CN110071422A - 光束转向装置及包括该光束转向装置的传感器系统 - Google Patents

光束转向装置及包括该光束转向装置的传感器系统 Download PDF

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Abstract

光束转向装置可以包括配置为发射激光束的可调谐激光二极管以及天线，天线包括光栅结构并且配置为基于光栅结构将激光束转换为线性光源。可调谐激光二极管可以发射具有第一波长的第一激光束，并且发射具有第二波长的第二激光束，第二波长不同于第一波长。天线可以接收第一激光束，并且作为响应，输出相对于天线的表面具有第一发射角的第一线性光源。天线还可以接收第二激光束，并且作为响应，输出相对于天线的表面具有第二发射角的第二线性光源，第二发射角不同于第一发射角。

Description

光束转向装置及包括该光束转向装置的传感器系统
相关技术的交叉引用
本申请要求于2018年1月24日在韩国知识产权局提交的、申请号为10-2018-0008838的韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及光束转向装置及包括该光束转向装置的传感器系统。
背景技术
LIDAR(激光探测与测距)系统是这样一种系统，其可以通过向目标发射脉冲激光束和通过感测从目标反射的能量(例如，通过检测来自目标表面的脉冲激光束的反射)来获得与外部环境中的目标相关的信息，该信息包括从LIDAR系统至目标的距离。在一些情况下，自主车辆的障碍物检测传感器等可以包括LIDAR系统。
LIDAR系统可以包括光束转向装置，该光束转向装置可以将由LIDAR系统发射的脉冲激光束相对于目标以所期望的角度转向。作为近来集成电路小型化趋势的结果，人们期望简化光束转向装置的配置并且减小LIDAR系统的尺寸。
发明内容
本公开的一些示例实施例提供了具有简单配置的光束转向装置。
本公开的一些示例实施例提供了包括具有简单配置的光束转向装置的传感器系统。
本公开的示例实施例不限于上面所提到的那些，并且本领域技术人员从以下描述中可以清楚地理解未提及的一些示例实施例。
根据本公开的一些示例实施例，光束转向装置可以包括配置为发射激光束的可调谐激光二极管以及天线，所述天线包括光栅结构并且配置为基于所述光栅结构将由所述可调谐激光二极管发射的激光束转换为线性光源。用于发射激光束的可调谐激光二极管可以发射具有第一波长的第一激光束，并且还可以发射具有第二波长的第二激光束，所述第二波长不同于所述第一波长。基于光栅结构将可调谐激光二极管发射的激光束转换成线性光源的天线可以接收所述第一激光束并且作为响应，输出相对于天线的表面具有第一发射角的第一线性光源，并且该天线还可以接收第二激光束并且作为响应，输出相对于天线的表面具有第二发射角的第二线性光源，所述第二发射角不同于所述第一发射角。
根据本公开的一些示例实施例，光束转向装置可以包括配置为发射激光束的可调谐激光二极管、第一光学放大器和第二光学放大器、第一带通滤波器和第二带通滤波器、在第一方向上延伸的第一天线以及在第二方向上延伸的第二天线。所述第二方向可以大体上与所述第一方向正交。用于发射激光束的可调谐激光二极管可以发射具有第一波长的第一激光束，并且还可以发射具有第二波长的第二激光束，所述第二波长不同于所述第一波长。第一光学放大器和第二光学放大器可以配置为分别放大由可调谐激光二极管发射的第一激光束和第二激光束。第一和第二带通滤波器可以配置为分别对由第一光放大器和第二光放大器放大的第一激光束和第二激光束进行滤波。第一天线可以配置为将滤波后的第一激光束转换为在第二方向上延伸的线性光源，使得在第二方向上延伸的该线性光源相对于第一天线的表面具有第一发射角。第二天线可以配置为将滤波后的第二激光束转换为在第一方向上延伸的线性光源，使得在第一方向上延伸的该线性光源相对于第二天线的表面具有第二发射角，所述第二发射角不同于所述第一发射角。
根据本公开的一些示例实施例，光束转向装置可以包括配置为发射激光束的可调谐激光二极管、包括彼此隔开第一距离的多个第一光栅的第一天线和包括彼此隔开不同于第一距离的第二距离的多个第二光栅的第二天线，所述第二距离不同于所述第一距离。第一天线可以配置为通过多个第一光栅将激光束转换为相对于第一天线的表面具有第一发射角的线性光源。第二天线可以配置为通过多个第二光栅将激光束转换为相对于第二天线的表面具有第二发射角的线性光源。
根据本公开的一些示例实施例，传感器系统可以包括：光束转向装置，该光束转向装置配置为用输出光照射目标；以及光接收器，所述光接收器配置为接收所述输出光的从目标反射的光。光束转向装置可以包括配置成发射激光束的可调谐激光二极管。所述发射可以包括发射具有第一波长的第一激光束并发射具有第二波长的第二激光束，所述第二波长不同于所述第一波长。所述光束转向装置还可包括天线，所述天线包括光栅结构。所述天线可以配置为基于光栅结构将由可调谐激光二极管发射的激光束转换为线性光源。所述转换可以包括接收第一激光束，并作为响应，输出相对于天线的表面具有第一发射角的第一线性光源，并且所述转换包括接收第二激光束，并作为响应，输出相对于天线的表面具有第二发射角的第二线性光源，所述第二发射角不同于所述第一发射角。
附图说明
通过参考附图详细描述本公开的示例实施例，本公开的以上和其它方面以及特征将变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图；
