所描述的实施例中。
图18绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的侧视图，其包括在公共光学路径中、位于检测器前面的照射源。
图19绘示了在图18中绘示的实施例的正视图。
图20绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的侧视图，其包括被嵌置在位于公共光学路径中、检测器前面的光学元件中的照射源。
图21绘示了集成LIDAR测量装置的实施例的侧视图，其包括将照射光注入到照射光和返回光共用的公共光学路径中的波导。
图22绘示了说明在至少一个新颖方面中执行LIDAR测量的方法300的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考背景示例和本发明的一些实施例，其示例在附图中示出。
图1是示意出在一个示例性操作场景中的3-D LIDAR系统100的实施例的图示。3-DLIDAR系统100包括下壳体101和上壳体102，上壳体102包括由对红外光(例如，波长在700至1,700纳米的光谱范围内的光)透明的材料构成的圆顶形壳元件103。在一个示例中，圆顶形壳元件103对于具有以905纳米为中心的波长的光是透明的。
如图1中所示，多个光束105被从3-D LIDAR系统100通过圆顶形壳元件103在角度范围α上发射，该角度范围是从中心轴线104测量的。在图1所示的实施例中，每个光束被投射到由x和y轴限定的平面上、彼此间隔开的多个不同位置处。例如，光束106被投射到xy平面上的位置107处。
在图1中描绘的实施例中，3-D LIDAR系统100被配置为围绕中心轴线104扫描所述多个光束105中的每一个。被投射到xy平面上的每个光束跟踪以中心轴线104和xy平面的交叉点为中心的圆形图案。例如，随着时间的推移，投射到xy平面上的光束106勾勒出以中心轴线104为中心的圆形轨迹108。
图2是示意出在一个示例性操作场景中的3-D LIDAR系统10的另一实施例的图示。3-D LIDAR系统10包括下壳体11和上壳体12，上壳体12包括由对红外光(例如，波长在700至1,700纳米的光谱范围内的光)透明的材料构成的圆柱形壳元件13。在一个示例中，圆柱形壳元件13对于具有以905纳米为中心的波长的光是透明的。
如图2所示的，多个光束15被从3-D LIDAR系统10通过圆柱形壳元件103在角度范围β上发射。在图2所示的实施例中，示出了每个光束的主光线。每个光束被在多个不同的方向上向外投射到周围环境中。例如，光束16被投射到周围环境中的位置17上。在一些实施例中，从系统10发射的每个光束略微发散。在一个示例中，从系统10发射的光束照亮在距系统10 100米距离处直径为20厘米的光斑尺寸。以这种方式，每个照射光束是从系统10发射的照射光锥。
在图2中绘示的实施例中，3-D LIDAR系统10被配置为围绕中心轴线14扫描所述多个光束15中的每一个。出于示意目的，光束15被以相对于3-D LIDAR系统10的非旋转坐标框架的一个角度定向示出，并且光束15'以相对于该非旋转坐标框架的另一角度定向示出。当光束15围绕中心轴线14旋转时，被投射到周围环境中的每个光束(例如，与每个光束相关联的每个照射光锥)随着其围绕着中心轴线14扫过而照亮对应于该锥形形状的照射光束的环境空间。
图3绘示了一个示例性实施例中的3-D LIDAR系统100的分解图。3-D LIDAR系统100还包括围绕中心轴线104旋转的光发射/收集引擎112。在图3绘示的实施例中，光发射/收集引擎112的中心光轴117相对于中心轴线104以角度θ倾斜。如图3中所示，3-D LIDAR系统100包括相对于下壳体101安装在固定位置中的静止电子板110。旋转电子板111设置在静止电子板110上方并且被配置为相对于静止电子板110以预定转速(例如，大于200转/分钟)旋转。电功率信号和电子信号通过一个或多个变压器、电容器或光学元件在静止电子板110和旋转电子板111之间传送，形成这些信号的非接触式传输。光发射/收集引擎112相对于旋转电子板111以固定关系定位，因此以预定的角速度ω围绕中心轴线104旋转。
如图3中所示，光发射/收集引擎112包括集成LIDAR测量装置的阵列113。在一个方面中，每个集成LIDAR测量装置包括集成在公共基板(例如，印刷电路板或其他电路板)上的发光元件、光检测元件、以及相关联的控制和信号调节电子器件。
从每个集成LIDAR测量装置发射的光通过一系列光学元件116，光学元件116准直发射的光，以产生从3-D LIDAR系统投射到环境中的照射光束。以这种方式，分别从不同的LIDAR测量装置发射的光束105的阵列从3-D LIDAR系统100发射，如图1所示。通常，可以布置任何数量的LIDAR测量装置以同时从3-D LIDAR系统100发射任何数量的光束。该环境中的物体由于被特定LIDAR测量装置照射而反射的光被光学元件116收集。所收集的光通过光学元件116，在光学元件116处被聚焦到同一个特定LIDAR测量装置的检测元件上。以这种方式，与环境的不同部分被通过不同的LIDAR测量装置产生的照射线照射相关联的被收集光分别被聚焦到每一个相应的LIDAR测量装置的检测器上。
