CN110100159A - 使用光圈进行光检测的波导漫射器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用光圈限制光检测器上的噪声。一个示例实施方式包括系统。该系统包括相对于场景设置的透镜。该透镜聚焦来自场景中的光。该系统还包括限定在不透明材料内的光圈。该系统还包括波导，该波导具有接收由透镜聚焦并透射通过光圈的光的第一侧。波导将接收的光导向与第一侧相对的波导的第二侧。波导具有在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧。该系统还包括光检测器阵列，该光检测器阵列拦截并检测传播出波导的第三侧的光。

Description

使用光圈进行光检测的波导漫射器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月3日提交的美国专利申请第15/368,579号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
除非本文另有指示，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不被承认为通过包含在本部分中作为现有技术。
光检测器，诸如光电二极管、单光子雪崩二极管(single photon avalanchediode，SPAD)或其他类型的雪崩光电二极管(avalanche photodiode，APD)，可用于检测在其表面上给予的光(例如，通过输出对应于光的强度的电信号，诸如电压或电流)。许多类型的这种器件由诸如硅的半导体材料制成。为了检测大的几何区域上的光，可以将多个光检测器布置为并联连接的阵列。这些阵列有时被称为硅光电倍增管(siliconphotomultiplier，SiPM)或多像素光子计数器(multi-pixel photon counter，MPPC)。
一些上述布置对光的相对低强度敏感，从而提高了它们的检测质量。然而，这可能导致上述布置也不成比例地受到不利背景效果的影响(例如，来自外部源的外来光可能影响光检测器的测量)。
发明内容
在一个示例中，一种系统包括相对于场景设置并且被配置为聚焦来自场景的光的透镜。该系统还包括限定在不透明材料内的光圈。该系统还包括波导，该波导具有接收由透镜聚焦并透射通过光圈的光的第一侧。波导将接收的光导向与第一侧相对的波导的第二侧。波导具有在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧。该系统还包括光检测器阵列，其拦截并检测传播出波导的第三侧的光。
在另一示例中，一种方法，涉及经由相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光。该方法还涉及通过在不透明材料内限定的光圈透射聚焦的光。该方法还涉及在波导的第一侧接收透射通过光圈的光。该方法还涉及波导将接收的光引导向波导的第二侧。该方法还涉及在光检测器阵列处检测传播出波导的第三侧的光。该第三侧在第一侧和第二侧之间延伸。
在又一示例中，光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)设备包括照亮场景的LIDAR发送器。LIDAR设备还包括LIDAR接收器，该LIDAR接收器接收由场景内的一个或多个对象散射的光。LIDAR接收器包括聚焦散射光的透镜。LIDAR接收器还包括在不透明材料内限定的光圈。LIDAR接收器还包括波导，该波导具有接收由透镜聚焦并透射通过光圈的光的第一侧。波导将接收的光导向与第一侧相对的波导的第二侧。波导具有在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧。LIDAR接收器还包括光检测器阵列，其拦截并检测传播出波导的第三侧的光。
在又一示例中，一种系统包括用于经由相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光的装置。该系统还包括用于通过限定在不透明材料内的光圈透射聚焦的光的装置。该系统还包括用于在波导的第一侧接收透射通过光圈的光的装置。该系统还包括用于通过波导将接收的光导向波导的第二侧的装置。该系统还包括用于在光检测器阵列处检测传播出波导的第三侧的光的装置。该第三侧在第一侧和第二侧之间延伸。
前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
图1A是根据示例实施例的包括光圈的噪声限制系统的图示。
图1B是图1A的系统的另一图示。
图2是根据示例实施例的LIDAR设备的简化框图。
图3A是根据示例实施例的包括光圈和波导的噪声限制系统的图示。
图3B示出了图3A的系统的横截面视图。
图4示出了根据示例实施例的耦合到镜子的波导的横截面视图。
图5示出了根据示例实施例的波导的横截面视图，该波导包括具有多个变形的包层。
图6示出了根据示例实施例的波导的横截面视图，该波导包括具有可变间隔的变形的包层。
图7是根据示例实施例的包括光圈和多个波导的噪声限制系统的图示。
图8是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在此描述的任何示例实施例或特征不必解释为优选或有利于其他实施例或特征。在此描述的示例实施例不意味着限制。容易理解的是，所公开的实施方式的某些方面可以在各种不同的配置中布置和组合。此外，图中所示的特定布置不应视为限制。应该理解，其他实施方式可以包括给定图中所示的每个元件的更多或更少。另外，可以组合或省略一些所示元件。类似地，示例实施方式可以包括未在图中示出的元件。
I、概览
示例实施方式可以涉及用于减少给予光检测器阵列上的背景光的设备、系统和方法。阵列中的光检测器可以感测来自场景的光。例如，光检测器可以是光检测和测距(LIDAR)设备的感测组件。
一个示例系统包括透镜。透镜可用于聚焦来自场景的光。然而，透镜还可以聚焦不意在被系统注意到的背景光(例如，场景内的太阳光)。为了选择性地过滤光(即，从与场景内的信息相对应的光分离背景光)，可以在透镜后面放置不透明材料(例如，选择性蚀刻的金属、部分被掩模(mask)覆盖的玻璃基板等)。在各种实施例中，不透明材料可以成形为板、片或各种其他形状。在不透明材料内，可以限定光圈。光圈可以选择由透镜聚焦的场景的光的区域或全部，用于透射通过光圈。
在不透明材料的背面(例如，不透明材料的与来自透镜的聚焦光投射在其上的另一侧相对的一侧等)，由光圈选择的光可以透射通过光圈。在透射通过光圈的光的传播方向上，系统可以包括具有第一侧(例如，与光圈邻近等)的和与第一侧相对的第二侧的波导。该系统还可以包括设置在波导的第三侧上或否则与波导的第三侧邻近的光检测器(例如，SPAD)阵列。例如，第三侧可以沿着引导方向从第一侧延伸到第二侧，在该引导方向上，波导将其中的光的传播导向第二侧。因此，光检测器阵列可以检测传播通过波导的第三侧的光(例如，消逝光和/或通过波导的包层泄漏的光)。