图2是用于说明图1的光束转向装置中包括的天线的概念图；
图3是用于说明图1的光束转向装置的操作的透视图；
图4是用于说明图1的光束转向装置的操作的曲线图；
图5是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图；
图6A、图6B和图6C是用于说明图5的光束转向装置中包括的天线的剖视图；
图7A和图7B是用于说明图5的光束转向装置的操作的概念图；
图8是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图；
图9是根据本公开的一些示例实施例的包括光束转向装置的传感器系统的框图；以及
图10是可以应用根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置和传感器系统的示例半导体系统。
具体实施方式
图1是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图。
参考图1，根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置100可以包括可调谐激光二极管110、光学放大器120、带通滤波器130和天线140。
可调谐激光二极管110可以配置为发射(例如，输出)激光束。可调谐激光二极管110可以表示可以通过驱动电流或驱动频率控制来改变振荡频率的激光二极管。可调谐激光二极管110可以通过振荡频率的变化来改变发射的激光的波段。
例如，可调谐激光二极管110可以在第一条件下(例如，响应于第一条件)发射(例如，输出)第一波长的激光束(例如，第一激光束)，并且可以在第二条件下(例如，响应于第二条件)发射第二波长的激光束(例如，第二激光束)。第一条件和第二条件可以彼此不同，并且第一波长和第二波长可以彼此不同。由可调谐激光二极管110产生的不同波长的激光束将在后面进行详细描述。
尽管在图1中未示出，但是可调谐激光二极管110还可以包括驱动器，该驱动器能够通过向可调谐激光二极管110施加电流或频率来改变输出波长或振荡波长。
可以通过波导111将从可调谐激光二极管110产生的激光束提供给光学放大器120。
光学放大器120可以放大从可调谐激光二极管110通过波导111提供的激光束。再次指出，光学放大器120可以配置为放大由可调谐激光二极管110发射的光(例如，激光束)。具体地，光学放大器120可以从外部电源接收电流，并且可以使用所提供的电流的能量产生放大的激光束。
可以通过波导121将来自光学放大器120的放大的光信号提供给带通滤波器130。
带通滤波器130接收从光学放大器120通过波导121提供的激光束，并且可以对除被光束转向装置100将使用的波段之外的所提供的激光束的光信号进行滤波。可以从光信号中去除已经通过带通滤波器130的噪声。可以通过波导131将滤波后的光信号提供给天线140。再次指出，带通滤波器130可以配置为对经光学放大器120放大后的光进行滤波并且还可以配置为向天线140提供滤波后的光。
天线140可以向目标发射所提供的光信号。天线140可以将激光束以线性光源的形式发射到目标。再次指出，天线140可以将由可调谐激光二极管110发射的激光束转换为由天线140发射(例如，输出)的线性光源。例如，天线140可以被布置为竖直或水平结构。当天线140被布置为竖直天线时，从天线140发射的激光束可以具有水平线性光源的形式。当天线140被布置为水平天线时，从天线140发射的激光束可以具有竖直线性光源的形式。
然而，天线140的排列方向和从天线140发射的激光束的形状不限于此。也就是说，以任意第一方向布置天线140，从天线140发射的激光束可以具有在垂直于第一方向的第二方向上延伸的线性光源的形式。
天线140中可以包括多个光栅。具体地，天线140可以包括以恒定周期彼此隔开的多个光栅。在本文中可以将多个光栅称为光栅结构。
图2是用于说明图1的光束转向装置中包括的天线的概念图。
参考图2，天线140可以包括衬底141和形成在衬底141上的光栅结构(例如，多个光栅142)。例如，衬底141可以包括硅衬底，但本公开不限于此。衬底141可以是绝缘体上硅(SOI)。
图1的光束转向装置100中包括的可调谐激光二极管110、光学放大器120、带通滤波器130和天线140可以布置在相同的衬底上。也就是说，在本公开的一些示例实施例中，光束转向装置100可以包括这样一种结构，在该结构中可调谐激光二极管110、光学放大器120、带通滤波器130和天线140可以形成在天线140的衬底141上，但本公开不限于此。
天线140可以包括以恒定距离P彼此隔开的多个光栅142。本文中可以将所述多个光栅142称为光栅结构。如图2所示，例如当可调谐激光二极管110被包括在衬底141中时、当衬底141在可调谐激光二极管110和光栅142之间时、其一些组合等时，由可调谐激光二极管110发射的激光束可以从衬底141朝向并穿过光栅结构的光栅142。如图2所示，由可调谐激光二极管110发射的、穿过光栅142的激光束Li被转换为具有发射角a°的激光束Li’(例如，由天线140输出的光束)。例如，如图2所示，激光束Li可以相对于天线140以垂直或大体上垂直(例如，在制造公差和/或材料公差内垂直)的角度进入光栅142，由天线140发射(例如，输出)的激光束Li’可以为线性光源并且可以具有发射角a°(本文还简称为“角度”)，该发射角a°不同于激光束垂直或大体上垂直于天线140时的角度。在从天线140发射的激光束Li’中，激光束Li’的发射角a°可以由光栅142之间的距离P和从可调谐激光二极管110产生(例如，发射)的激光束Li的波长决定。例如，光栅142可以包括介电光栅，但本公开不限于此。
