CN110114688A - 反射镜组件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及光学系统，具体地涉及光检测和测距(LIDAR)系统。示例光学系统包括可操作以沿第一轴线发射激光的激光光源以及具有多个反射表面的反射镜元件。反射镜元件被配置成围绕第二轴线旋转。围绕第二轴线安置多个反射表面。反射镜元件和激光光源耦合到基部结构，基部结构被配置成围绕第三轴线旋转。当反射镜元件的旋转角度在角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用，并被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中。

Description

反射镜组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月19日提交的美国专利申请第15/383,842号的优先权权益，其内容通过引用结合于此。
背景技术
除非本文另有说明，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，并且不因包含在本部分中而被认为是现有技术。
光检测和测距(LIDAR)系统利用激光来提供关于环境中的对象(object)的信息。例如，LIDAR系统可以提供关于物理环境的地图数据。一些LIDAR系统包括配置成将激光引导到环境周围的扫描组件(assembly)。这种扫描组件可以包括一个或多个运动反射镜(moving mirror)。
发明内容
本公开一般地涉及具有运动反射镜组件的光学系统。在一些实施例中，运动反射镜组件可以被配置成旋转，以便将激光引导到光学系统的环境周围。如本文所述，激光光源和反射镜组件的一些布置可以提供非常宽的扫描角度(例如，大于230度)，这可以允许在给定环境内进行更全面的对象映射。
在第一方面，提供了一种系统。该系统包括可操作以沿第一轴线发射激光的激光光源。该系统还包括具有多个反射表面的反射镜元件。反射镜元件被配置成围绕第二轴线旋转。围绕第二轴线安置多个反射表面。反射镜元件和激光光源耦合到基部结构。基部结构被配置成围绕第三轴线旋转。该系统还包括配置成执行操作的控制器。操作包括使反射镜元件围绕第二轴线旋转。围绕第二轴线旋转包括第一角度范围和第二角度范围。操作包括使激光光源沿第一轴线发射激光，使得发射的激光与反射镜元件相互作用。当反射镜元件的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面相互作用，并被第一反射表面反射到环境中。当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用，并被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中。操作还包括使基部结构围绕第三轴线旋转。
在第二方面，提供了一种光学系统。光学系统包括可操作以沿第一轴线发射激光的激光光源。光学系统还包括具有多个反射表面的反射镜元件。反射镜元件被配置成围绕第二轴线旋转。围绕第二轴线旋转包括第一角度范围和第二角度范围。围绕第二轴线安置多个反射表面。反射镜元件和激光光源耦合到基部结构。基部结构被配置成围绕第三轴线旋转。当反射镜元件的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面相互作用，并被第一反射表面反射到环境中。当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用，并被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中。光学系统包括至少一个波束阻挡器(beam stop)。至少一个波束阻挡器被配置成防止激光以发射角度范围之外的角度发射到环境中。
通过适当地参考附图阅读以下详细描述，其他方面、实施例和实现对于本领域普通技术人员而言将变得清晰。
附图说明
图1示出了根据示例实施例的系统。
图2A示出了根据示例实施例的光学系统。
图2B示出了根据示例实施例的光学系统。
图2C示出了根据示例实施例的光学系统。
图3A示出了根据示例实施例的光学系统。
图3B示出了根据示例实施例的光学系统。
图3C示出了根据示例实施例的反射光角度与(versus)反射镜元件参考角度示图。
图3D示出了根据示例实施例的光学系统。
图4示出了根据示例实施例的反射镜元件。
图5示出了根据示例实施例的光学系统。
图6示出了根据示例实施例的方法。
具体实施方式
本文描述了示例方法、设备和系统。应当理解，词语“示例”和“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何实施例或特征不一定被解释为与其他实施例或特征相比是优选的或有利的。在不脱离本文提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。