因为来自光圈的光被引导沿着波导的长度，所以能够装配到检测区域(例如，第三侧)中的光检测器的数量可以大于可以装配在光圈的横截面区域中的数量。这可能是由于光被紧密地聚焦，因而在光圈处比沿着波导的第三侧具有更小的横截面积。在一些示例中，系统还可以包括沿第二侧设置的镜子(例如，光反射器)，以将到达第二侧的被引导光反射回波导中。结果，例如，更大量的在波导内被引导的光可以传播出第三侧并朝向光检测器阵列。
在一个示例实施方式中，系统可以采用受抑全内反射(frustrated totalinternal reflection，FTIR)来将波导中的被引导光的一部分透射到光检测器阵列。例如，波导可以形成为玻璃板(或对被引导光的波长透明的其他材料)。玻璃板(即，波导)还可以包括设置在波导的第三侧上的相对低的折射率(例如，聚合物涂层，掺杂氟的玻璃等)包层，以促进被引导光的FTIR。包层可以包括间隙(例如凹痕等)，以增加在间隙位置处通过包层逸出的光量。每个间隙可以与阵列中的相应光检测器对准，使得从间隙逸出的光可以被相应的光检测器检测。因此，在该示例中，波导可以被配置为泄漏波导，其中光在对应于光检测器的位置处漏出第三侧。此外，在一些情况下，随着光朝向第二侧传播，包层中的间隙之间的间隔距离可以逐渐减小。结果，可以实现泄漏光的更均匀的光强度。
在另一示例实施方式中，该系统可以采用散射耦合，以将光透射通过第三侧朝向阵列中的光检测器。例如，波导可以被实施为光栅耦合器，该光栅耦合器以预定方式改变通过第三侧消逝的散射光的强度。此外，在一些情况下，系统还可以包括沿波导的(与第三侧相对的)第四侧设置的镜子。通过这样做，通过调整第三侧上沿着光栅结构的间隔距离，波导可以进一步被配置为波长滤波器。
其他示例实施方式也是可能的，并且在本文的示例实施例中更详细地描述。
II、示例系统和设备
图1A是根据示例实施例的包括光圈的噪声限制系统100的图示。如图所示，系统100包括(以检测器112和114示例的)光检测器的阵列110、限定在不透明材料120内的光圈122和透镜130。系统100可以测量由场景内的对象104散射的光102。光102也可能至少部分地来自背景源。因此，在一些示例中，系统100可以被包括在光检测和测距(LIDAR)设备中。例如，LIDAR设备可以用于自主车辆的导航。此外，在一些实施例中，系统100或其部分可以包含在不暴露于除了通过透镜130和/或光圈122之外的外部光的区域内。这可以防止环境光触发阵列110中的检测器，从而影响测量。
阵列110包括以检测器112和114示例的光检测器的布置。在各种实施例中，阵列110可以具有不同的形状。如图所示，阵列110具有矩形形状。然而，在其他实施例中，阵列110可以是圆形的或者可以具有不同的形状。阵列110的尺寸可以根据期望的从光圈122发散的光110的横截面积来选择，因此可以基于阵列110和光圈122之间的距离、光圈122的尺寸、透镜130的光学特性等。在一些实施例中，阵列110可以是可移动的。例如，阵列110可以被驱动更靠近或远离光圈122。为此，例如，阵列110可以安装在能够一维、二维或三维平移的电动平台上。
此外，在一些实施方式中，阵列110可以向计算设备或逻辑电路提供一个或多个输出。例如，配备有微处理器的计算设备可以从阵列110接收电信号，该电信号指示入射到阵列110上的光102的强度。然后，计算设备可以使用电信号来确定关于对象104的信息(例如，对象104距光圈122的距离等)。在一些实施例中，阵列110内的一些或所有光检测器可以彼此并联互连。为此，例如，取决于阵列110内光检测器的具体布置和类型，阵列110可以是SiPM或MPPC。例如，通过以并联电路配置连接光检测器，可以组合来自光检测器的输出，以有效地增加可以检测到光102中光子的检测面积(例如，图1A所示的阵列110的阴影区域)。
光检测器112、114等可包括各种类型的光检测器。在一个示例中，检测器112、114等包括SPAD。SPAD可以在反向偏置p-n结(即，二极管)内采用雪崩击穿，以增加SPAD上给定入射照度的输出电流。此外，SPAD可能能够为单个入射光子生成多个电子-空穴对。在另一示例中，光检测器112、114等可以包括APD。在某些情况下，APD或SPAD可能超过雪崩击穿电压被偏置。这种偏置条件可以建立具有大于1的环路增益的正反馈环路。此外，超过阈值雪崩击穿电压被偏置的APD或SPAD可以是单光子敏感的。在其他示例中，光检测器112、114等可以包括光敏电阻、电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)和/或光伏电池等等。
在一些实施方式中，阵列110可包括跨阵列的多于一种类型的光检测器。例如，阵列110可以被配置成检测光102的多个预定波长。为此，例如，阵列110可以包括对一个波长范围敏感的一些SPAD和对不同波长范围敏感的其他SPAD。在一些实施例中，光检测器110可以对400nm和1.6μm(可见和红外波长)之间的波长敏感。此外，在给定实施例内或跨越各种实施例，光检测器110可以具有各种尺寸和形状。在一些实施例中，光检测器112、114等可以包括封装尺寸为阵列110面积的1％、0.1％或0.01％的SPAD。
不透明材料120可以阻挡由透镜130聚焦的来自场景的光102的一部分(例如，背景光)透射到阵列110。这样，不透明材料120可以被配置为阻挡某些背景光，这些背景光可能不利地影响阵列110执行的测量的准确性。不透明材料120，并且从而光圈122，可以位于或靠近透镜130的焦平面。在一个示例中，不透明材料120可以通过吸收光102来阻挡透射。在另一示例中，不透明材料120可以通过反射光102来阻挡透射。不透明材料120的示例实施方式的非详尽列表包括蚀刻金属、聚合物基板、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(biaxially-oriented polyethylene terephthalate，BoPET)板(也称为板)、或覆盖有不透明掩模的玻璃，以及其他可能性。
光圈122在不透明材料120内提供端口，光102可以通过该端口透射。光圈122可以以各种方式限定在不透明材料120内。在一个示例中，在不透明材料120包括金属的情况下，可以蚀刻金属以限定光圈122。在另一示例中，在不透明材料120是覆盖有掩模的玻璃基板的情况下，掩模可以包括限定光圈122的间隙(例如，经由光刻)。在各种实施例中，光圈122可以是部分或全部透明的。例如，在不透明材料120是覆盖有掩模的玻璃基板的情况下，光圈122可以被定义为未被掩模覆盖的玻璃基板的一部分，使得光圈122不是完全中空的而是由玻璃制成。因此，例如，光圈122对于由对象104散射的一个或多个波长的光102几乎(但不是完全)透明(因为大多数玻璃基板不是100％透明)。
光圈122(与不透明材料120结合)可以被配置为在焦平面处对来自场景的光102进行空间滤波。例如，光102可以沿着表面不透明材料120聚焦在焦平面上，并且光圈122可以仅允许聚焦光的一部分透射到阵列110。这样，光圈122可以作为光学针孔。在一个实施例中，光圈122可具有介于.02mm2和.06mm2之间的横截面积(例如，.04mm2)。在其他实施例中，取决于各种因素，诸如透镜130的光学特性、到阵列110的距离、阵列110中的光检测器的噪声抑制特性等，光圈122可以具有不同的横截面积。