在下文中，将参考图3对使用天线140的光束转向装置100的操作进行更加详细地描述。
图3是用于说明图1的光束转向装置的操作的透视图。
参考图3，示出了从天线140发射第一光L1和第二光L2。图3中所示的天线140包括光栅结构，该光栅结构包括如上参考图2所描述的多个光栅142。如图3所示，可以在天线140处接收来自可调谐激光二极管的具有第一波长的第一激光束Li1和具有不同的第二波长的第二激光束Li2。分别基于穿过天线140朝向天线140(例如，光栅结构)的光栅并通过所述光栅从天线140发射的第一激光束Li1和第二激光束Li2，天线140可以将第一激光束Li1转换为第一光L1(例如，第一光束L1)，并且可以将第二激光束Li2转换为第二光L2(例如，第二光束L2)。如上所述，从天线140发射的第一光L1和第二光L2可以具有线性光源形式。因此，天线140配置为基于天线140的光栅结构将由可调谐激光二极管110发射的激光束转换为线性光源。
例如，当将天线140布置为竖直天线时，第一光L1和第二光L2可以均为水平线性光源。在一些示例实施例中，当将天线140布置为水平天线时，第一光L1和第二光L2可以均为竖直线性光源。
第一光L1和第二光L2可以具有从天线140发射的不同的角度(例如，不同的发射角)。此处，“从天线140发射的角度”表示在第一光L1或第二光L2的行进方向和天线140的表面之间形成的角度(例如，发射角)。也就是说，以图2为例，从天线140发射激光束的发射角可以是a°。
在图3中，从天线140发射第一光L1的角度可以为a1°，从天线140发射第二光L2的角度可以为a2°。再次指出，并且如图3所示，天线140可以在天线140的一个表面接收第一激光束Li1，并且作为响应，可以从天线140的相对表面输出第一线性光源(例如，第一光L1)，该第一线性光源相对于天线的相对表面具有第一发射角(例如，a1°)，并且天线140可以在天线140的一个表面接收第二激光束Li2，并作为响应可以输出相对于天线140的相对表面具有第二发射角(例如，a2°)的第二线性光源(例如，L2)，其中第二发射角(例如，a2°)不同于第一发射角(例如，a1°)。图3中示出的第一光L1是从天线140发射的激光束当中可以与天线140的表面形成最小角度a1°的光。此外，第二光L2是从天线140发射的激光束当中可以与天线140的表面形成最大角度a2°的光。
因此，天线140可以发射与其表面形成a1°和a2°之间的角度(例如，发射角)的激光束。为了控制从天线140发射的激光束与天线140的表面之间形成的角度(例如，控制发射角)，可以控制从可调谐激光二极管110产生(例如，发射)的激光束的波长。将参考图4对这点进行更详细地描述。
图4是用于说明图1的光束转向装置的操作的曲线图。
参考图4，示出了这样的曲线图，其中可调谐激光二极管110在第一时间t1产生第一波长λ1的光，并且在第二时间t2产生第二波长λ2的光。如图4所示，可调谐激光二极管110在第一时间t1产生第一波长λ1的光，并且随后不断增加产生的光的波长，由此在第二时间t2产生第二波长λ2的激光束。
可调谐激光二极管110产生第一波长λ1的激光束的情况可以是在第一条件下产生激光束。具体地，可调谐激光二极管110例如设置有电源，该电源具有来自连接到其上的驱动器(未示出)的第一幅度的电流或频率，从而产生第一波长λ1的激光束。
在一些示例实施例中，可调谐激光二极管110产生第二波长λ2的激光束的情况可以是在第二条件下产生激光束。具体地，可调谐激光二极管110例如设置有电源，该电源具有来自连接到其上的驱动器(未示出)的第二幅度的电流或频率，从而产生第二波长λ2的激光束。
根据图4的曲线图，示出了由可调谐激光二极管110产生的光的波长从第一时间t1的第一波长λ1线性增加到第二时间t2的第二波长λ2的情况。然而，本公开不限于此。图4的曲线图为一个示例，并且可调谐激光二极管110可以非线性地改变在第一时间t1和第二时间t2之间产生的激光束的波长。
由在第一波长λ1处产生的激光束以与天线140的表面的第一角度a1°发射第一光L1。另外，由在第二波长λ2处产生的激光束以与天线140的表面的第二角度a2°发射第二光L2。因此，通过波长从第一波长λ1变化为第二波长λ2的激光束，从天线140发射的激光束可以从与天线140形成第一角度a1°的第一光L1变化为形成第二角度a2°的第二光L2。
同样地，图4的曲线图示出，从天线140发射的光与天线140之间形成的角度从第一时间t1的第一角度a1°线性增加到第二时间t2的第二角度a2°，但本公开不限于此。图4的曲线图为一示例，但是在第一时间t1和第二时间t2之间相对于天线140发射的激光束之间形成的角度也可以非线性地变化。
总之，根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置100可以使用从可调谐激光二极管110产生的激光束的波长的变化来控制从天线140发射的激光束的发射角。