因此，本文描述的示例实施例不意味着是限制性的。如本文一般描述的且在附图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分割和设计，所有这些都在本文中被设想到。
此外，除非上下文另有表明，否则每个附图中示出的特征可以彼此组合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个整体实施例的组成方面，应理解并非所有示出的特征对于每个实施例都是必需的。
I.概述
光距离和测距系统(例如，LIDAR)可以包括激光光源，其被配置成沿第一轴线照射反射镜。反射镜可以被配置成围绕第二轴线旋转，其中第二轴线垂直于第一轴线。在示例实施例中，反射镜可以包括以等边三角形布置被布置的三个反射镜表面。在围绕第二轴线旋转时，反射镜可以被配置成在较宽视场上(例如，大于关于第二轴线的230度)将来自激光光源的光引导到系统的环境中。通过在这样大角度视场上引导光，LIDAR系统可以在更大的三维体积内提供测距信息。
在一些实施例中，激光光源可以同时照射反射镜的三个侧面中的两个。在这种情况下，波束阻挡器可以被定位成防止多个同时读数/信号。在示例实施例中，反射镜可以被配置成提供LIDAR系统周围的环境的隔行扫描。例如，反射镜，其操作特性(例如，旋转速率)和激光光源的脉冲率可以在第一扫描期间提供第一组扫描位置。随后，通过在保持其他操作特性相同的同时继续旋转反射镜，可以将激光导向第二组扫描位置。在一些实施例中，第一组扫描位置可以与第二组扫描位置交错(interleaved)，使得以均匀分布的方式(例如，以关于第二轴线的角度)提供从激光光源发射的激光。
在示例实施例中，反射镜可以以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转，旋转频率Ω可以是大约每分钟30,000转或30kRPM。此外，反射镜和激光光源可以以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转，旋转频率Φ可以为大约600RPM。然而，其他旋转频率也是可能的。在示例实施例中，当Ω/Φ＝2N+1时，会发生隔行扫描状况(interlaced condition)，其中N是整数。
II.示例系统
图1示出了根据示例实施例的系统100。系统100可以是或可以代表光检测和测距(LIDAR)系统的一部分。在示例实施例中，系统100可以是LIDAR系统，其被配置成提供关于环境的信息。例如，系统100可以是用于自主载具(vehicle)(例如，自动驾驶汽车或自主飞行器)的LIDAR系统。
系统100包括激光光源110。在示例实施例中，激光光源110可操作以沿第一轴线发射激光。激光光源110可以是配置成提供基本上准直和/或相干光的任何激光光源。例如，激光光源110可以是半导体波导激光器、光纤激光器、准分子激光器或其他类型的激光系统。
在示例实施例中，从激光光源110发射的光可以包括激光的脉冲。例如，激光脉冲可以具有在1-100纳秒范围内的持续时间。然而，其他激光脉冲持续时间也是可能的。
由激光光源110发射的激光可以具有在红外(IR)波长范围内的发射波长，但是也设想到了其他波长。例如，发射波长可以在可见波长光谱(spectrum)或紫外(UV)波长光谱内。在示例实施例中，发射波长可以是大约905纳米。替选地，发射波长可以是大约1.55微米。
系统100还包括具有多个反射表面122的反射镜元件120。具体地，反射表面122可以被配置成反射在发射波长处或基本上在发射波长处的光。在一些实施例中，反射表面122可以由金属形成和/或涂覆有(coated)金属，例如铝、金、银或另外的反射材料。附加地或替选地，反射表面122可以包括高反射率(HR)涂层(coating)。在示例实施例中，HR涂层可以包括配置成反射在发射波长处的入射光的电介质堆(dielectric stack)。电介质堆可以包括例如在具有不同折射率的两种材料之间交替的周期层系统(periodic layersystem)。其他类型的HR涂层是可能的并且在本文中被设想到。
在一些示例实施例中，反射镜元件120可以包括三个反射表面122a、122b和122c。具有更多或更少反射表面122的反射镜元件120也被设想到了。例如，反射镜元件120可以包括四个或更多个反射表面。
反射镜元件120被配置成围绕第二轴线旋转。此外，在一些实施例中，可以围绕第二轴线安置多个反射表面。在这样的场景下，反射镜元件120可以是棱柱形的(prism-shaped)，并且棱柱形的每个刻面(facet)可以是反射表面122。换句话说，反射表面122a、122b和122c可以关于第二轴线对称地布置，使得反射镜元件120具有三角棱柱形。作为示例，第一轴线和第二轴线可以相对于彼此垂直，但是第一轴线和第二轴线的其他布置被设想到。在一些实施例中，第一轴线可以与第二轴线相交。
系统100另外包括基部结构130。反射镜元件120和激光光源110可以耦合到基部结构130。在一些实施例中，基部结构130可以被配置成围绕第三轴线旋转。虽然设想到第三轴线的各种布置，但是示例实施例包括平行于第一轴线或与第一轴线共线(collinear)的第三轴线。