尽管上面关于光圈122使用的术语“光圈”描述了不透明材料中可以透射光的凹槽或洞，但应当注意，术语“光圈”可包括广泛的光学特征。在一个示例中，如贯穿说明书和权利要求所使用的，术语“光圈”可以额外涵盖在不透明材料内限定的透明或半透明结构，光可以部分透射通过该透明或半透明结构。在另一示例中，术语“光圈”可以描述以其他方式选择性地限制光的通过(例如，通过反射或折射)的结构，诸如由不透明材料包围的镜子。在一个示例实施例中，由不透明材料包围的镜子阵列可以布置成沿特定方向反射光，从而限定反射部分。该反射部分可以称为“光圈”。
虽然光圈122被显示为具有矩形形状，但应当注意，光圈122可具有不同的形状，诸如弧形、圆形、椭圆形等。在一些示例中，光圈122可替代地具有不规则形状，该形状被特别设计成解释(account for)系统100内的光学像差。例如，锁眼形的光圈可以帮助解释在发射器(例如，发射光102的光源)和接收器(例如，透镜130和阵列110)之间发生的视差。例如，如果发射器和接收器不位于相同位置，则可能发生视差。其他不规则的光圈形状也是可能的，诸如对应于预期在特定场景内的特定对象的特定形状的光圈或选择光102的特定偏振(例如，水平偏振或垂直偏振)的不规则光圈。
透镜130可以将来自场景的光102聚焦到光圈122所在的焦平面上。利用这种布置，在透镜130处从场景收集的光强度可以被聚焦成具有减小的光102投射到其上的横截面积(即，增加了光102的空间功率密度)。例如，透镜130可以包括会聚透镜、双凸透镜和/或球面透镜，以及其他示例。替代地，透镜130可以被实施为一个接一个地定位的连续透镜组(例如，在第一方向上聚焦光的双凸透镜和在第二方向上聚焦光的额外双凸透镜)。其他类型的多个透镜和/或透镜布置也是可能的。另外，系统100可以包括位于透镜130附近的其他光学元件(例如，镜子等)，以帮助将入射在透镜130上的光102聚焦到不透明材料120上。
对象104可以是位于包围系统100的场景内的任何对象。在系统100包括在LIDAR设备中的实施方式中，对象104可以由发射光102(或其一部分)的LIDAR发送器照射。在LIDAR设备用于在自主车辆上导航的示例实施例中，对象104可以包括行人、其他车辆、障碍物(例如，树)或道路标志等。
如上所述，光102可以被对象104散射、被透镜130聚焦、透射通过不透明材料120中的光圈122、并被阵列110中的光检测器测量。该序列可以发生(例如，在LIDAR中)以确定关于对象104的信息。在一些实施例中，由阵列110测量的光102可以额外地或替代地包括从多个对象散射的光、由另一LIDAR设备的发送器发送的光、环境光、阳光以及其他可能性。
另外，用于分析对象104的光102的(多个)波长可以基于预期在场景内的对象的类型以及它们与透镜130的预期距离来选择。例如，如果预期在场景内的对象吸收500nm波长的所有入射光，则可以选择不同于500nm的波长来照射对象104并由系统100进行分析。光102的波长(例如，如果由LIDAR设备的发送器发送)可以与生成光102的源相关联。例如，如果光由二极管激光器生成，则光102可以包括以900nm(或二极管激光器的其他波长)为中心的波长范围内的光。因此，各种类型的光源可用于生成光102(例如，光纤放大器、各种类型的激光器、具有滤波器的宽带光源等)。
图1B是系统100的另一图示。如图所示，系统100还可以包括滤波器132。滤波器132可以包括被配置为选择性地透射预定波长范围内的光的任何滤光器(optical filter)。例如，滤波器132可以被配置为选择性地透射可见波长范围、红外波长范围或在由发射器140发射的光信号的任何其他波长范围内的光。例如，滤光器132可以被配置为将特定波长的光转移离开阵列110。例如，滤光器132可以将不是发射器140发射的波长范围的光102的一部分转移离开阵列110。因此，滤光器132可以至少部分地减少环境光或背景光不利地影响阵列110的测量。
在各种实施例中，滤光器132可以位于相对于阵列110的各种位置。如图所示，滤光器132位于透镜130和不透明材料120之间。然而，替代地，滤光器132可以位于透镜130和对象104之间、位于材料120和阵列110之间、与阵列110结合(例如，阵列110可以具有滤光器132的表面屏，或者阵列110中的每个光检测器可以单独被分开的滤光器覆盖等)、与光圈122结合(例如，光圈122可以仅对特定波长范围透明等)、或者与透镜130结合(例如，设置在透镜130上的表面屏幕、仅对特定波长范围透明的透镜130的材料等)。
此外，如图1B所示，系统100可以与发射器140一起使用，发射器140发射要由阵列110测量的光信号。发射器140可以包括光纤激光器、光电二极管、灯丝、LIDAR发送器或任何其他光源。如图所示，发射器140可以发射被场景中的对象104散射并最终由阵列110测量(至少其部分)的光。在一些实施例中，发射器140可以是激光发射器，其包括光纤放大器或增加激光发射器140的功率输出的其他放大系统。另外地或替代地，在一些实施例中，发射器140可以被实施为脉冲激光器(不同于连续波激光器)，允许增加的峰值功率，同时维持等效的连续功率输出。
下面是比较透镜130接收的背景光量和阵列110检测的信号光量的数学图示。如图所示，对象104和透镜130之间的距离是‘d’，透镜130和不透明材料120之间的距离是‘f’，不透明材料120和阵列110之间的距离是‘x’。如上所述，材料120和光圈122可以位于透镜130的焦平面处(即，‘f’可以等于焦距)。此外，如图所示，发射器140位于距对象104的距离‘d’处。
为了举例，假设对象104在垂直入射(normal incidence)时被太阳光完全照射，其中太阳光代表背景光源。此外，假设照射对象104的所有光根据朗伯余弦定律(Lambert’scosine law)被散射。另外，假设到达阵列110的所有光(背景和信号两者)被阵列110完全检测到。
由发射器140发射的到达光圈122并从而到达阵列110的信号的功率可以使用以下公式来计算：
其中，Psignal代表发射器140发射的到达阵列110的光信号的辐射通量(例如，以瓦(W)为单位)，Ptx代表发射器140发射的功率(例如，以瓦为单位)，Γ代表对象104的反射率(例如，考虑朗伯余弦定律)，并且Alens代表透镜130的横截面积。
到达透镜130的背景光可以以如下公式计算：
其中，代表到达透镜130的、在将由滤波器132选择性通过的波长带内的背景光(由从对象104散射开的太阳光引起)的辐射(例如，以为单位)，代表由太阳(即，背景源)引起的辐射(例如，以为单位)密度，并且Tfilter代表滤波器132(例如，带通滤光器)的透射系数。因子与对象104来自垂直入射的朗伯散射的假设有关。
光圈122减少了允许透射到阵列110的背景光的量。为了计算通过光圈122透射后到达阵列110的背景光的功率，需要考虑光圈122的面积。光圈122的横截面积(Aaperture)可以以如下公式计算：
Aaperture＝w×h