也就是说，在光束转向装置100中，可调谐激光二极管110产生第一波长λ1的激光束并将第一激光束(例如，Li1)提供给天线140，天线140接收第一波长λ1的第一激光束(例如，Li1)并且作为响应，可以发射与天线140的表面形成第一角度a1°的第一光L1。
随后，光束转向装置100产生不同于第一波长λ1的第二波长λ2的第二激光束(例如，Li2)，天线140可以接收第二波长λ2的第二激光束(例如，Li2)并且作为响应可以发射与天线140的表面形成第二角度a2°的第二光L2。
再次指出，可调谐激光二极管110可以配置为在第一波长λ1和第二波长λ2之间连续地改变其输出的激光束的波长，使得可调谐激光二极管110配置为在发射第一激光束Li1和发射第二激光束Li2之间连续地改变；并且天线140可以配置为在第一发射角a1°和第二发射角a2°之间连续地改变线性光源的发射角。因此，天线140可以配置为基于调整从天线140输出的线性光源而在第一发射角a1°和第二发射角a2°之间的范围内“扫描”目标，从而从光束转向装置100输出其发射角在从第一发射角a1°至第二发射角a2°的范围内的线性光源。
光束转向装置100可以通过以上所描述的对激光束的控制，发出与天线140的表面形成在a2°至a1°的范围内的角度的激光束。光束转向装置100通过天线140发射线性光源，即，一维形式的激光束。
另外，如上所述，通过改变由可调谐激光二极管110产生的激光束的波长，从天线140发射的激光束与天线140的表面之间形成的角度可以改变。因此，由通过天线140发射的一维形式的激光束照射的区域被移动，可以获得与线性光源顺序地穿过二维区域的情况相同的效果，从而通过调节由可调谐激光二极管110发射的激光束的波长以使线性光源在不同的发射角之间扫描来能够用线性光源扫描目标，从而提高光束转向装置100的性能。作为至少包括如本文所述的可调谐激光二极管110和天线140的结果，光束转向装置100还可以具有改进的紧凑性。
当从天线140发射的激光束与天线140的表面的角度从a1°变化到a2°时，从天线140发射的激光束可以在与天线140的延伸方向相同的方向上移动。也就是说，在天线140是竖直天线的情况下，从天线140发射的光是水平线性光源，并且通过光束转向处理从天线140发射的激光束可以在竖直方向上移动。
在一些示例实施例中，当天线140是水平天线时，从天线140发射的激光束是竖直线性光源，并且通过光束转向处理从天线140发射的激光束可以在水平方向上移动。
然而，本公开不限于此，并且当将天线140布置在任意第一方向上时(例如，天线140的输出激光束的表面在任意第一方向上延伸)，并且从天线140发射的激光束是在与第一方向正交或大体上正交(例如，在制造公差和/或材料公差内正交)的第二方向上延伸的线性光源，该激光束可通过光束转向装置100的光学转向而在任意第一方向上移动。因此，至少可调谐激光二极管110和天线140可以共同配置成输出线性光源并使线性光源沿任意第一方向在第一发射角a1°和第二发射角a2°之间移动。当天线140是水平天线时，第一方向可以是水平方向，而第二方向可以是竖直方向。
总之，根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置100具有用激光束二维地照射目标的构造，并且包括相对简单的系统，该相对简单的系统包括可调谐激光二极管110、光学放大器120、带通滤波器130以及随后的天线140。因此，这种系统可以具有改进的紧凑性和/或操作可靠性。当通过天线140发射由可调谐激光二极管110改变其波长的激光束时，可以使用一维光实施对目标的二维激光束照射。
图5是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图。
参考图5，根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置200包括可调谐激光二极管110、第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)、第一带通滤波器至第n带通滤波器(130_1至130_n)以及第一天线至第n天线(140_1至140_n)。此处，n表示2或更大的自然数。
可调谐激光二极管110与参考图1所描述的可调谐激光二极管110相同。因此，可调谐激光二极管110通过振荡频率的改变来改变激光束的波长，并且可以通过波导111将产生的激光束提供给第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)。
第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)可以放大从可调谐激光二极管110通过波导111提供的激光束。第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)被提供有来自外部电源的电流，并且可以使用所提供的电流的能量产生放大的激光束。尽管第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)可以以相同的增益放大从可调谐激光二极管110提供的激光束，但是本公开不限于此。第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)可以以彼此不同的增益放大从可调谐激光二极管110处提供的激光束。