系统100还包括一个或多个波束阻挡器140。波束阻挡器140可以被配置成防止激光以预定的发射角度范围之外的角度反射到环境中。附加地或替选地，波束阻挡器140可以被定位以防止多个同时读数/信号(readings/signals)。在示例实施例中，发射角度范围可以被表示为关于可接收来自系统100的激光发射的反射镜元件120的角度的范围。换句话说，发射角度范围可以表示下述角度：从这些角度，可从系统100周围的环境获得测距信息。在一些实施例中，可以关于第二轴线定义发射角度范围。在这样的场景下，发射角度范围可以大于230度。
系统100包括配置成进行操作的控制器150。在示例实施例中，控制器150可以包括一个或多个逻辑块、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)。在本公开中也设想到了其他类型的控制器电路。在一些实施例中，控制器150可以包括一个或多个处理器152和存储器154。在这样的场景中，处理器152可以被配置成运行存储在存储器154中的指令以便进行操作。
操作包括使反射镜元件120围绕第二轴线旋转。作为示例，反射镜元件120可以以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转。围绕第二轴线旋转包括第一角度范围和第二角度范围。在一些实施例中，反射镜元件120可以以大约30kRPM的旋转频率围绕第二轴线旋转。反射镜元件120的其他旋转频率也是可能的。例如，反射镜元件120可以在100RPM和100kRPM之间的旋转频率范围内围绕第二轴线旋转。
操作还包括使激光光源110沿第一轴线发射激光，使得发射的激光与反射镜元件120相互作用。
操作另外包括，当反射镜元件120的旋转角度在第一角度范围内时，使得发射的激光与多个反射表面122中的第一反射表面(例如，122a)相互作用。在与第一反射表面相互作用时，反射的激光被第一反射表面反射到环境中。
操作还包括，当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，使得发射的激光与多个反射表面122中的第一反射表面(例如，122a)和第二反射表面(例如，122b)两者相互作用。反射的激光被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中。
操作还包括使基部结构130围绕第三轴线旋转。基部结构可以以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转。作为示例，基部结构130可以以大约600RPM的旋转频率围绕第三轴线旋转。其他旋转频率也是可能的。例如，基部结构130可以以10RPM和10kRPM之间的旋转频率围绕第三轴线旋转。
系统100还包括一个或多个致动器160。致动器160可以包括配置成旋转反射镜元件120和/或基部结构130的DC电机。此外，致动器160可以包括用于调节激光光源110的位置和/或角度的致动器。在一些实施例中，致动器160可以包括配置成调节波束阻挡器140的位置和/或角度的一个或多个致动器。也就是说，在这样的场景下，致动器160可以移动波束阻挡器140，以便调节发射角度范围和/或避免多个同时读数。
可选地，操作还可以包括，当反射镜元件的旋转角度在第三角度范围内时，使发射的激光与多个反射表面中的第三反射表面(例如，122c)相互作用。在这样的场景下，反射的激光可以被第三反射表面反射到环境中。
在一些实施例中，操作还包括在隔行扫描状况下操作系统。在这样的场景下，当Ω/Φ＝2N+1时，会发生隔行扫描状况，其中N是整数。隔行扫描状况可以提供用于扫描系统100周围的三维环境的期望的激光扫描模式(pattern)。即，期望的激光扫描模式可以包括重叠扫描区域和/或可以针对环境内的给定位置在随后的扫描之间提供更少的时间。减少随后的扫描之间的时间可以提供更好的安全性，因为可以获得关于环境的更多最新信息，例如地图数据和/或对象数据。
在一些实施例中，使激光光源110发射激光可以包括使激光光源基于旋转频率Ω或旋转频率Φ中的至少一个发射激光脉冲。
图2A、图2B和图2C示出了根据各种示例实施例的光学系统。关于图2A、图2B和图2C描述的光学系统可以与关于图1示出和描述的系统100类似或相同。图2A示出了根据示例实施例的光学系统200。在一些实施例中，光学系统200可以是基于激光的距离和测距(LIDAR)系统的一部分。
光学系统200包括激光光源210，其可操作以沿第一轴线214发射激光。如图2A所示，第一轴线214可沿y方向(或平行于y方向)。这样，激光光源210可以沿y轴线发射激光212。如关于激光光源110所描述的，激光光源210可以包括半导体激光器、光纤激光器或被配置成提供相干光的脉冲的其他类型的光源。