其中，Aaperture代表光圈122相对于对象104的表面积，并且w和h分别代表光圈122的宽度和高度(或长度)。另外，如果透镜130是圆形透镜，则透镜130的横截面积(Alens)可以计算如下：
其中dlens代表透镜的直径。
因此，通过光圈122透射到阵列110的背景功率可以计算如下：
其中，Pbackground代表入射到阵列110上的背景功率，并且代表以球面度为单位的接受立体角(acceptance solid angle)。上述公式表明，Pbackground是被透镜130和光圈122减小后的背景信号中的辐射量。
将上述确定值替换Aaperture和Alens，可以导出以下结果：
额外地，量可以被称为透镜130的“F数”。因此，再进行一个替换，就可以推导出下面的背景功率：
进行类似的替换，对于从发射器140发射的到达阵列110的信号功率，可以推导出以下公式：
此外，系统100的信噪比(signal to noise ratio，SNR)可以通过比较Psignal和Pbackground来确定。如所展示的，由于包括光圈122，特别是对于具有小的w和/或小的h(上面的Pbackground公式的分子)的光圈，背景功率(Pbackground)相对于信号功率可以显著降低。除了减小光圈面积之外，增加发射器140的透射功率(Ptx)，降低透射系数(Tfilter)(即，减少透射通过滤波器的背景光量)，以及增加对象104的反射率(Γ)也可以是增加SNR的方法。此外，应当注意，在发射器140发射脉冲信号的实施方式中，在计算SNR时，背景的散粒噪声(与背景的功率相反)可能是主要相关的。因此，在一些实施方式中，SNR可以替代地通过将散粒噪声与信号功率进行比较来计算。
如图1A所示，光102在它传播离开光圈122时发散。由于发散，阵列110处的检测面积(例如，显示为由光102照亮的阴影面积)可以大于焦平面处的光圈122的横截面积。对于给定的光功率(例如，以W测量)，增加的检测面积(例如，以m2测量)可以导致减少的入射到阵列110上的光强度(例如，以测量)。
在阵列110包括SPAD或具有高灵敏度的其他光检测器的实施例中，光强度减少可能特别有益。例如，SPAD从在半导体内产生雪崩击穿的大的反向偏置电压中获得灵敏度。例如，这种雪崩击穿可以通过吸收单个光子来触发。一旦SPAD吸收单个光子并且雪崩击穿开始，SPAD就不能检测额外的光子直到SPAD被猝灭(quench)(例如，通过恢复反向偏置电压)。直到SPAD被猝灭的时间可以被称为恢复时间。如果额外的光子以接近恢复时间(例如，十分之一以内)的时间间隔到达，则SPAD可能开始饱和，并且SPAD的测量因此可能变得不太可靠。通过减少入射在阵列110内的任何单个光检测器(例如，SPAD)上的光功率，阵列110中的光检测器(例如，SPAD)可以保持不饱和。结果，每个单独的SPAD进行的光测量可以具有增加的准确性。
图2是根据示例实施例的LIDAR设备200的简化框图。在一些示例实施例中，LIDAR设备200可以安装到车辆并且用于绘制车辆的周围环境(例如，包括对象204的场景等)。如图所示，LIDAR设备200包括类似于发射器140的激光发射器240。此外，如图所示，LIDAR设备200包括控制器250。此外，如图所示，LIDAR设备200包括可以类似于系统100的噪声限制系统290。例如，如图所示，系统290包括光检测器阵列210，其中限定有光圈(未示出)的不透明材料220和透镜230，它们分别类似于阵列110、不透明材料120和透镜130。应当注意，LIDAR设备200可替代地包括比所示组件更多或更少的组件。例如，LIDAR设备200可以包括滤光器(例如，滤波器132)。因此，系统290可以类似于系统100和/或本文描述的任何其他噪声限制系统来实施。设备200可以操作发射器240以朝向包括对象204的场景发射光202。设备200然后可以检测散射光202以绘制或以其他方式确定关于对象204的信息。
控制器250可以被配置为控制LIDAR设备200的组件并分析从LIDAR设备200的组件(例如，光检测器的阵列210)接收的信号。为此，控制器250可以包括一个或多个处理器(例如，微处理器等)，其运行存储在设备200的存储器(未示出)中的指令来操作设备200。额外地或替代地，控制器250可以包括数字或模拟电路，连线以执行本文描述的各种功能中的一个或多个。
在一些实施方式中，控制器250可使用与由阵列210测量的信号相关联的时序信息(timing information)来确定对象204的位置(例如，距离LIDAR设备200的距离)。例如，在激光发射器240是脉冲激光器的实施例中，控制器250可以监视输出光脉冲的时序，并将这些时序与阵列210测量的信号脉冲的时序进行比较。例如，控制器250可以基于光速和光脉冲的行进时间(可以通过比较时序来计算)来估计设备200和对象204之间的距离。在一些实施方式中，控制器250可以被配置为考虑(account for)视差(例如，由于激光发射器240和透镜230不位于空间中的相同位置)。通过考虑视差，控制器250可以提高输出光脉冲的时序与阵列210测量的信号脉冲的时序之间的比较的准确性。
在一些实施方式中，控制器250可调制由发射器240发射的光202。例如，控制器250可以改变发射器240的投射(例如，指向)方向(例如，通过驱动安装发射器240的机械平台)。作为另一示例，控制器250可以调制由发射器240发射的光202的时序、功率或波长。在一些实施方式中，控制器250还可以控制设备200的其他操作方面，诸如沿着光202的传播路径添加或移除滤波器(例如滤波器132)，调整设备200的各种组件(例如，阵列210、不透明材料220(以及其中的光圈)、透镜230等)的相对位置，以及其他可能性。
在一些实施方式中，控制器250还可调整材料220内的光圈(未图示)。例如，在一些实施例中，光圈可以从不透明材料内限定的众多光圈中选择。在这样的实施例中，位于透镜和不透明材料之间的MEMS镜子可以是可由计算设备调节，以确定光被引导到多个光圈中的哪个光圈。在一些实施例中，各种光圈可具有不同的形状和尺寸。在其他实施例中，光圈可以由虹膜(或其他类型的隔膜)限定。例如，虹膜可以由控制器250扩展或收缩，以控制光圈的尺寸或形状。
因此，在一些示例中，LIDAR设备200可以修改系统290的配置以获得关于对象204和/或场景的额外或不同信息。在一个示例中，控制器250可以响应于确定系统从场景接收的背景噪声当前相对较低(例如，在夜间)来选择较大的光圈。例如，例如，较大的光圈可以允许系统290检测否则会被透镜130聚焦在光圈之外的光202的一部分。在另一示例中，控制器250可以选择不同的光圈位置以拦截光202的一部分。在又一示例中，控制器250可以调节光圈和光检测器阵列210之间的距离(例如，图1B所示的距离‘x’)。通过这样做，例如，阵列210中的检测区域的横截面积(即，阵列210处的光202的横截面积)也可以被调整(例如，图1A所示的阴影区域)。