可以通过波导(121_1至121_n)将来自第一光学放大器至第n光学放大器(120_1至120_n)的放大的光信号提供给第一带通滤波器至第n带通滤波器(130_1至130_n)。可以通过波导(131_1至131_n)将由第一带通滤波器至第n带通滤波器(130_1至130_n)滤波后的光信号提供给第一天线至第n天线(140_1至140_n)。
通过波导(121_1至121_n)将从光学放大器(120_1至120_n)处提供的激光束提供给第一带通滤波器至第n带通滤波器(130_1至130_n)，并且第一带通滤波器至第n带通滤波器(130_1至130_n)可以过滤除由光束转向装置100使用的波段之外的激光束的光信号。可以从已经通过带通滤波器(130_1至130_n)的光信号中去除噪声。可以通过波导(130_1至130_n)将滤波后的光信号提供给天线(140_1至140_n)。
再次指出图5中所示的内容，除了配置为发射分别具有不同的第一波长和第二波长的第一激光束和第二激光束的可调谐激光二极管110之外，光束转向装置200可以包括：配置为放大分别由可调谐激光二极管110发射的第一激光束和第二激光束的第一光学放大器和第二光学放大器(例如，120_1和120_2)、配置为分别对由光学放大器放大的(例如，分别经由121_1和121_2的)第一激光束和第二激光束进行滤波的第一带通滤波器和第二带通滤波器(例如，130_1和130_2)以及配置为将滤波后的第一激光束和第二激光束分别转换为分离的线性光源的第一天线和第二天线(例如，140_1和140_2)。
在一些示例实施例中，光学放大器120_1至120_n和带通滤波器130_1至130_n可以从光束转向装置200中省略，使得根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置200包括可调谐激光二极管110和第一天线至第n天线(140_1至140_n)。
在一些示例实施例中，光束转向装置200包括配置为放大由可调谐激光二极管110发射的激光束的单个光学放大器120，使得多个带通滤波器(例如，130_1和130_2)配置为对由光学放大器120放大的激光束进行滤波，并将滤波后的激光束提供给分离的各个天线(例如，分别为140_1和140_2)。
在一些示例实施例中，光束转向装置200包括单个光学放大器120和单个带通滤波器130，其中带通滤波器配置为对由光学放大器120放大的激光束进行滤波并将滤波后的激光束提供给分离的各个天线(例如，分别为140_1和140_2)。
第一天线至第n天线(140_1至140_n)的构造中的每一个可以与一些示例实施例(包括上述示例实施例)中包括的天线140的构造不同。将参考图6A至图6C对这一点进行更详细地描述。
图6A、图6B、图6C是用于说明图5的光束转向装置中包括的天线的剖视图。
首先，参考图6A，第一天线140_1可以包括衬底141_1以及形成在衬底141_1上的多个光栅142_1。由于衬底141_1和光栅142_1与参考图2所描述的衬底141和光栅142相同，将不提供其描述。
多个光栅142_1可以彼此隔开第一距离P1。基于在多个光栅142_1处接收激光束Li而输出的激光束Li'的发射角a1°可以由(例如，基于)光栅142_1之间的第一距离P1和从可调谐激光二极管110产生的光束的波长来确定。
随后，参考图6B，第二天线140_2可以包括衬底141_2以及形成在衬底141_2上的多个光栅142_2。多个光栅142_2可以彼此隔开第二距离P2。多个光栅142_2之间的第二距离P2可以与光栅142_1之间的第一距离P1不同。
基于在多个光栅142_2处接收激光束Li而输出的激光束Li'的发射角a2°可以由(例如，基于)光栅142_2之间的第二距离P2和从可调谐激光二极管110产生的光束的波长来确定。由于第二距离P2和第一距离P1彼此不同，因此在从第二天线140_2发射的激光束与第二天线140_2的表面之间形成的角度a2°可以不同于在从第一天线140_1发射的激光束与第一天线140_1的表面之间形成的角度a1°。
还参考图6C，第n天线140_n可以包括衬底141_n以及形成在衬底141_n上的多个光栅142_n。多个光栅142_n可以彼此隔开第n距离Pn。多个光栅142_1之间的第n距离Pn可以与光栅142_1之间的第一距离P1不同。
基于在多个光栅142_n处接收激光束Li而输出的激光束Li'的发射角an°可以由(例如，基于)光栅142_n之间的第n距离Pn和从可调谐激光二极管110产生的光束的波长确定。由于第n距离Pn和第一距离P1彼此不同，因此在从第n天线140_n发射的激光束与第n天线140_n的表面之间形成的角度an°不同于在从第一天线140_1发射的激光束与第一天线140_1的表面之间形成的角度a1°。
在本公开的一些示例实施例中，第一天线至第n天线(140_1至140_n)可以是在相同方向上布置的天线。也就是说，当第一天线140_1在竖直方向上布置时，第二天线至第n天线(140_2至140_n)也可以在竖直方向上布置。在这种情况下，从第一天线至第n天线(140_1至140_n)发射的所有激光束可以具有水平线性光源的形式。