光学系统200还包括反射镜元件220。反射镜元件220包括多个反射表面222a、222b和222c。反射镜元件220被配置成围绕第二轴线224旋转。如图2A所示，第二轴线224可以平行于z方向。围绕第二轴线224安置多个反射表面222。例如，多个反射表面222可以包括关于第二轴线对称地布置的三个反射表面(222a、222b和222c)，使得反射镜元件220具有三角棱柱形。
在一些实施例中，第一轴线(例如，激光212沿其发射的轴线)可以与第二轴线224相交。此外，第一轴线214可以垂直于第二轴线224。
在示例实施例中，光学系统200还包括反射镜元件致动器，该反射镜元件致动器被配置成以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转反射镜元件220。反射镜元件致动器可以包括步进电机、有刷或无刷DC电机、或其他类型的旋转致动器。换句话说，反射镜元件致动器可以被配置成以期望的旋转频率Ω沿期望的方向226旋转反射镜元件220。
尽管未在图2A中明确地描绘，但是反射镜元件220和激光210光源耦合到基部结构230。在一些实施例中，基部结构230被配置成围绕第三轴线旋转。此外，在示例实施例中，第三轴线可以与第一轴线214(例如，y轴线)共轴(coaxial)。在一些实施例中，光学系统200包括基部结构致动器，该基部结构致动器被配置成以旋转频率Φ围绕第三轴线沿期望的方向232旋转基部结构。基部结构致动器可以包括旋转致动器，例如步进电机、或者有刷或无刷DC电机。
光学系统200还包括至少一个波束阻挡器240。波束阻挡器240可以包括一个或多个波束收集器(beam dump)、光学不透明材料和/或波束阻挡材料。波束阻挡器240可以由聚合物、金属、织物或其他材料形成。至少一个波束阻挡器240可以被配置成防止激光以发射角度范围之外的角度发射到环境中。在示例实施例中，发射角度范围可以大于关于第二轴线224的230度。如本文所述，波束阻挡器240可以定位为防止多个同时读数/信号。
在示例光学系统中，当反射镜元件220的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光212与多个反射表面222中的第一反射表面222a相互作用，并作为反射光216被第一反射表面222a反射到环境中。在一些实施例中，发射的激光212可以具有波束宽度，例如2毫米。其他波束宽度也是可能的。
此外，在一些实施例中，当反射镜元件220的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光212与多个反射表面222中的第一反射表面222a和第二反射表面222b两者相互作用。在这样的场景下，发射的激光212作为反射光216被第一反射表面222a和第二反射表面222b反射到环境中。换句话说，如上所述，发射的激光212可以具有2毫米的波束宽度。发射的激光212的第一部分(例如，波束宽度的第一半)可以与第一反射表面222a相互作用，并且发射的激光212的第二部分(例如，波束宽度的第二半)可以与第二反射表面222b相互作用。
图2B示出了根据示例实施例的光学系统250。光学系统250可以与参考图2A所示和所述的光学系统200类似或相同。光学系统250可以包括壳体252。壳体252可以对发射光212和反射光216的波长是光学透明的。例如，壳体252可以对反射光216透明度大于90％。在示例实施例中，壳体252可以耦合到波束阻挡器240和反射镜元件220。
图2C示出了根据示例实施例的光学系统260。光学系统260可以与参考图2A和图2B所示和所述的光学系统200和250类似或相同。在示例实施例中，反射镜元件220可以以关于第二轴线224的给定角度取向(oriented)，使得入射激光212与反射镜元件220的两个反射表面相互作用。也就是说，激光212可以与第一反射表面222a和第二反射表面222b相互作用。激光212可以在第一部分中反射为反射光264，在第二部分中反射为反射光266。反射光264和反射光266之间的角度范围可以定义发射角度范围268。发射角度范围268可以大于230度。
图3A和图3B示出了光学系统300中的反射镜元件220的两个不同取向。光学系统300可以与参考图2A、图2B和图2C所示和所述的光学系统200、250和260类似或相同。
即，如图3A所示，反射镜元件220可以被取向为使得参考标记302和第一轴线214之间的角度303为大致15度。在这样的场景下，从激光光源210发射的激光212可以与反射表面222a相互作用以形成反射光304。例如，在与反射表面222a相互作用时，反射光304可以以关于第一轴线214的+90度角被引导。
如图3B所示，反射镜元件220可以被取向为使得参考标记312沿着第一轴线214取向。在这样的场景下，从激光光源210发射的激光212可以与反射表面222a和反射表面222c两者相互作用，以提供两个不同的反射光线。例如，在与反射表面222a和反射表面222c相互作用时，发射的激光212可以被反射为反射光314和反射光316。在一些实施例中，反射光314和反射光316之间的发射角度范围可以大于230度。