图4更详细地绘示了光学元件116的视图。如图4中所示，光学元件116包括四个透镜元件116A-D，它们被布置成将收集的光118聚焦到集成LIDAR测量装置的阵列113的每一个检测器上。在图4绘示的实施例中，通过光学元件116的光从镜子124反射并被引导到集成LIDAR测量装置的阵列113的每一个检测器上。在一些实施例中，光学元件116中的一个或多个光学元件由吸收预定波长范围之外的光的一种或多种材料构成。该预定波长范围包括由集成LIDAR测量装置的阵列113发射的光的波长。在一个示例中，透镜元件中的一个或多个透镜元件由塑料材料构成，该塑料材料包括着色剂添加剂，以吸收波长小于由集成LIDAR测量装置的阵列113中每一个产生的红外光的光。在一个示例中，着色剂是可从Aako BV(荷兰)获得的Epolight 7276A。通常，可以将任何数量的不同着色剂添加到光学元件116的任何的塑料透镜元件中以滤除不期望的光谱。
图5绘示了光学器件116的剖切图，以示意每束被收集光118的成形。
LIDAR系统，例如图2中绘示的3-D LIDAR系统10和图1绘示的系统100，包括多个集成LIDAR测量装置，每个LIDAR测量装置从该LIDAR装置发射照射光的脉冲束到周围环境中并测量从周围环境中的物体反射的返回光。
图6绘示了一个实施例中的集成LIDAR测量装置120。集成LIDAR测量装置120包括脉冲光发射装置122，光检测元件123，集成在公共基板121(例如电路板)上的相关控制和信号调节电子器件，以及连接器126。脉冲发射装置122产生照射光124的脉冲，检测器123检测收集的光125。集成LIDAR测量装置120，根据从该集成LIDAR测量装置120发射并由该集成LIDAR测量装置120检测到的光的飞行时间，产生指示该3-D LIDAR系统与周围环境中的物体之间的距离的数字信号。集成LIDAR测量装置120经由连接器126电耦合到3-D LIDAR系统。集成LIDAR测量装置120通过连接器126从3-D LIDAR系统接收控制信号并将测量结果传送到3-DLIDAR系统。
图7绘示了另一实施例中的集成LIDAR测量装置130的示意图。集成LIDAR测量装置130包括脉冲光发射装置134，光检测元件138，分束器135(例如，偏振分束器，非偏振分束器，介电膜等)，照射驱动器133，信号调节电子器件139，模数(A/D)转换电子器件140，控制器132，和数字输入/输出(I/O)电子器件131，它们被集成在公共基板144上。在一些实施例中，这些元件单独安装到公共基板(例如，印刷电路板)。在一些实施例中，这些元件的组被封装在一起，集成后的封装被安装到公共基板。通常，这些元件中的每一个都安装到公共基板上以形成集成装置，无论它们是被单独地安装还是作为集成封装的一部分安装。
图8绘示了与测量脉冲从集成LIDAR测量装置130的发射和返回的测量脉冲的捕获相关联的定时的图示。如图7和8中所示，测量开始于由控制器132产生的脉冲触发信号146。由于内部系统的延迟，被从脉冲触发信号146移位了一时间延迟TD的脉冲编号信号149由控制器132确定出来。该时间延迟包括与从LIDAR系统发射光相关联的已知延迟(例如，信号传送延迟和与开关元件、能量存储元件和脉冲发光装置相关联的延迟(latency))、以及与收集光和产生表示所收集的光的信号相关联的已知延迟(例如，放大器延迟，模数转换延迟等)。
如图7和8中所示，返回信号147响应于特定位置的照射而被LIDAR系统检测到。测量窗口(即，一时间段，在该时间段期间被收集的返回信号数据与特定的测量脉冲相关联)通过启用从检测器138的数据采集而启动。控制器132控制测量窗口的定时，以与响应于测量脉冲序列的发射而预期的返回信号的时间窗口相对应。在一些示例中，测量窗口在上述测量脉冲序列被发射的时间点被启用，并且在与LIDAR系统的范围的大致两倍的距离上的光飞行时间相对应的时间后被禁用。以这种方式，测量窗口打开，以收集从与LIDAR系统相邻的物体(即，飞行时间忽略不计)至位于LIDAR系统的最大范围处的物体的返回光。以这种方式，拒绝所有其他不可能有助于有用返回信号的光。
如图8中所示，返回信号147包括与所发射的测量脉冲相对应的两个返回测量脉冲。通常，对所有检测到的测量脉冲执行信号检测。可以执行进一步的信号分析以识别最接近的信号(即，返回测量脉冲的第一实例)、最强信号和最远信号(即，测量窗口中的返回测量脉冲的最后一个实例)。任何这些实例都可以被LIDAR系统报告为潜在有效的距离测量。例如，飞行时间TOF1可以从如图8中绘示的、与被发射测量脉冲相对应的最接近的(即，最早的)返回测量脉冲计算。
在一些实施例中，信号分析完全由控制器132执行。在这些实施例中，从集成LIDAR测量装置130传送的信号143包括由控制器132确定的距离的指示。在一些实施例中，信号143包括由A/D转换器140产生的数字信号148。这些原始测量信号由位于3-D LIDAR系统上或者在3-D LIDAR系统外部的一个或多个处理器进一步处理，以获得距离的量度。在一些实施例中，控制器132对信号148执行初步信号处理步骤，并且信号143包括被处理的数据，该数据通过位于3-D LIDAR系统上或者在3-D LIDAR系统外部的一个或多个处理器进行进一步处理，以获得距离的量度。