然而，本公开不限于此，并且第一天线至第n天线(140_1至140_n)可以在任意第一方向上布置，并且从第一天线至第n天线(140_1至140_n)发射的激光束可以是在与第一方向正交或大体上正交的第二方向上延伸的线性光源的形式。当天线140是水平天线时，第一方向可以是水平方向并且第二方向可以是垂直方向。例如，第一天线140_1可以在第一方向上延伸并且可以配置为将滤波后的第一激光束转换为在与第一方向大体上正交的第二方向上延伸的线性光源，第二天线140_2可以在第一方向上延伸并且可以配置为将滤波后的第二激光束转换为在第一方向上延伸的线性光源。第一天线140_1可以接收滤波后的第一激光束，并且作为响应，输出相对于第一天线140_1的表面具有第一发射角的线性光源，并且第二天线140_2可以接收滤波后的第二激光束，并且作为响应，输出相对于第二天线140_2的表面具有第二发射角的线性光源，第二发射角不同于第一发射角。
在一些示例实施例中，不同的天线(例如，140_1和140_2)可以各自配置为分别接收由可调谐激光二极管110发射的具有共同波长的激光束，并且可以各自分别将激光束转换为相对于各个不同的天线的表面具有各自的发射角的各个线性光源。例如，参考图6A至图6C，其中可调谐激光二极管110发射具有给定波长的激光束，第一天线(例如，140_1)可以配置为通过多个第一光栅将激光束转换为相对于第一天线的表面具有第一发射角的线性光源，该第一天线包括彼此隔开第一距离的多个第一光栅，并且第二天线(例如，140_2)可以配置为通过多个第二光栅将激光束转换为相对于第二天线的表面具有第二发射角的线性光源。
图7A和图7B是用于说明图5的光束转向装置的操作的示意图。
首先参考图7A，将第一天线140_1示为发射与其表面形成a1°和a2°之间的角度的激光束。也就是说，类似于参考图3和图4所描述的光束转向装置100的操作，当可调谐激光二极管110产生第一波长λ1和第二波长λ2之间的激光束时，第一天线140_1可以发射相对于第一天线140_1的表面具有a2°至a1°的范围的角度的激光束。
因此，光束转向装置200移动通过第一天线140_1发射的一维形式的激光束所照射的区域，并且可以具有与线性光源顺序通过二维区域的情况相同的效果。
参考图7B，将第二天线140_2示为发射与其表面形成ak+1°至ak°之间的角度的激光束。当可调谐激光二极管110产生第一波长λ1和第二波长λ2之间的激光束时，第二天线140_2可以发射与第二天线140_2的表面形成ak+1°至ak°的范围内的角度的激光束。
因此，光束转向装置200移动通过第二天线140_2发射的一维形式的激光束所照射的区域，并且可以具有与线性光源顺序通过二维区域的情况相同的效果。
再次指出图7A和图7B所示的内容，可调谐激光二极管110可以配置为发射具有第一波长的第一激光束和具有与第一波长不同的第二波长的第二激光束，并且给定天线(例如，第一天线140_1)可以配置为接收第一激光束(例如，Li1)并作为响应输出具有第一发射角的线性光源(例如，L1)，并且该给定天线(例如，第一天线140_1)还可以配置为接收第二激光束(例如，Li2)并作为响应输出具有第三发射角的线性光源(例如，L2)，第三发射角不同于第一发射角，并且另一天线(例如，第二天线140_2)可以配置为接收第一激光束(例如，Li1)并作为响应输出具有第二发射角的线性光源(例如，L3)，并且所述另一天线还可以配置为接收第二激光束(例如，Li2)并作为响应输出具有第四发射角的线性光源(例如，L4)，第四发射角不同于第二发射角。
可调谐激光二极管110可以配置为在第一波长和第二波长之间连续地改变由可调谐激光二极管发射的激光束的波长，使得可调谐激光二极管配置为在发射第一激光束(例如，Li1)和发射第二激光束(例如，Li2)之间连续地改变，并且第一天线(例如，140_1)可以配置为在第一发射角(例如，对应于L1)和第三发射角(例如，对应于L2)之间连续地改变由第一天线输出的线性光源的发射角。另外，第二天线(例如，140_2)可以配置为在第二发射角(例如，对应于L3)和第四发射角(例如，对应于L4)之间连续地改变由第二天线输出的线性光源的发射角。
图8是根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的框图。
参考图8，根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置300可以包括可调谐激光二极管110、光学放大器(120、320)、带通滤波器(130、330)和天线(140、340)。
由于可调谐激光二极管110、光学放大器120和带通滤波器130与先前参考图1所描述的光束转向装置100的组成元件相同，将不提供其详细描述。
光束转向装置300可以包括竖直天线140。竖直天线140是竖直布置的天线并且可以发射具有水平线性光源形式的激光。
此外，可调谐激光二极管110可以通过波导311连接到光学放大器320。由于光学放大器320和通过波导321连接到光学放大器320的带通滤波器330也与使用图1所描述的光束转向装置100的组成元件相同，将不提供其详细描述。另外，由于带通滤波器330和通过波导331连接到带通滤波器330的天线340也与使用图1所描述的光束转向装置100的组成元件相同，将不提供其详细描述。
光束转向装置300可以包括水平天线340。水平天线340被布置在水平方向上，并且可以发射具有竖直线性光源形式的激光。