图3C示出了根据示例实施例的反射光角度与反射镜元件参考角度示图330。示图330示出了当反射镜元件220围绕第二轴线224旋转时反射光角度如何改变。在示例实施例中，反射光角度可以被定义为反射光线(例如，反射光304)与第一轴线214之间的角度。示图330示出了当反射镜元件220形状如三角棱柱那样时的三次对称性(three-foldsymmetry)。将理解，如果反射镜元件220呈现不同的形状(例如，矩形实心)，则角度对称性和发射角度范围可以相应地改变。
示图点332示出了图3A中描述的场景。即，当反射镜元件参考角度303为大致15度时，反射光304的反射光角度可以为大致+90度。
此外，示图点334和336示出了参考图3B描述的场景。即，当反射镜元件参考角度为零度时，发射光212可以通过两个反射表面222a和222b被反射。在这样的场景下，反射光314可以涉及示图点334(例如，+115度的反射光角度)，并且反射光316可以涉及示图点336(例如，-115度的反射光角度)。将理解，示图330示出了示例实施例，并且许多其他反射光角度和反射镜元件参考角度关系是可能的。本文设想到了所有这样的其他关系。
在一些实施例中，如示图330所示，发射光可以在重叠范围内的两个不同方向上反射。作为示例，重叠范围338可以表示发射光在不同方向上反射的反射镜元件参考角度范围。该重叠范围338表示激光与反射镜元件220的两个反射表面相互作用的反射镜元件220的角度的范围。在该重叠范围338之外，激光仅与反射镜元件220的一个反射表面相互作用。该重叠范围338可以基于反射镜元件220的对称性而重复。在示图330中，重叠范围338可以是大约10度宽，但是其他重叠范围也是可能的。在一些实施例中，可以基于发射波束光斑大小(spot size)、反射镜元件刻面几何形状和/或波束阻挡器位置来调节重叠范围338。
图3D示出了根据示例实施例的光学系统340。具体地，图3D示出了反射镜元件220的另一可能的取向。例如，反射镜元件220可以关于图3B中所示的场景逆时针旋转。也就是说，反射镜元件220可以被取向从而使得参考标记342关于第一轴线214逆时针方向大致1度地取向。在这样的场景下，从激光光源210发射的激光212可以与反射表面222a和反射表面222c两者相互作用，以提供两个不同的反射光线344和346。然而，与图3B相比，反射光线344和346不需要以关于第一轴线214的相同角度反射，并且不需要具有类似的波束宽度或波束大小(beam size)。例如，在与反射表面222a和反射表面222c相互作用时，发射的激光212可以被反射为反射光344和反射光346。在这样的场景下，至少基于与反射表面222a相互作用的较大部分的激光212，反射光344可以具有更大的波束大小。相反，反射光346可以具有较小的波束大小，因为较小部分的激光212与反射表面222c相互作用。此外，基于波束阻挡器240的位置，反射光344可以发射到光学系统340周围的环境中，而反射光346可以被波束阻挡器240“阻挡”、吸收或以其他方式衰减。
虽然图2A、图2B、图2C、图3A、图3B和图3D将激光212示出为具有一定的波束宽度，但是将理解，激光212可以具有相对于反射镜元件220更大或更小的波束宽度。在示例实施例中，激光212可以具有作为反射镜大小的较大部分(larger fraction)的波束宽度。在这样的场景下，参考图3C，全反射镜旋转可以包括激光212被分成两个反射波束的更大的角度范围。
此外，尽管图2A、图2B、图2C、图3A、图3B和图3D将激光光源210示出为被布置成沿着与第二轴线224相交的第一轴线214发射激光212，但是其他布置也是可能的。例如，在一些实施例中，激光光源210可以被布置成沿着不与第二轴线224相交的轴线发射激光212。例如，激光光源210可以被布置成离轴、倾斜或者移位离开第一轴线214和/或第二轴线224。这种不对称布置可沿反射镜元件220的一侧提供与另一侧相比更大的角度覆盖和/或更高分辨率覆盖。在示例实施例中，激光光源210可以关于反射镜元件220被定位，以便为位于特别期望的角度范围(例如，离开水平线-45度到+20度)内的环境的一部分提供更大的角度覆盖。激光光源210的其他布置和关于这种布置的设计考虑是可能的并且在本文中被设想。
图4示出了根据示例实施例的反射镜元件400。反射镜元件400可以类似于如参考图1、图2A、图2B、图2C、图3A和图3B所示和所述的反射镜元件120或220。反射镜元件400可以包括反射表面422a、422b和422c。反射表面422a、422b和422c可以被配置成对于在给定发射波长处或附近的入射激光450是高反射的。例如，反射表面422a、422b和422c可以反射多于90％的具有1.55微米的发射波长的入射光。