在一些实施例中，3-D LIDAR系统包括多个集成LIDAR测量装置，例如在图1-3中所示的LIDAR系统。在一些实施例中，在每个集成LIDAR测量装置的触发之间设置延迟时间。信号142包括与集成LIDAR测量装置130的触发相关联的延迟时间的指示。在一些示例中，该延迟时间大于测量脉冲序列到达和来自设置于LIDAR装置的最大范围处的物体的飞行时间。以这种方式，在任何集成LIDAR测量装置之间不存在串扰。在一些其他示例中，在从另一个集成LIDAR测量装置发射的测量脉冲有时间返回到LIDAR装置之前，从一个集成LIDAR测量装置发射测量脉冲。在这些实施例中，需注意确保在由每个束询问的周围环境的区域之间存在足够的空间间隔以避免串扰。
照射驱动器133响应于脉冲触发信号146而产生脉冲电流信号145。脉冲光发射装置134响应于脉冲电流信号145而产生脉冲光发射136。照射光136通过LIDAR系统的一个或多个光学元件(未示出)被聚焦并投射到周围环境中的特定位置。
在一些实施例中，脉冲光发射装置是基于激光的(例如，激光二极管)。在一些实施例中，脉冲照射源基于一个或多个发光二极管。通常，可以设想任何合适的脉冲照射源。
在一些实施例中，数字I/O 131，定时逻辑132，A/D转换电子器件140和信号调节电子器件139集成在单一的硅基微电子芯片上。在另一个实施例中，这些相同的元件被集成到单一的氮化镓或硅基电路中，该电路也包括该照射驱动器。在一些实施例中，A/D转换电子器件和控制器132被组合为时间-数字转换器。
如图7所示，光检测器138检测从周围环境反射的返回光137。在一些实施例中，光检测器138是雪崩光电二极管。光检测器138产生输出信号147，输出信号147通过信号调节电子器件139放大。在一些实施例中，信号调节电子器件139包括模拟跨阻抗放大器。然而，通常，输出信号147的放大可以包括多个放大器级。在这个意义上，模拟跨阻抗放大器通过非限制性示例提供，因为在本专利文件的范围内可以预期许多其他的模拟信号放大方案。
放大的信号被传送到A/D转换器140。数字信号被传送到控制器132。控制器132产生启用/禁用信号，其被用来与脉冲启动信号146相配合地控制ADC 140的数据采集的定时。
如图7所示，从集成LIDAR测量装置130发射的照射光136和被引向该集成LIDAR测量装置的返回光137共用一公共路径。在图7描绘的实施例中，返回光137通过偏振分束器(PBS)135与照射光136分离。PBS 135也可以是非偏振分束器，但是这通常会导致额外的光损失。在本实施例中，从脉冲光发射装置134发射的光被偏振，使照射光穿过PBS 135。然而，返回光137通常包括极化混合。因此，PBS 135将返回光的一部分朝向检测器138引导，同时将返回光的一部分朝向脉冲光发射装置134引导。在一些实施例中，期望在PBS 135后面包括四分之一波片。当返回光的偏振不会由于其与环境的相互作用而发生显著变化时这是有利的。如果没有四分之一波片，大部分的返回光将通过PBS 135并被引向脉冲光发射装置134，这是不希望的。然而，具有四分之一波片的话，大部分的返回光将通过PBS 135并被引向检测器138。
然而，通常，当返回光的偏振被完全混合并且采用如图7所示的单一PBS时，无论是否使用四分之一波片，返回光的一半将指向检测器138并且另一半将被指向脉冲光发射装置134。
图9-17绘示了不同的实施例来避免这些损失。
图9绘示了集成LIDAR测量装置的实施例150的正视图，其包括具有直径为D的圆形有源区域152的检测器151(例如，雪崩光电二极管)。在一个示例中，有源区域152的直径约为300微米。在一个方面中，检测器151包括完全穿过检测器的槽缝153。在一个示例中，槽缝的高度HS约为70微米，宽度W为大约200微米。
图10绘示了图9中绘示的实施例150的侧视图。如图10所示，实施例150还包括脉冲光发射装置153，其固定到雪崩光电二极管检测器151的背面，并配置成发射照射光154使其通过检测器151中的槽缝153。在一个示例中，脉冲光发射装置153包括三个激光二极管，它们封装在一起以形成高度HE为10微米发散角为大约15度的发射区域。在这个例子中，检测器151的厚度S约为120微米。
以这种方式，检测器151和脉冲光发射装置153被定位于从集成LIDAR测量装置发射出并返回到该集成LIDAR测量装置的光的束路径中。虽然会有一定量的返回光被引向槽缝153而未被探测到，但与探测器151的有源区域152相比是相对较小的区域的狭缝153确保了大部分的返回光被检测到。
图11描绘了集成LIDAR测量装置的实施例160的侧视图，其包括具有有源区域163的检测器162，位于有源区域163外面的脉冲光发射装置161，聚焦光学器件164和有源光学元件165。有源光学元件165耦合到集成LIDAR测量装置的控制器。控制器将控制信号167传送到有源元件165，使该有源光学元件改变状态。