也就是说，根据图8中所示的本公开的一些示例实施例的光束转向装置300可以同时包括竖直天线140和水平天线340。光束转向装置300可以根据需要通过竖直天线140和水平天线340中的一个选择性地向目标发射激光束。再次指出，光束转向装置300可以配置为控制垂直天线140(例如，第一天线)和水平天线340(例如，第二天线)中的至少一个，使得光束转向装置300配置为选择性地输出在第二方向上延伸的线性光源或在第一方向上延伸的线性光源。
图9是根据本公开的一些示例实施例的包括光束转向装置的传感器系统的框图。
参考图9，根据本公开的一些示例实施例的传感器系统1000可以包括光束转向装置100、接收器500(在此也称为光学接收器)和控制器600。
由于光束转向装置100与上面参考一些示例实施例所描述的光束转向装置相同，因此将不提供其描述。传感器系统1000可以使用光束转向装置100利用激光束照射目标。再次指出，光束转向装置100可以配置为利用输出光照射目标。
接收器500可以检测(例如，接收)从目标反射的激光束(例如，输出光)并且可以基于检测的激光束产生电信号。具体地，接收器500可以包括时间-数字转换器(TDC)510和传感器520。
接收器500可以通过传感器520检测从目标反射的激光束(例如，输出光)。传感器520可以包括例如光电二极管阵列，并且可以具体地包括排列为一维或二维的多个光电二极管阵列。传感器520可以接收激光束，将激光束转换成电信号，并将电信号提供给TDC510。再次指出，传感器520可以配置成检测从目标反射的输出光并基于该检测而产生电信号。
TDC 510可以数字式地分析由传感器520提供的电信号。例如，传感器520中包括的每个光电二极管阵列具有时间差并且数字式地分析所接收的激光束信号，从而将传感器系统1000和目标之间的距离信息转换为数值。再次指出，TDC 510可以配置为将传感器520产生的电信号中所包括的时间差信息转换为数字信息。
控制器600可以控制光束转向装置100和接收器500。特别地，控制器600可以使用由接收器500提供的数字信息解释目标和传感器系统1000之间的距离、物体的形状等。
在一些示例实施例中，传感器系统1000可以包括在车辆(包括汽车)的一个或多个部分中。车辆可以包括配置为手动(例如，基于车辆的至少一个乘员与车辆的一个或多个驾驶仪器的手动交互)驱动(“操纵”)的车辆、配置为自动驱动(“操纵”)的车辆(例如，配置成在具有或不具有来自车辆乘员的输入的情况下基于车辆的至少部分计算机系统控制来驾驶的自动驾驶车辆)、手动驾驶车辆或自动驾驶车辆的某种组合等。例如，在一些示例实施例中，车辆可以配置为基于由包括在车辆中的一个或多个传感器系统1000产生的数据而通过环境驱动(“操纵”)。这样的操纵可以包括：该车辆配置为基于由传感器系统1000(例如，接收器500)产生的数据而相对于位于环境中的物体通过环境进行操纵，由传感器系统1000产生的所述数据是传感器系统1000(例如，光束转向装置100)将光束(例如，激光束)发射到环境中并且检测环境中的物体所得到的结果，其中，传感器系统1000可以基于对所发射的光束离开物体的反射和/或散射的检测来检测该物体。
在一些示例实施例中，基于提供改进的可靠性、改进的准确性、改进的紧凑性和降低的成本的传感器系统1000，传感器系统1000可以能够将车辆配置为通过将至少包括光束转向装置100并具有改进的可靠性、降低的成本和减少的空间需求的传感器系统1000结合在车辆中，以使得车辆包含可实现环境监控的传感器系统1000以进一步通过环境实现自主操纵，从而可以实现环境的自主操纵。
在一些示例实施例中，至少部分地基于包括如本文所述的可调谐激光二极管110和天线140，传感器系统1000省略移动机械元件。因此，传感器系统1000相对于包括机械元件的传感器系统可以具有改进的紧凑性、可靠性和性能。
图10是可以应用根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置和传感器系统的示例半导体系统。
参考图10，示出了作为包括根据本公开的一些示例实施例的光束转向装置的示例半导体系统的智能手机1500。智能手机1500可以包括光束转向装置100和接收器500。智能手机1500使用光束转向装置100利用激光束照射用户，并且接收器500接收从用户反射的激光束，从而扫描用户。
已经参考附图描述了本公开的示例实施例，但是本领域普通技术人员之一可以理解，在不改变本公开的技术概念或基本特征的情况下，本公开可以以其他特定形式由本领域普通技术人员之一来实施。此外，上述实施例仅是示例，并不限制本公开的权利范围。

Claims (20)

1.一种光束转向装置，包括：
可调谐激光二极管，其配置为发射激光束，所述发射包括
发射具有第一波长的第一激光束，以及
发射具有第二波长的第二激光束，所述第二波长不同于所述第一波长；以及
天线，其包括光栅结构，所述天线配置为基于所述光栅结构将由所述可调谐激光二极管发射的激光束转换为线性光源，所述转换包括
接收所述第一激光束，并且作为响应，输出相对于所述天线的表面具有第一发射角的第一线性光源，以及
接收所述第二激光束，并且作为响应，输出相对于所述天线的所述表面具有第二发射角的第二线性光源，所述第二发射角不同于所述第一发射角。
2.根据权利要求1所述的光束转向装置，其中，
所述可调谐激光二极管配置为在所述第一波长和所述第二波长之间连续地改变由所述可调谐激光二极管发射的激光束的波长，使得所述可调谐激光二极管配置为在发射所述第一激光束和发射所述第二激光束之间连续地改变，并且
所述天线配置为在所述第一发射角和所述第二发射角之间连续地改变所述线性光源的发射角。