然而，在一些场景中，系统290的配置可被修改的程度可取决于各种因素，诸如LIDAR设备200或系统290的大小，以及其他因素。例如，返回参考图1A，阵列110的尺寸可取决于光102从光圈122的位置到阵列110的位置(例如，图1B中所示的距离‘x’)的发散程度。因此，例如，阵列110的最大垂直和水平范围可以取决于LIDAR设备内可用于容纳系统100的物理空间。类似地，例如，阵列110和光圈122之间的距离‘x’(图1B中所示)的值的可用范围也可能受到采用系统100的LIDAR设备的物理限制的限制。
因此，本文描述了示例实施方式用于增加光检测器可以拦截来自场景的光的检测面积，同时还减少背景噪声并高效地使用可用于容纳系统290的空间。
图3A是根据示例实施例的包括光圈和波导的噪声限制系统300的图示。图3B示出了根据示例实施例的系统300的横截面视图。在一些实施方式中，代替系统290或与系统290一起，系统300可以与设备200一起使用。如图所示，系统300可以测量场景内的对象304散射的光302，分别类似于系统100、光102和对象104。此外，如图所示，系统300包括光检测器阵列310、不透明材料320、光圈322和透镜330，它们可以分别类似于阵列110、材料120、光圈122和透镜130。为了举例，与光圈122的形状(矩形)相比，光圈322被示出具有不同的形状(椭圆形)。如图所示，系统300还包括波导360(例如，光波导等)，其被布置为接收透射通过光圈322并且投射到(例如，阴影区域)波导360的接收侧360a上的光302(或其一部分)。
波导360可以由玻璃基板(例如，玻璃板等)或对光302的一个或多个波长至少部分透明的任何其他材料形成。在一些示例中，如图所示，波导360可以位于不透明材料320的近处和/或与不透明材料320接触，使得透射通过光圈322的光302被投射到波导360的接收侧360a(例如，输入端)。波导360然后可以经由例如全内反射或受抑全内反射(FTIR)将接收光302的至少一部分引导到波导360内部朝向波导360的另一端。例如，在波导360是如图所示的矩形波导的情况下，波导360可以将接收到的光302导向与侧360a相对的侧360b。
如图所示，例如，波导360可以在侧360c和360d之间垂直延伸。为此，侧360c和360d可以对应于波导360的相对高折射率介质(例如玻璃等)和邻近侧360c和360d的相对低折射率介质(例如空气、真空等)之间的界面。因此，例如，如果被引导光302以小于临界角(例如，其可以基于邻近侧360c的折射率比率等)传播到侧360c，则入射到侧360c的被引导光(或其一部分)可以被反射回波导360内。类似地，如图所示，例如，波导360可以在侧360e和波导360的与侧360e相对的另一侧(未示出)之间水平延伸，以水平地减少被引导光的发散。
此外，如图所示，光302的光部分302a、302b、302c可以传播出沿着波导360的引导方向延伸的侧360c(例如，在侧360a和360b之间)。在一个示例中，被引导光部分302a、302b、302c可以对应于通过侧360c消逝的消逝的光场。在该示例中，消逝光302a、302b、302c可能由于各种原因漏出波导360。例如，光部分302a、302b、302c可以对应于以大于临界角的角度到达侧360c的光。结果，被引导光部分302a、302b、302c因此可以逃离波导360而不是反射(例如，经由全内反射)回到波导360中。在另一示例中，波导360可以包括沿着侧360c的表面的变形(例如，凹痕等)，其允许光部分302a、302b、302c传播出波导360，同时使得被引导光302的剩余部分继续朝向侧360b传播。
因此，与光检测器阵列110不同，光检测器阵列310可以沿着波导360的引导方向(例如，邻近侧360c)定位(如图所示)，以拦截和/或检测传播出侧360c的光部分302a、302b、302c。通过该过程，系统300可以提供用于拦截光302的增加的检测面积，同时还高效地利用不透明材料320后面的空间。
应当注意，图3A和图3B中所示的各种部件和特征的尺寸、位置和形状不一定是按比例的，而是为了便于描述而示出。此外，在一些实施例中，系统300可包括比所示组件更少或更多的组件。此外，在一些实施例中，所示组件中的一个或多个可以组合，或划分成分开的组件。
在第一实施例中，光检测器阵列310可以替代地设置(例如，模制等)在侧360c上。
在第二实施例中，波导360和光圈322之间的距离可以变化。在一个示例中，如图所示，波导360可以顺着不透明材料320(例如，与不透明材料320接触等)设置。因此，例如，侧360a(即波导360的输入端)可以基本上与光圈322共面或接近光圈322。例如，利用这种布置，波导360可以在透射通过光圈302的光302发散之前接收和引导光302。然而，在其他示例中，波导360可替代地位于距不透明材料320(和光圈322)一定距离(例如，间隙)处。
在第三实施例中，光圈322(和/或波导360的侧360a)相对于透镜330的布置可以变化。
在一个示例中，光圈322(和/或波导360的输入端)可以沿着透镜330的焦平面设置。
在另一示例中，光圈322(和/或波导360的输入端)可以平行于透镜330的焦平面设置，但是与透镜330的距离不同于焦平面和透镜330之间的距离。因此，在该示例中，系统300的光学特性(例如，聚焦配置等)可以取决于系统300的应用来调整。这样，在一些情况下，聚焦光302在开始朝向侧360b发散之前，可以继续会聚(在通过光圈322透射之后)在波导360内。在一些情况下，系统300还可以包括驱动器，该致动器移动透镜330、不透明材料320和/或波导360以在扫描场景时实现特定的光学配置。
在又一示例中，光圈322(和/或波导360的侧360a)可以相对于透镜330的焦平面以偏移取向布置。例如，系统300可以旋转(例如，经由驱动器)不透明材料320(和/或阵列360)，以调节光302进入波导360的进入角。通过这样做，控制器(例如，控制器250)可以取决于各种因素进一步控制系统300的光学特性，其中各种因素诸如透镜330的透镜特性、系统300的环境(例如，以减少从扫描的场景的特定区域到达的噪声/干扰等)，以及其他因素。
在第四实施例中，可以省略材料320，并且侧360a可替代地沿着或平行于透镜330的焦平面来定位。在该实施例中，侧360a因此可以对应于光圈。
在第五实施例中，阵列310中的光检测器可替代地被实施为耦合到波导360(例如，设置在波导360上或模制到波导360等)的独立物理结构。
在第六实施例中，光检测器阵列310可以被实施为替代地或额外地与波导360的其他侧(例如，侧360e、侧360d等)重叠。因此，在该实施例中，阵列310中的光检测器可以在甚至更大的检测面积上检测从波导360泄漏出去的光。
在第七实施例中，波导360可替代地具有圆柱形状，诸如光纤。在该实施例中，阵列360中的光检测器可替代地布置成包围光纤的外表面，以检测消逝或以其他方式从光纤的圆柱形外表面泄漏出去的光部分302a、302b、302c等。因此，在各种实施例中，波导360可以被实施为刚性结构(例如，平板波导)或柔性结构(例如，光纤)。
与上面的讨论一致，例如，波导360可以被配置为波导漫射器，其将透射通过光圈322的光302(或其一部分)漫射到检测区域，该检测区域可以具有不同的形状或位置，而不是垂直于发散光102的传播方向的平坦表面(例如，图1A中所示的阴影区域)。