在第一状态中，如图11所示，有源光学元件改变其有效折射率并使从脉冲光发射装置161发射的光166朝向光轴OA折射。
在第二状态中，如图12所示，有源光学元件改变其有效折射率，使得返回光168通过有源光学元件165和聚焦光学器件164朝向检测器162的有源区域163。在该状态期间，控制器控制脉冲光发射装置161，使其不发光。
在该实施例中，由脉冲光发射装置161发射的光最初不与光学系统的光轴对准。然而，在从脉冲光发射装置161发射光的时间段期间，有源光学元件改变其状态使照射光与光学系统的光轴对准。在一些实施例中，有源光学元件是相位阵列。在一些实施例中，有源光学元件是声光调制器。在一些实施例中，有源光学元件是表面声波调制器。通常，可以设想许多能够改变它们的有效折射率的有源装置。
图13描绘了集成LIDAR测量装置的实施例170的侧视图，其包括具有有源区域172的检测器173，被定位于有源区域172外面的脉冲光发射装置171，同轴聚焦光学器件174和被沿着集成LIDAR测量装置的光轴居中定位的聚焦光学器件175。如图13所示，返回光177通过同轴聚焦光学器件174聚焦到检测器173的有源区域172上。另外，从脉冲光发射装置171发射的光176朝向光轴OA折射，并且由聚焦光学器件175准直。如图13所示，聚焦光学器件175占据紧紧围绕着光轴居中定位的相对小的区域。同轴聚焦光学器件也围绕着光轴居中定位，但是与光轴间隔开。
图14描绘了集成LIDAR测量装置的实施例180的俯视图，其包括具有有源区域183的检测器187，被定位于有源区域183外面的脉冲光发射装置181，同轴聚焦光学器件184和镜子182。如图14所示，返回光185由聚焦光学器件184聚焦，并从镜子182朝向检测器182的有源区域183反射。在一个方面中，镜子182包括从脉冲光发射装置181发出的光通过的槽缝。照射光186被从脉冲光发射装置181发射，穿过镜子182上的槽缝，由聚焦光学器件184准直，并离开本集成LIDAR测量装置。
图15A-C描绘了通过集成LIDAR测量装置的实施例190的三种不同的光路径。该实施例包括脉冲光发射装置191，PBS 193，偏振控制元件194(例如，普克尔斯盒)，PBS 195，四分之一波片196，镜子元件197(例如，PBS，具有全内反射的半立方体)等，延迟元件198，偏振束组合器199，半波片200和检测器192。偏振控制元件194耦合到集成LIDAR测量装置的控制器。控制器将控制信号204传送到偏振控制元件194，致使该偏振控制元件根据控制信号204来改变经过该偏振控制元件的光的偏振状态。
在第一状态中，如图15A所示，偏振控制元件194被配置为当从脉冲光发射装置191发射照射光201时不改变所通过的光的偏振。图15A描绘了通过实施例190的照射光201的路径。照射光201通过PBS 193，偏振控制元件194，PBS 195和四分之一波片196。在图15A-C中描绘的示例中，脉冲光发射装置191发射p偏振光，并且PBS元件193和194被配置为直接透射p偏振光。但是，通常，可以使用不同的偏振来实现相同的结果。
在第二状态中，如图15B和15C中所示，偏振控制元件194被配置为当检测器192检测到返回光202并且不从脉冲光发射装置191发射光时改变所通过的光的偏振。
图15B描绘了在穿过四分之一波片196之后被p偏振的返回光202的那一部分202A的路径。p偏振的返回光穿过PBS 195和偏振控制元件194。在这种状态下，偏振控制元件194将返回光的偏振从p偏振变换到s偏振。s偏振的返回光从PBS 193朝向半波片200反射。半波片200再次将偏振从s偏振变换回p偏振。偏振束组合器199将p偏振光朝向检测器192反射。
图15C描绘了在穿过四分之一波片196之后被s偏振的返回光202的那一部分202B的路径。s偏振的返回光从分束器195反射到镜子元件197，通过束延迟元件198，通过偏振束组合器199，直接将s偏振光传输到检测器192上。
引入束延迟元件198用来平衡s和p偏振的返回光的光学路径长度。束延迟元件可以简单地是具有适当长度的光学玻璃件。
实施例190还包括被定位于脉冲光发射装置191和偏振分束器193之间的照射束路径中的束路径延伸元件206。在一些实施例中，束路径延伸元件206简单地是具有适当长度的光学玻璃件。束路径延伸元件206被配置用于使照射路径长度和返回路径202A和202B的长度相等。注意，返回路径长度202A和202B通过束延迟元件198而相等。由于返回路径202A和202B经过了另外的元件，所以它们的有效光学路径变得更长。通过使照射路径长度与返回路径的长度相等，返回束被聚焦到接近照射输出孔径的尺寸的光点尺寸。这使得能够使用具有最小量值的噪声和对太阳噪声的灵敏度以及最高的带宽的、尺寸最小的探测器。
实施例190还包括返回路径202B中的束延迟元件205，以等同于返回路径202A中的半波片200的效果。
由于变换偏振控制元件的状态所需的时间量有限，所以相对短距离的基于LIDAR的测量是基于在图15C中描绘的返回路径202B收集的光。当偏振控制元件正在改变状态时，沿着图15B中所示的路径202A传播的返回光不一定经历偏振的改变。因此，该光高概率是传播通过PBS 193到达脉冲光发射装置191，因此不会被检测到。这种情况是可以接受的，因为对于相对短距离的测量来说信号强度通常不是重要问题。