反射镜元件400可以另外包括主轴(spindle)430。反射镜元件400可以被配置成围绕主轴430旋转，主轴430可以沿着旋转轴线432旋转。旋转轴线432可以与如图2A、图2B、图2C、图3A和图3B所示并在本文别处描述的第二轴线224类似或相同。即，主轴430和反射镜元件400可以被配置成关于旋转轴线432沿顺时针和/或逆时针方向旋转。在一些实施例中，主轴430可以通过反射镜元件致动器(例如，DC电机或步进电机)而旋转。
在一些实施例中，反射镜元件400可以是至少部分中空的。也就是说，可以去除反射镜元件400的内部部分410中的至少一些材料。即，内部部分410可以是空的，或可以包括空气。
当反射镜元件400围绕旋转轴线432旋转时，入射光可以从反射镜元件的一个或多个反射表面朝向反射镜元件400的环境反射。例如，如图4所示，入射激光450可以在相互作用位置424处与第一反射表面422a相互作用。入射激光450关于反射表面422a的入射角可以确定反射光452的反射角。
图5示出了根据示例实施例的光学系统500。光学系统500可以至少部分地与关于图2A、图2B、图2C、图3A、图3B和图4所示和所述的光学系统200、250、260和300以及反射镜元件400类似或相同。例如，光学系统500可以包括具有反射表面510a、510b和510c的反射镜元件508。反射镜元件508可以耦合到主轴512，主轴512可以被配置成围绕旋转轴线514旋转。
类似于光学系统200，光学系统500可以包括波束阻挡器520和激光光源530。在示例实施例中，激光光源530可以经由光学元件532(例如，透镜和/或扩散器)发射激光534。发射的激光534可以与反射表面510a相互作用并被反射到光学系统的环境中。
光学系统500还可以包括光学接收器540。光学接收器540可以被配置成经由光学元件542(例如，聚光透镜)从光学系统200周围的环境接收光544。基于接收的光544，光学接收器540可以提供关于光学系统200周围的环境的场景的信息。光学接收器540可以包括检测器阵列。检测器阵列可以包括多个单光子雪崩检测器(SPAD)。附加地或替选地，检测器阵列可以包括配置成检测光544的其他类型的光电检测器。
激光光源530和反射镜元件508中的发射的激光534入射到其上的部分可以称为发送路径。反射镜元件508中的接收的光544与之相互作用的部分和光学接收器540可以称为接收路径。在本文所示的实施例中，发送路径和接收路径可以是平行的。在这样的场景下，发送路径和接收路径可以被布置成使得激光脉冲被发送到环境中，与环境相互作用(例如，通过来自对象的反射)，并被反射回接收器。可以使发送路径和接收路径隔离以减少噪声并避免串扰和/或错误信号。因此，光学系统200可以包括可位于发送路径和接收路径之间的挡光板(light baffle)550。
光学系统500可以包括基部部分560，基部部分560可以耦合到光学接收器540、激光光源530、波束阻挡器520、以及配置成旋转反射镜元件508的致动器。即，基部部分560可以被配置成围绕第三轴线562旋转，第三轴线562可以平行于发送路径和/或接收路径。
III.示例方法
图6示出了根据示例实施例的方法600。方法600可以包括可以任何顺序执行的一个或多个步骤或块。此外，可以在本公开的范围内添加或移除步骤或块。方法600的步骤或块可以一次、连续地、周期性地或在离散的时间量上执行。
方法600可以包括完全或部分地由参考图1所示和所述的控制器150执行的操作。此外，可以与参考图1、图2A、图2B、图2C、图3A、图3B、图4和图5所示和所述的系统100、光学系统200、250、260、300或500、或者反射镜元件400相关联地或通过利用它们中的一些或所有元件来执行方法600。
块602包括使激光光源沿第一轴线发射激光，使得发射的激光与反射镜元件相互作用。
块604包括使反射镜元件围绕第二轴线旋转。反射镜元件可以以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转。在一些实施例中，反射镜元件可以以大约30kRPM的旋转频率围绕第二轴线旋转。反射镜元件的其他旋转频率是可能的。例如，反射镜元件可以在100RPM和100kRPM之间的旋转频率范围内围绕第二轴线旋转。
在示例实施例中，反射镜元件包括多个反射表面。围绕第二轴线安置多个反射表面。反射镜元件和激光光源耦合到基部结构。基部结构被配置成围绕第三轴线旋转。
在一些实施例中，反射镜元件围绕第二轴线的旋转包括第一角度范围和第二角度范围。基于反射镜元件是在第一角度范围还是在第二角度范围内，发射的激光和反射镜元件之间的相互作用可以是不同的。例如，当反射镜元件的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光可以仅与多个反射表面中的一个反射表面(例如，第一反射表面)相互作用。在这样的场景下，激光被第一反射表面反射到环境中。
然而，当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光可以与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用。在这样的场景下，发射的激光可以被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中。