3.根据权利要求2所述的光束转向装置，其中，所述天线配置为在所述第一发射角和所述第二发射角之间的范围内扫描目标。
4.根据权利要求1所述的光束转向装置，其中，
所述天线的所述表面在第一方向上延伸，并且
所述线性光源在与所述第一方向实质上正交的第二方向上延伸。
5.根据权利要求4所述的光束转向装置，其中，所述可调谐激光二极管和所述天线共同地配置为使得所述线性光源在所述第一发射角和所述第二发射角之间沿所述第一方向移动。
6.根据权利要求4所述的光束转向装置，其中，所述第一方向是水平方向并且所述第二方向是竖直方向。
7.根据权利要求1所述的光束转向装置，还包括：
光学放大器，其配置为放大由所述可调谐激光二极管发射的光。
8.根据权利要求7所述的光束转向装置，还包括：
带通滤波器，其配置为对由所述光学放大器放大的光进行滤波，所述带通滤波器还配置为向所述天线提供滤波后的光。
9.一种光束转向装置，包括：
可调谐激光二极管，其配置为发射激光束，所述发射包括
发射具有第一波长的第一激光束，以及
发射具有第二波长的第二激光束，所述第二波长不同于所述第一波长；
第一光学放大器和第二光学放大器，其配置为分别放大由所述可调谐激光二极管发射的第一激光束和第二激光束；
第一带通滤波器和第二带通滤波器，其配置为分别对由所述第一光学放大器和第二光学放大器放大的第一激光束和第二激光束进行滤波；
在第一方向上延伸的第一天线，所述第一天线配置为将滤波后的所述第一激光束转换为在与所述第一方向实质上正交的第二方向上延伸的第一线性光源，使得在所述第二方向上延伸的第一线性光源相对于所述第一天线的表面具有第一发射角；以及
在所述第二方向上延伸的第二天线，所述第二天线配置为将滤波后的所述第二激光束转换为在所述第一方向上延伸的第二线性光源，使得在所述第一方向上延伸的第二线性光源相对于所述第二天线的表面具有第二发射角，所述第二发射角不同于所述第一发射角。
10.根据权利要求9所述的光束转向装置，其中，
所述可调谐激光二极管配置为在所述第一波长和所述第二波长之间连续地改变由所述可调谐激光二极管发射的激光束的波长，使得所述可调谐激光二极管配置为在发射所述第一激光束和发射所述第二激光束之间连续地改变，并且
所述第一天线配置为在所述第一发射角和所述第二发射角之间连续地改变所述第一线性光源的发射角。
11.根据权利要求10所述的光束转向装置，其中，所述第一天线配置为在所述第一发射角和所述第二发射角之间的范围内扫描目标。
12.根据权利要求9所述的光束转向装置，其中，所述光束转向装置配置为控制所述第一天线和所述第二天线中的至少一个以选择性地输出在所述第二方向上延伸的第一线性光源或在所述第一方向上延伸的第二线性光源。
13.一种光束转向装置，包括：
可调谐激光二极管，其配置为发射激光束；
第一天线，其包括彼此隔开第一距离的多个第一光栅，所述第一天线配置为通过所述多个第一光栅将所述激光束转换为相对于所述第一天线的表面具有第一发射角的线性光源；以及
第二天线，其包括彼此隔开不同于所述第一距离的第二距离的多个第二光栅，所述第二天线配置为通过所述多个第二光栅将所述激光束转换为相对于所述第二天线的表面具有第二发射角的线性光源。
14.根据权利要求13所述的光束转向装置，其中，
所述可调谐激光二极管配置为发射具有第一波长的第一激光束和具有不同于所述第一波长的第二波长的第二激光束，
所述第一天线配置为接收所述第一激光束，并且作为响应，输出具有所述第一发射角的线性光源，并且
所述第一天线还配置为接收所述第二激光束，并且作为响应，输出相对于所述第一天线的表面具有第三发射角的线性光源，所述第三发射角不同于所述第一发射角。
15.根据权利要求14所述的光束转向装置，其中，
所述第二天线配置为接收所述第一激光束，并且作为响应，输出所述具有第二发射角的线性光源，并且
所述第二天线还配置为接收所述第二激光束，并且作为响应，输出相对于所述第二天线的表面具有第四发射角的线性光源，所述第四发射角不同于所述第二发射角。
16.根据权利要求14所述的光束转向装置，其中，
所述可调谐激光二极管配置为在所述第一波长和所述第二波长之间连续地改变由所述可调谐激光二极管发射的激光束的波长，使得所述可调谐激光二极管配置为在发射所述第一激光束和发射所述第二激光束之间连续地改变，并且
所述第一天线配置为在所述第一发射角和所述第三发射角之间连续地改变由所述第一天线输出的线性光源的发射角。
17.根据权利要求16所述的光束转向装置，其中，所述第二天线配置为在所述第二发射角和第四发射角之间连续地改变由所述第二天线输出的线性光源的发射角，所述第四发射角不同于所述第二发射角。
18.根据权利要求13所述的光束转向装置，还包括：
光学放大器，其配置为放大由所述可调谐激光二极管发射的激光束。
19.根据权利要求18所述的光束转向装置，还包括：
第一带通滤波器，其配置为对由所述光学放大器放大的激光束进行滤波并将由所述第一带通滤波器滤波后的激光束提供给所述第一天线；以及
第二带通滤波器，其配置为对由所述光学放大器放大的激光束进行滤波并将由所述第二带通滤波器滤波后的激光束提供给所述第二天线。
20.根据权利要求13所述的光束转向装置，其中，所述第一天线在第一方向上延伸，并且
从所述第一天线输出的线性光源在与所述第一方向实质上正交的第二方向上延伸。
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