然而，对于相对长距离的测量来说，在确保偏振状态改变(switch)元件的状态已经改变的足够长的时间段之后，沿着图15B和15C中绘示的两个路径传播的返回光可以用于检测和距离估计。
如上所述，四分之一波片196是合乎需要的。当执行相对短距离的测量时，只有经过图15C中绘示的返回路径202B的光可用。当返回光的偏振完全混合时，一半的光将经过图15C中描述的路径。然而，当返回光已经从镜面目标(specular target)反射时，偏振保持不变。在不引入四分之一波片196的情况下，从镜面目标反射的光将会传播通过图15B中绘示的路径，并且当偏振控制元件正在改变状态时相对于短距离的测量来说此光将不会被检测到或者被显著减弱。
图16描绘了集成LIDAR测量装置的实施例220，其包括返回路径202B中的附加偏振控制元件221。实施例220包括参考实施例190描述的相同编号的元件。偏振控制元件194和221有效地控制到达检测器192的返回光的量。如参考图15B所讨论的那样，如果偏振控制元件194不改变返回光202A的偏振状态，则此光将被引导到脉冲光发射装置191，而不是检测器192。相反，如果偏振控制元件194改变返回光202A的偏振状态，则该光被引导到检测器192。类似地，如果偏振控制元件221将返回光202B的偏振状态从s偏振改变为p偏振，则光被远离检测器192引导，并最终丢弃(即，在其他地方吸收)。相反，如果偏振控制元件221不改变返回光202B的偏振状态，则光被引导向检测器192。由于偏振控制元件194和221所赋予的偏振变化程度被可变地控制(例如，普克尔斯盒)，所以结论是到达检测器192的返回光的量由集成LIDAR测量装置的控制器(例如，控制器132)通过控制信号204和222来控制。
例如，如上所讨论的，当执行相对短距离的测量时，当偏振控制元件194从图15A中所示的状态转变时，只有通过图15C和图16中描述的返回路径202B的光可用于检测。在这段时间内，存在检测器192饱和的风险。在这种情况下，希望控制偏振控制元件221使返回光202的一部分的偏振部分地从s偏振变化为p偏振，并且p偏振的光部分在到达检测器192之前被丢弃。
通常，可以调整控制信号204和222的定时和分布(profile)以最大化检测器192的动态范围用于不同的环境条件。例如，先前检测到的信号、来自其他集成LIDAR测量装置的信号、周围环境的图像或它们的任何组合可被使用，通过在集成LIDAR测量装置的操作期间改变控制信号204和222的定时和分布来调整检测器192的动态范围。在一个示例中，控制信号204和222的定时和分布被编程为脉冲行进距离的函数。这可用来避免由靠近传感器的物体引起的探测器饱和。对于较大距离的测量来说，灵敏度被最大化并且偏振控制元件221被编程为使返回光202B通过而不改变其偏振。以这种方式，最大量的返回光到达检测器192。取决于照射脉冲功率，从先前返回中收集的数据在被感测的环境中检测到的特征等，可以使用多种分布。
图17描绘了集成LIDAR测量装置的实施例230，其包括可以单独地或以任何组合添加到参考图15A-C所描述的实施例190的附加的可选元件。实施例230包括参考实施例190描述的相同编号的元件。如图17所示，准直光学器件231被定位于脉冲光发射装置191和分束器193之间的光学路径中。典型地，基于激光二极管技术或发光二极管技术的脉冲光发射装置产生发散光束。通过准直从脉冲光发射装置发射的照射光，在整个照射路径上保持小的光束尺寸。这允许此照射路径中的光学元件保持较小。
此外，实施例230包括在四分之一波片196后面的聚焦透镜232。通过将被传输通过集成LIDAR测量装置的准直光重新聚焦，照射装置191的输出孔径刚好被重新成像在该集成LIDAR测量装置的外面，使本集成LIDAR测量装置的横截面和本集成的测量装置的有效出口和入口孔径两者都保持较小。这增加了可能的像素封装密度和像素分辨率。由于聚焦透镜232被定位于由照射光和返回光共用的光学路径中，并且照射和返回路径得以平衡，所以在该集成LIDAR测量装置的输出处产生图像点235。该成像点235被向回成像到检测器192和脉冲光发射装置191上。诸如孔径、场阑、针孔滤波器等的各种光学元素都可以被定位于图像点235处，以对被投影到检测器192上的图像进行成形和滤波。另外，实施例230包括被定位于检测器192和束组合器199之间的光学路径中的聚焦光学器件233，以将返回光聚焦到检测器192上。
此外，实施例230包括被定位于聚焦光学器件233和束组合器199之间的返回束路径中的光谱滤器234。在一些实施例中，光谱滤器234是带通滤波器，其使照射束的光谱带中的光通过并吸收该光谱带外的光。在许多实施例中，当入射光垂直于光谱滤器的表面时，光谱滤器最有效地操作。因此，理想地，光谱滤器234被定位于返回束路径中光被准直或接近准直的任何位置。