块406包括使基部结构围绕第三轴线旋转。基部结构可以以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转。作为示例，基部结构可以以大约600RPM的旋转频率围绕第三轴线旋转。其他旋转频率也是可能的。例如，基部结构130可以以10RPM和10kRPM之间的旋转频率围绕第三轴线旋转。
在一些实施例中，方法600还可以包括在隔行扫描状况下操作光学系统。在一些实施例中，隔行扫描状况可以以更高的分辨率提供关于环境的信息(例如，通过利用交错的扫描点)。在这样的场景下，当Ω/Φ＝2N+1时，可以发生隔行扫描状况，其中N是整数。隔行扫描状况可以提供用于扫描光学系统周围的三维环境的期望的激光扫描模式。
在一些实施例中，隔行扫描状况可以提供配备有LIDAR的载具的更安全的操作，至少因为更紧密间隔的扫描位置可以允许更容易地检测给定距离处的较小对象。例如，非隔行扫描(non-interlaced)状况可以包括在10英尺的范围内彼此间隔4英寸的扫描位置。在示例实施例中，隔行扫描状况可以提供在10英尺的范围内彼此间隔2英寸的扫描位置。将理解，本文设想到使在初始扫描和随后的扫描之间的一组扫描位置隔行或改变以便增加扫描分辨率的其他方式。
在一些实施例中，隔行扫描状况可以包括更高阶的隔行扫描场景，其中在用激光脉冲“重新扫描”给定扫描位置之前，可能进行反射镜元件的3次、4次或更多次旋转。在这样的场景下，Ω/Φ＝(N×k)+1，其中N是整数，k是在关于反射镜和/或一般地系统沿同一轴线发射激光脉冲之前反射镜元件的完整旋转数。
在其他实施例中，无理的(irrational)隔行扫描状况是可能的。也就是说，无理的隔行扫描状况可以包括这样的场景，其中连续的激光脉冲被布置成使得脉冲永远不会沿着与先前脉冲相同的轴线发射。在这样的场景下，Ω/Φ可以是无理值(例如，不能表示为整数的比的值)。将理解，其他操作模式也可用于控制激光脉冲如何发射到环境中。
附图中所示的特定布置不应视为是限制性的。应理解，其他实施例可以包括更多或更少的给定附图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略一些所示元件。再者，说明性实施例可以包括附图中未示出的元件。
表示信息的处理的步骤或块可以对应于可被配置成执行本文描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替选地或另外地，表示信息的处理的步骤或块可以对应于模块、分段或程序代码的一部分(包括相关数据)。程序代码可以包括可由处理器运行以实现该方法或技术中的特定逻辑功能或动作的一个或多个指令。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质上，例如包括磁盘、硬盘驱动器或其他存储介质的存储设备。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如在短时间段内存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括在更长的时间段内存储程序代码和/或数据的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括二级或持久长期存储装置，例如像只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、致密盘只读存储器(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。计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质，例如，或有形存储设备。
虽然已经公开了各种示例和实施例，但是其他示例和实施例对于本领域技术人员而言将是清楚的。各种公开的示例和实施例是出于说明的目的而非旨在是限制性的，其中真实范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
激光光源，可操作以沿第一轴线发射激光；
包括多个反射表面的反射镜元件，其中反射镜元件被配置成围绕第二轴线旋转，其中围绕第二轴线安置多个反射表面，其中反射镜元件和激光光源耦合到基部结构，其中基部结构被配置成围绕第三轴线旋转；以及
控制器，被配置成执行操作，所述操作包括：
使反射镜元件围绕第二轴线旋转，其中围绕第二轴线旋转包括第一角度范围和第二角度范围；
使激光光源沿第一轴线发射激光，使得发射的激光与反射镜元件相互作用，其中：
当反射镜元件的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面相互作用，并被第一反射表面反射到环境中；以及
当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用，并被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中；以及