图4示出了根据示例实施例的耦合到镜子470的波导460。波导460可以类似于波导360。因此，例如，代替波导360或除波导360之外，波导460可以用在系统300中。为此，光402、光部分402a、402b、402c以及侧460a、460b、460c、460d可以分别类似于光302、光部分302a、302b、302c以及侧360a、360b、360c、360d。
镜子470可以包括将传播出侧460b的光反射回到波导460内的任何反射材料。结果，例如，没有漫射通过侧460c的光可以返回到波导460中，以进一步增加朝向邻近侧460c的光检测器(未示出)漫射的可能性。
如图所示，波导460包括被包层464部分包围的芯区(core region)462。芯区462可以包括对于光302的至少一些波长是透明的相对高折射率的材料，诸如玻璃基底。包层464可以包括相对低折射率的材料，例如聚合物涂覆的或氟掺杂的玻璃基底。在一些示例中，波导360可以由包括对应于包层464的掺杂区域的玻璃基底形成。因此，玻璃基底的未掺杂区域可以对应于芯462。
如图所示，包层464设置在侧460d上，但不设置在侧460c上。利用这种布置，例如，漫射光部分402a、402b、402c可能相对于侧460d更可能通过侧460c离开波导460。例如，包层464的存在可以使入射在芯462和包层464之间的界面上的光的临界角大于侧460c处的相应临界角。结果，波导460内部的更大范围的被引导光可以从漫射出侧460c朝向光检测器(未示出)，诸如例如系统300的阵列310中的光检测器。
在一些示例中，除了侧460d之外或代替侧460d，包层464可以沿着波导460的其它侧延伸。返回参考图3A和图3B，例如，包层可以被配置为沿着侧360e和波导360的与侧360e相对的侧(未示出)包围波导360。利用这种布置，例如，光部分402a、402b、402c通过侧460c的漫射可以相对于被包层464包围的其他侧进一步改善。
为了增强光部分402a、402b、402c通过侧460c的漫射，在一些实施方式中，侧460c的表面纹理可以额外地或替代地具有比波导460的其他侧(例如侧460d)更大的粗糙度。因此，例如，波导460可以被实施为具有伪随机粗糙表面460c的粗糙波导。替代地或额外地，在一些示例中，侧460c的表面可以具有位于与光检测器(未示出)重叠的预定位置中的散射特征(例如，凹痕、压痕等)。在这些示例中，散射特征可以增加光部分402a、402b、402c在相应光检测器所处的特定位置处漫射的可能性。
在一些实施方式中，可能期望也在侧460c处包括包层。例如，随着侧460a和460b之间的波导460的长度增加，与侧460c的更靠近侧460b的区域相比，更多的被引导光402可以从侧460c的更靠近侧460a的区域离开。
因此，图5示出了根据示例实施例的波导560的横截面视图，该波导560包括具有多个变形566、567、568的包层564。波导560可以类似于波导360。因此，例如，代替波导360或除波导360之外，波导560可以用在系统300中。为此，发散光502、光部分502a、502b、502c以及侧560a、560b、560c、560d可以分别类似于发散光302、光部分302a、302b、302c以及侧360a、360b、360c、360d。此外，波导560包括芯562和包层564，它们可以分别类似于芯452和包层464。
如图所示，不同于波导460，包层564在侧560c上延伸，光部分502a、502b、502c从侧560c漫射出波导560。对于变形566、567、568，各种配置是可能的。在一个示例中，变形566、567、568可以对应于包层564的移除、变薄和/或以其他方式扭曲的部分。为此，变形566、567、568可以使用各种技术形成，诸如机械摩擦(例如砂纸等)、机械加工、蚀刻等。在另一示例中，变形566、567、568可以对应于具有与芯562相同或更高折射率的材料。例如，变形566、567、568可以包括与芯区562相同的聚合物或者具有相似(或更高)折射率的另外的聚合物。在又一示例中，变形566、567、568可以对应于包层564的具有比包层564的其他区域更小的厚度的区域。
无论何种实施方式，光部分502a、502b、502c可以分别经由变形566、567、568离开波导560，这是因为这些区域更高的折射率。进而，例如，光检测器(未示出)可以与变形566、567、568对准，以检测漫射的光部分502a、502b、502c。例如，每个光检测器可以设置成与变形接触或接近变形。此外，例如，变形566、567、568之间包层564的存在可导致波导560内更多的被引导光继续朝向侧560b传播。
在替代实施方式中，尽管未示出，但是变形566、567、568可以替代地实施为包层564的区域，该区域与没有与光检测器对准的其他区域相比具有更小的厚度。在又一替代实施方式中，尽管未示出，但是芯562的厚度可以替代地在与各个光检测器重叠的区域中减小。不管实施方式如何，由于在变形566、567、568的位置处的折射率失真，受抑全内反射(FTIR)可能发生在这些位置处。
作为波导560中的变形和包层的结果，与波导460的侧460c的被引导光402从其漫射的表面区域相比，被引导光502可以在侧560c的相对较大的表面区域上漫射。
图6示出了根据示例性实施例的波导660，波导660包括具有多个可变间隔的变形(以变形666、667、668为例)的包层664。波导660可以类似于波导560。因此，例如，代替波导360或除波导360之外，波导660可以用在系统300中。为此，发散光602、光部分602a、602b、602c、侧660a、660b、660c、660d、芯662、包层664和变形666、667、668可以分别类似于发散光502、光部分502a、502b、502c、侧560a、560b、560c、560d、芯562和包层564。
然而，不同于波导560的变形566、567、568，变形666、667、668可以沿着包层664可变地间隔开。通过这样做，例如，波导660可以增强传播出变形666、667、668的光部分602a、602b、602c的均匀性，和/或增加被引导光通过其继续漫射出波导660的侧660c的区域(例如，侧660a和660b之间的纵向)。
在示例场景中，传播出变形668的光部分602c可以具有比传播出变形666的光部分602a更低的量、强度、亮度等。这种差异可能是由各种因素造成的。例如，由于变形666更靠近侧660a，传播出变形666的光602a的量可能更大。例如，当被引导光602朝向侧660b传播时，由于被引导光602的部分经由波导660中的连续变形漫射，较少的被引导光可以保留用于通过变形668的漫射。因此，在一些示例中，变形666、667、668等可以可变地间隔开，以提供漫射光部分602a、602b、602c的更均匀强度。例如，如图6所示，变形667和668之间的距离可以小于变形666和667之间的距离。漫射光部分602a、602b、602c可以被光检测器(未示出)(诸如阵列310中的光检测器)拦截。