图18描绘了集成LIDAR测量装置的实施例210的侧视图，其包括检测器212，位于透镜元件211内、检测器212前面的脉冲光发射装置213。图19描绘了实施例210的正视图。如图18-19所示，返回光217通过透镜元件211(例如，复合抛物线聚光器)收集并聚焦到检测器212上。尽管透镜元件211的输入端口218在图18中被描绘为平面的，但是，通常，输入端口218可以成形为以任何合适的方式将返回光217聚焦到检测器212上。脉冲光发射装置213位于透镜元件211的封壳内(例如，被模制在透镜元件211内)。尽管脉冲光发射装置213阻挡一定量的返回光，但是其相对于透镜元件211的收集区域来说较小的尺寸减轻了负面影响。导电元件214经由导电引线215提供脉冲光发射装置213与集成LIDAR测量装置的其他元件之间(例如，照射驱动器133)的电连接。在一些实施例中，导电元件214还提供结构支撑以将脉冲光发射装置213定位在透镜元件211的封壳内。
图20描绘了集成LIDAR测量装置的实施例240的侧视图，其包括检测器242和设置于检测器242前面的脉冲光发射装置241。如图20中所示，返回光246被聚焦光学器件244收集并聚焦到检测器242上。脉冲光发射装置241设置在聚焦光学器件244内(例如，与聚焦光学器件244模制在一起)。尽管脉冲光发射装置241阻挡了一定量的返回光，但是其相对于聚焦光学器件244的收集区域来说较小的尺寸减轻了负面影响。导电元件(未示出)提供脉冲光发射装置241与集成LIDAR测量装置的其他元件(例如，照射驱动器133)之间的连接性。在一些实施例中，导电元件还提供结构支撑以将脉冲光发射装置241定位在聚焦光学器件244内。
图21描绘了集成LIDAR测量装置的实施例250的侧视图，其包括具有有源区域252的检测器253和被定位在检测器的有源区域252的视场外面的脉冲光发射装置251。如图21所示，包覆成型件254被安装在检测器上。包覆成型件254包括与返回光255的射线接收锥相对应的锥形腔。在一个方面中，来自照射源251的照射光259通过光纤波导257注入到检测器接收锥中。光学耦合器256将照射源251(例如，激光二极管阵列)与光纤波导257光学耦合。在光纤波导257的端部处，镜子元件258被定向为相对于该波导成45度角，以将照射光259注入到返回光255锥中。在一个实施例中，光纤波导257的端面被切成45度角，并且这些端面被涂有高反射性介电涂层以提供镜面。在一些实施例中，波导257包括矩形玻璃芯和具有更低折射率的聚合物包层。在一些实施例中，整个组件250用具有与聚合物包层的折射率紧密匹配的折射率的材料封装。以这种方式，波导以最小的遮挡将照射光259注入到返回光255的接收锥中。
波导257在被投射到检测器253的有源感测区域252上的返回光的接收锥内的放置被选择为用于确保照射光点和检测器的视场在远场中具有最大重叠。
在一些实施例中，例如参考图1和图2所描述的实施例，集成LIDAR测量装置的阵列被安装到LIDAR装置的旋转框架。该旋转框架相对于LIDAR装置的基架旋转。但是，一般来说，集成LIDAR测量装置的阵列可以以任何合适的方式(例如，万向节，平移/倾斜等)相对于LIDAR装置的基架移动或相对于LIDAR装置的基架固定。
在一些其他实施例中，每个集成LIDAR测量装置包括束引导元件(例如，扫描镜，MEMS镜等)，其扫描由集成LIDAR测量装置产生的照射束。
在一些其他实施例中，两个或更多个集成LIDAR测量装置分别向扫描镜装置(例如，MEMS镜)发射照射光束，该扫描镜装置使光束以不同方向反射到周围环境中。
图22示出了在至少一个新颖方面中执行LIDAR测量的方法300。方法300适合于由诸如本发明的图1中绘示的LIDAR系统100和图2中绘示的LIDAR系统10的LIDAR系统实施。在一个方面中，将认识到方法300的数据处理块可以通过由控制器132的一个或多个处理器或任何其他通用计算系统执行的预编程算法来执行。在此认识到，LIDAR系统100的各特定结构方面不代表限制，并且应该仅被解释为说明性的。
在框301中，由安装到印刷电路板的照射源产生照射光的测量脉冲。
在框302中，光的返回脉冲由安装到印刷电路板的检测器检测到。该返回脉冲是从被相应的测量脉冲照射的三维环境中的一位置反射的测量脉冲的量。照射光的测量脉冲和返回脉冲在本集成LIDAR装置内、在一距离上共用一公共光学路径。
在框303中，生成表示所检测到的返回脉冲的输出信号。
在框304中，通过安装到印刷电路板的照射驱动器向照射源提供一定量的电功率。所提供的电功率致使该照射源发射所述照射光的测量脉冲。
在框305中，通过安装到印刷电路板的许多模拟信号调节电子器件放大输出信号。
在框306中，通过安装到印刷电路板的模数转换器将放大的输出信号转换成数字信号。