使基部结构围绕第三轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个波束阻挡器，其中至少一个波束阻挡器被配置成防止激光以发射角度范围之外的角度反射到环境中。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，多个反射表面包括关于第二轴线对称布置的三个反射表面，使得反射镜元件具有三角棱柱形。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，当反射镜元件的旋转角度在第三角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第三反射表面相互作用，并被第三反射表面反射到环境中。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，第一轴线与第二轴线相交。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，第一轴线垂直于第二轴线。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，发射的激光通过关于第二轴线的发射角度范围反射到环境中，其中发射角度范围大于230度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，使反射镜元件围绕第二轴线旋转包括使反射镜元件以大约30kRPM围绕第二轴线旋转。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，使基部结构围绕第三轴线旋转包括使基部结构以大约600RPM围绕第三轴线旋转。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，使反射镜元件围绕第二轴线旋转包括使反射镜元件以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转，其中使基部结构围绕第三轴线旋转包括使基部结构以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转，其中操作还包括在隔行扫描状况下操作系统，其中在Ω/Φ＝2N+1时，发生隔行扫描状况，其中N是整数。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，系统是基于激光的距离和测距系统的一部分。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，使反射镜元件围绕第二轴线旋转包括使反射镜元件以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转，其中使基部结构围绕第三轴线旋转包括使基部结构以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转，其中使激光光源发射激光包括使激光光源基于旋转频率Ω或旋转频率Φ中的至少一个发射激光脉冲。
13.一种光学系统，包括：
激光光源，可操作以沿第一轴线发射激光；
包括多个反射表面的反射镜元件，其中反射镜元件被配置成围绕第二轴线旋转，其中围绕第二轴线旋转包括第一角度范围和第二角度范围，其中围绕第二轴线安置多个反射表面，其中反射镜元件和激光光源耦合到基部结构，其中基部结构被配置成围绕第三轴线旋转，其中：
当反射镜元件的旋转角度在第一角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面相互作用，并被第一反射表面反射到环境中；以及
当反射镜元件的旋转角度在第二角度范围内时，发射的激光与多个反射表面中的第一反射表面和第二反射表面两者相互作用，并被第一反射表面和第二反射表面反射到环境中；以及
至少一个波束阻挡器，其中至少一个波束阻挡器被配置成防止激光以发射角度范围之外的角度发射到环境中。
14.根据权利要求13所述的光学系统，还包括反射镜元件致动器，被配置成以旋转频率Ω围绕第二轴线旋转反射镜元件。
15.根据权利要求13所述的光学系统，还包括基部结构致动器，被配置成以旋转频率Φ围绕第三轴线旋转基部结构。
16.根据权利要求13所述的光学系统，其中，光学系统是基于激光的距离和测距系统的一部分。
17.根据权利要求13所述的光学系统，其中，第一轴线与第二轴线相交。
18.根据权利要求13所述的光学系统，其中，第一轴线垂直于第二轴线。
19.根据权利要求13所述的光学系统，其中，发射角度范围大于关于第二轴线的230度。
20.根据权利要求13所述的光学系统，其中，多个反射表面包括关于第二轴线对称布置的三个反射表面，使得反射镜元件具有三角棱柱形。
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