额外地，在一些示例中，邻近变形之间的距离可以基于从邻近变形到侧660a的给定距离。例如，波导660中的邻近变形之间的距离可以取决于变形距离侧660a的距离而逐渐减小。
替代地或额外地，可以根据光602的期望波长来选择波导660中的邻近变形之间的距离。例如，在光602包括由LIDAR激光发射器(例如发射器240)发射的光脉冲的情况下，可以选择变形666、667、668等之间的间隔，使得波导660被配置为光栅耦合器，该光栅耦合器选择特定波长用于经由变形朝向各个光检测器漫射。为了促进这一点，在一些实施方式中，包层664的厚度也可以预定义，以增强具有(多个)选定波长的光的结构干涉。额外地，尽管未示出，但是镜子(类似于镜子470)可以邻近侧660d布置，以将通过包层664逃逸的消逝光反射回波导660中，从而进一步改善结构干涉。
返回参考图2，在一些场景中，可能希望与使用当前光圈配置获得的信息同时从多个光圈(或大光圈)同时获得额外信息，同时仍然实现目标SNR。举例来说，发射器240发射的光脉冲可以从与LIDAR设备200不同距离的若干对象散射开，并且一部分散射光因此可以经由透镜230聚焦到不透明材料220的当前光圈外部的区域上。因此，例如，返回参考图1A，可能需要检测聚焦到与光圈122邻近的区域上的光，同时检测聚焦在光圈122上的光。然而，如果额外的光圈邻近光圈122定位(或者光圈122的尺寸增加)，则来自额外光圈的发散光可能与发散光102在到达阵列110之前重叠，从而降低检测信号的SNR。
图7是根据示例实施例的噪声限制系统700的图示，该噪声限制系统700包括光圈和多个波导。例如，系统700可以类似于系统300。为此，透镜730可以将光702聚焦到不透明材料720内限定的光圈722中，分别类似于透镜330、光302、光圈322和不透明材料320。因此，光702可以透射通过光圈722。此外，系统700包括光检测器阵列710、712和714，它们均类似于阵列310。例如，阵列710可以包括多个光检测器(未示出)，这些光检测器彼此并联连接(例如，并联电路配置)，以提供指示入射到阵列710上的光部分702a的组合输出。类似地，例如，阵列712可以包括拦截光部分702b的另外的多个连接的光检测器，并且阵列714可以包括拦截光702c的又另外多个连接的光检测器。
然而，不同于系统300，如图所示，系统700包括布置在不透明材料720后面的多个波导760、762、764，以接收发散光702的各自部分。因此，例如，波导760可以在侧760a接收光702的第一部分，并将接收的部分导向波导760的相对侧760b。一些被引导光可以作为光702a通过侧760c(沿着波导760的引导方向在侧760a和760b之间延伸)漫射，然后可以被阵列710中的光检测器拦截和检测。类似地，例如，波导762可以在侧762a接收光702的第二部分，并将第二部分导向波导762的相对侧762b。因此，一些被引导光可以作为光702b漫射通过侧762c，光702b可以被阵列712中的光检测器拦截和检测。类似地，例如，波导764可以在侧764a接收光702的第三部分，并将第三部分导向波导764的相对侧764b。因此，一些被引导光可以作为光702c漫射通过侧764c，光702c可以被阵列714中的光检测器拦截和检测。
因此，利用这种布置，系统700可以允许同时在相对较大的检测区域上检测通过较小的邻近光圈(即，对应于光圈722的部分)传播的光，同时防止来自各个邻近光圈的光之间的重叠。为了促进这一点，如图所示，每对邻近波导可以沿接收波导的各自引导方向彼此远离地延伸。例如，如图所示，波导760延伸远离波导762，并且波导764延伸远离波导762。
尽管波导760、762、764的输入端760a、762a、764a被示出具有相似的尺寸，但是在一些示例中，输入端760a、762a、764a可以相对于彼此具有不同的尺寸。举例来说，波导762的输入端762a可以具有比波导760的输入端760a更大的尺寸。在该示例中，由于入射到相应波导760和762上的光702的相应部分的横截面积之间的差异，相对于由光702a指示的入射到光检测器710上的角度视场(field-of-view，FOV)，在阵列712处检测到的光702b可以表示扫描场景的更大的角度FOV。
在一些示例中，为了防止波导之间的串扰，每个波导可以被配置为在邻近波导被充分分离的位置处开始将光漫射到各自的光检测器阵列上。例如，波导760可以包括包层(例如，包层464)，并且包层可以不包括任何变形，直到波导760弯曲离开(例如，基于弯曲侧760c的弯曲)波导762，以提供足够的分离距离来减少或防止波导760和762之间的被引导光的泄漏。
在一些示例中，系统700还可以包括位于(未示出)各个波导之间的(多个)吸收层(例如炭黑、黑铬等)，以进一步防止邻近波导之间的潜在串扰。例如，吸收层可以吸收在邻近波导之间传播的消逝光或其他光(例如，在波导包层内传播的光的包层模式)。
因此，系统700可以允许透射通过光圈722的发散光702所指示的场景的多像素成像，同时还降低背景噪声，因为每个波导仅引导光的相应的一小部分(及其相关联的背景噪声)。例如，如图所示，来自阵列710中的光检测器的组合输出可以对应于指示透射通过光圈722的第一纵向部分的光的第一像素，来自阵列712中的光检测器的组合输出可以对应于指示透射通过光圈722的第二纵向部分的光的第二像素，并且来自阵列714中的光检测器的组合输出可以对应于指示透射通过光圈722的第三纵向部分的光的第三像素。这样，例如，设备200的控制器250可以通过组合三个像素来(例如，在光圈722的纵向上垂直地)计算场景的一维(one-dimensional，1D)图像。
然而，应当注意，系统700可替代地包括更多或更少的波导，以生成具有更多或更少像素的1D图像。此外，尽管波导760、762、764相对于光圈722以纵向(例如，垂直的)布置示出，但是在一些示例中，系统700可以包括不同布置的波导。在一个示例中，波导的接收侧(例如，760a、762a、764a)可以可选地水平地(例如，沿着垂直于页面的方向)布置，以获得场景的水平1D图像。在另一示例中，波导的接收侧可以邻近于光圈722而可选地水平和垂直地(例如，作为二维网格)布置。因此，在该示例中，控制器250可以组合来自波导的输出，以生成场景的二维(two-dimensional，2D)图像。
III、示例方法和计算机可读介质
图8是根据示例实施例的方法800的流程图。方法800呈现了例如可以以系统100、300、700、设备200和/或波导460、560和660中的任何一个来使用的方法的实施例。方法800可以包括一个或多个操作、功能或动作，如方框802-810中的一个或多个所示。尽管这些方框以序列顺序示出，但是在一些情况下，这些方框可以并行执行，和/或以不同于这里描述的顺序执行。此外，各种方框可基于期望的实施方式被组合成更少的方框、划分成额外的方框、和/或被移除。