在框307中，基于该数字信号确定测量脉冲从LIDAR装置到所述三维环境中的被测量位置并返回到LIDAR装置的飞行时间。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或它们的任何组合实施。如果以软件实施，则可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，包括便于将计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这种计算机可读介质可包括RAM，ROM，EEPROM，CD-ROM或其他光盘存储器，磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者能够被用于以指令或数据结构的形式承载或存储所需的程序代码手段并且能够由通用或专用计算机或通用或专用处理器访问的任何其他介质。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果软件被使用同轴电缆，光纤电缆，双绞线，数字用户线(DSL)，或诸如红外、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输，则介质的定义中包括同轴电缆，光纤电缆，双绞线，DSL或诸如红外、无线电和微波的无线技术。如这里所使用的磁盘(disk)和光盘(disc)包括压缩盘(CD)，激光盘，光盘，数字通用盘(DVD)，软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘用激光光学地复制数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。
尽管在上面出于说明目的描述了某些特殊实施例，但是该专利文档的教导具有普遍适用性并且不限于上面的特殊实施例。因此，在不脱离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例的各特征进行各种修改、适应性改变和组合。

Claims (26)

1.一种集成的光检测和测距(LIDAR)装置，包括：
被安装到印刷电路板的照射源，所述照射源被配置成产生照射光的测量脉冲；
被安装到所述印刷电路板的检测器，所述检测器被配置成检测光的返回脉冲并产生表示检测到的返回脉冲的输出信号，其中所述返回脉冲是从被相应的测量脉冲照射的三维环境中的一位置反射的测量脉冲的量，其中所述照射光的测量脉冲和所述返回脉冲在所述集成LIDAR装置内、在一距离上共用一公共光学路径；
被安装到所述印刷电路板的照射驱动器，所述照射驱动器电耦合到所述照射源并配置成向所述照射源提供一定量的电功率，致使所述照射源发射所述照射光的测量脉冲；
被安装到所述印刷电路板的许多模拟信号调节电子器件，所述模拟信号调节电子器件被配置成放大由所述检测器产生的输出信号；
被安装到所述印刷电路板的模数转换器，所述模数转换器被配置成将放大的输出信号转换成数字信号；和
计算系统，其被配置用于：
接收表示检测到的光量的数字信号；并且
基于所述数字信号，确定所述测量脉冲从所述LIDAR装置到所述三维环境中的被测量位置并返回到本LIDAR装置的飞行时间。
2.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述照射源和所述照射驱动器集成在被安装到所述印刷电路板的单一氮化镓基基板上。
3.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述光的返回脉冲和所述照射脉冲通过在所述LIDAR装置内的分束器与所述公共光学路径分开。
4.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述检测器包括有源感测表面区域和在所述检测器的视场内的透明孔径。
5.根据权利要求4所述的LIDAR装置，其中，所述透明孔径是穿过所述检测器的空隙。
6.根据权利要求5所述的LIDAR装置，其中，所述照射源发射所述照射光的测量脉冲使其通过所述检测器中的所述透明孔径，使得所述照射光的测量脉冲在所述检测器的视场内。
7.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括：
设置于所述公共光学路径中的有源光学元件，其具有可选择的折射率，其中所述有源光学元件在第一状态下将所述返回脉冲引导向所述检测器，并且其中所述有源光学元件在第二状态下将所述照射光的测量束引导到所述公共光学路径中。
8.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括：
设置于所述公共光学路径中的第一光学元件，所述第一光学元件被配置成将所述光的返回脉冲聚焦到所述检测器上；
设置于所述公共光学路径中的第二光学元件，所述第二光学元件被配置成将所述照射光的测量束引导到所述公共光学路径中，其中所述照射源设置于所述检测器的视场外面。
9.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括：
设置于所述公共光学路径中的镜子元件，其中所述镜子元件包括在所述检测器的视场中的所述镜子的那一部分内的透明孔径，并且其中所述照射源发射所述照射光的测量束使其通过所述透明孔径到所述公共光学路径中。
10.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述照射源设置在位于所述检测器的视场内共用的光学路径中。
11.根据权利要求10所述的LIDAR装置，其中，所述照射源被嵌置在一光学元件中，所述光学元件设置在位于所述检测器的视场内共用的光学路径中。