另外，对于方法800和本文公开的其他过程和方法，该流程图示出了本实施例的一种可能实施方式的功能和操作。在这点上，每个方框可以表示模块、段、制造或操作过程的一部分或程序代码的一部分，其包括一个或多个可由处理器执行的指令，用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质上，例如，诸如包括磁盘或硬盘驱动器的存储设备。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如，诸如短时间存储数据的计算机可读介质，比如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。计算机可读介质还可以包括非暂时性介质，诸如二级或持久性长期存储，例如，比如只读存储器(read only memory，ROM)、光盘或磁盘、压缩盘只读存储器(compact-disc read only memory，CD-ROM)。计算机可读介质还可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质，或有形存储设备。另外，对于方法800和本文公开的其他过程和方法，图8中的每个方框可以表示被连接以执行过程中的特定逻辑功能的电路。
在方框802处，方法800涉及通过相对于场景设置的透镜(例如，透镜130)聚焦来自场景的光。在一些示例中，来自场景的光可以被场景内的对象(例如，对象104)散射。在一些示例中，计算设备(例如，控制器250)可以驱动或以其他方式调节透镜的特性(例如，焦平面、焦距等)。在方框804处，方法800涉及将聚焦的光透射通过限定在不透明材料(例如，不透明材料120)内的光圈(例如，光圈322)。在方框806处，方法800涉及在波导的第一侧(例如，侧360a)处接收透射通过光圈的光的至少一部分。在方框808处，方法800涉及通过波导将接收的光导向波导的第二侧(例如，侧360b)。在方框810处，方法800涉及检测传播出在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧(例如，侧360c等)的光。
以上详细描述参考附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方式仅用于说明的目的，而不旨在限制性，真正的范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
透镜，相对于场景设置，并被配置为用于聚焦来自场景的光；
光圈，限定于不透明材料内；
波导，具有接收由所述透镜聚焦并透射通过所述光圈的光的第一侧，其中，所述波导将接收的光引导向所述波导的与第一侧相对的第二侧，并且其中所述波导具有在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧；和
光检测器阵列，拦截并检测传播出所述波导的第三侧的光。
2.根据权利要求1所述的系统，其中光检测器阵列包括多个单光子雪崩二极管SPAD。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述阵列中的光检测器彼此并联连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其中光检测器阵列设置在所述波导的第三侧上。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括沿着所述波导的第二侧设置的镜子，其中所述镜子将传播出第二侧的光反射到所述波导中。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述波导沿着第三侧具有多个变形，并且其中所述阵列的光检测器与所述多个变形对准，以拦截通过所述多个变形传播出第三侧的光。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多个变形被布置为使得邻近变形之间的距离是基于从所述邻近变形到所述波导的第一侧的给定距离。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括沿着所述波导的与所述第三侧相对的第四侧设置的镜子。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，第三侧的纹理具有比所述波导的第四侧的纹理更大的粗糙度，其中第四侧与第三侧相对。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波导包括具有芯折射率的芯。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述芯具有沿着所述波导的引导方向改变的芯厚度，使得被引导光的一部分由于芯厚度的改变而传播出第三侧。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述波导还包括至少部分地沿着所述波导的第三侧设置的包层，其中所述包层具有小于芯折射率的包层折射率。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述包层具有沿着所述波导的引导方向改变的包层厚度，使得被引导光的一部分由于包层厚度的改变而传播出第三侧。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波导在平行于所述光圈的纵向方向的方向上减少所述被引导光的发散。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波导是第一波导，所述第一波导接收并引导透射通过所述光圈的光的第一部分，所述系统进一步包括：
第二波导，所述第二波导接收并引导透射通过所述光圈的光的第二部分，其中所述第一波导具有延伸远离第二波导的弯曲侧，使得第一波导和第二波导之间的距离随着被引导光的第二部分传播远离光圈而增加。
16.一种方法，包括：
经由相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光；
将聚焦的光透射通过在不透明材料内限定的光圈；
在波导的第一侧处接收透射通过所述光圈的光；
由所述波导将接收的光引导向所述波导的第二侧；和
在光检测器阵列处检测传播出所述波导的第三侧的光，所述第三侧在第一侧和第二侧之间延伸。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
基于所述阵列中的光检测器彼此并联连接，组合来自所述阵列中的光检测器的输出。
18.一种光检测和测距LIDAR设备，包括：
LIDAR发送器，其照射场景；和
LIDAR接收器，其接收由场景内的一个或多个对象散射的光，其中，所述LIDAR接收器包括：
透镜，聚焦散射光；
光圈，限定在不透明材料内；
波导，具有接收由所述透镜聚焦并透射通过所述光圈的光的第一侧，其中所述波导将接收的光引导向所述波导的与第一侧相对的第二侧，并且其中所述波导具有在第一侧和第二侧之间延伸的第三侧；和
光检测器阵列，其拦截并检测传播出所述波导的第三侧的光。
19.根据权利要求18所述的LIDAR设备，其中，光检测器阵列包括多个单光子雪崩二极管SPAD。
20.根据权利要求18所述的LIDAR设备，其中，所述阵列中的光检测器彼此并联连接。
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