12.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括：
光纤元件，其被光学耦合在位于所述探测器的视场外面的所述照射源和位于所述探测器的视场内的所述公共光学路径中的镜子元件之间。
13.根据权利要求3所述的LIDAR装置，还包括：
第一偏振控制元件，其被设置于所述照射光的测量脉冲的束路径中，其中，第一偏振控制元件在第一状态所述下使所述照射光的测量脉冲经过所述第一偏振控制元件，并且其中，所述第一偏振控制元件在第二状态下使所述返回脉冲从所述第一偏振控制元件朝向所述检测器反射。
14.根据权利要求13所述的LIDAR装置，还包括：
第二偏振控制元件，其被设置于所述返回脉冲的束路径中，其中所述第二偏振控制元件控制被引向所述检测器的返回脉冲的量。
15.一种方法，包括：
通过被安装到印刷电路板的照射源产生照射光的测量脉冲；
通过被安装到所述印刷电路板的检测器检测光的返回脉冲，其中所述返回脉冲是从被相应的测量脉冲照射的三维环境中的一位置反射的测量脉冲的量，其中所述照射光的测量脉冲和所述返回脉冲在所述集成LIDAR装置内、在一距离上共用一公共光学路径；
产生表示检测到的返回脉冲的输出信号；
通过被安装到所述印刷电路板的照射驱动器向所述照射源提供一定量的电功率，致使所述照射源发射所述照射光的测量脉冲；
通过被安装到所述印刷电路板的许多模拟信号调节电子器件放大所述输出信号；
通过被安装到所述印刷电路板的模数转换器将放大的输出信号转换成数字信号；以及
基于所述数字信号，确定所述测量脉冲从所述LIDAR装置到所述三维环境中的被测量位置以及返回到本LIDAR装置的飞行时间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述照射源和所述照射驱动器集成在被安装到所述印刷电路板的单一氮化镓基基板上。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述照射源发射所述照射光的测量脉冲使其通过所述检测器的有源表面上的透明孔径，使得所述照射光的测量脉冲在所述检测器的视场内。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
选择设置于所述公共光学路径中的有源光学元件的折射率，其中在第一状态中所述折射率将所述返回脉冲引导向所述检测器，并且其中在第二状态中所述折射率将所述照射光的测量束引导到所述公共光学路径中。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
利用设置于所述公共光学路径中的第一光学元件将所述光的返回脉冲聚焦到所述检测器上；
利用设置于所述公共光学路径中的第二光学元件将所述照射光的测量束引导到所述公共光学路径中，其中所述照射源设置于所述检测器的视场外面。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括：
发射所述照射光的测量束使其通过在所述检测器的视场中的镜子元件的那一部分内的透明孔径。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述照射源设置在位于所述检测器的视场内共用的光学路径中。
22.根据权利要求15所述的方法，还包括：
光学耦合设置在所述探测器的视场外面的所述照射源和设置在所述探测器的视场内的所述公共光学路径中的镜子元件。
23.根据权利要求15所述的方法，还包括：
选择设置在所述照射光的测量脉冲的束路径中的第一偏振控制元件的第一偏振状态，使所述照射光的测量脉冲通过所述第一偏振控制元件；
选择所述第一偏振控制元件的第二偏振状态，使所述返回脉冲从所述第一偏振控制元件朝向所述检测器反射。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
选择设置在所述返回脉冲的束路径中的第二偏振控制元件的偏振状态，所述第二偏振控制元件控制被引向所述检测器的返回脉冲的量。
25.一种集成的光检测和测距(LIDAR)装置，包括：
被安装到印刷电路板的照射源，所述照射源被配置成产生照射光的测量脉冲；
被安装到所述印刷电路板的检测器，所述检测器被配置成检测光的返回脉冲并产生表示检测到的返回脉冲的输出信号，其中所述返回脉冲是从被相应的测量脉冲照射的三维环境中的一位置反射的测量脉冲的量，其中所述照射光的测量脉冲和所述返回脉冲在所述集成LIDAR装置内、在一距离上共用一公共光学路径；
被安装到所述印刷电路板的照射驱动器，所述照射驱动器电耦合到所述照射源并配置成向所述照射源提供一定量的电功率，致使所述照射源发射所述照射光的测量脉冲；和
计算系统，其被配置用于至少部分地基于输出信号来确定所述测量脉冲从所述LIDAR装置到所述三维环境中的被测量位置并且返回到本LIDAR装置的飞行时间。
26.根据权利要求25所述的LIDAR装置，其中，所述照射源和所述照射驱动器集成在被安装到所述印刷电路板的单一氮化镓基基板上。
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