CN111051915A - Lidar传送器和接收器的共享波导 - Google Patents

Lidar传送器和接收器的共享波导 Download PDF

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CN111051915A CN201880057663.3A CN201880057663A CN111051915A CN 111051915 A CN111051915 A CN 111051915A CN 201880057663 A CN201880057663 A CN 201880057663A CN 111051915 A CN111051915 A CN 111051915A
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Abstract

一个示例系统包括发射光束的光源。该系统还包括朝向孔引导发射的光束的波导。该系统还包括朝向场景将由波导引导并通过孔传送的光束导向的透镜。透镜还接收从场景朝向透镜传播的光。透镜将接收的光聚焦到孔中。波导还引导通过孔传送的聚焦的光。该系统还包括光检测器。波导朝向光检测器将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。

Description

LIDAR传送器和接收器的共享波导
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月5日提交的美国专利申请第15/695,833号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
除非本文另外指出，否则本节中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不能由于包含在本节中而承认是现有技术。
光检测器(诸如光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)或其他类型的雪崩光电二极管(APD))可用于检测施加在其表面上的光(例如，通过输出表示光强度的电信号，诸如电压或电流)。许多类型的此类设备是用半导体材料(诸如硅)制成的。为了在较大的几何区域上检测光，可以将多个光检测器布置为阵列。这些阵列有时称为硅光电倍增管(SiPM)或多像素光子计数器(MPPC)。
上述某些布置对相对低的光强度敏感，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易受不利的背景效果影响(例如，来自外部源的外部光可能影响光检测器的测量)。
发明内容
在一个示例中，一种系统包括发射光束的光源。该系统还包括朝向孔引导发射的光束的波导。该系统还包括朝向场景将由波导引导并通过孔传送的光束导向的透镜。透镜还接收从场景朝向透镜传播的光。透镜将接收的光聚焦到孔中。波导引导通过孔传送的聚焦的光。该系统还包括光检测器。波导朝向光检测器将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。
在另一示例中，一种方法涉及经由光源朝向波导发射光束。该方法还涉及在波导内部引导发射的光束以通过孔传送。该方法还涉及经由透镜朝向场景将通过孔传送的光束导向。该方法还涉及经由透镜聚焦从场景朝向孔传播并进入波导的光。该方法还涉及在波导内部引导聚焦的光。该方法还涉及朝向光检测器的阵列将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。
在再一示例中，一种光检测和测距(LIDAR)设备包括LIDAR传送器，其发射一个或多个光束。LIDAR设备还包括波导，其朝向孔引导发射的一个或多个光束，其中，引导的一个或多个光束被传送出波导并通过孔。LIDAR设备还包括透镜，其朝向场景聚焦通过孔传送的一个或多个光束。透镜还接收从场景朝向透镜传播的光。透镜将接收的光的至少一部分聚焦到孔中。LIDAR设备还包括LIDAR接收器，其包括光检测器的阵列。波导朝向光检测器的阵列引导聚焦的光的至少一部分。
在又一示例中，一种系统包括用于经由光源朝向波导发射光束的装置。该系统还包括用于在波导内部引导发射的光束以通过孔传送的装置。该系统还包括用于经由透镜朝向场景将通过孔传送的光束导向的装置。该系统还包括用于经由透镜聚焦从场景朝向孔传播并进入波导的光的装置。该系统还包括用于在波导内部引导聚焦的光的装置。该系统还包括用于朝向光检测器的阵列将聚焦的光的至少一部分从波导传送出的装置。
前述概述仅是说明性的，而不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、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明显。
附图说明
图1A是根据示例实施例的包括孔的系统的图示。
图1B是图1A的系统的另一个图示。
图2A是根据示例实施例的LIDAR设备的简化框图。
图2B示出图2A的LIDAR设备的透视图。
图3A是根据示例实施例的包括波导的系统的图示。
图3B示出图3A的系统的截面图。
图3C示出图3A的系统中的波导的透视图。
图4A示出根据示例实施例的包括多个波导的系统的截面图。
图4B示出图4A的系统的另一截面图。
图4C示出图4A的系统的又一截面图。
图5示出根据示例实施例的另一系统的截面图。
图6是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述的任何示例实施例或特征不必被解释为比其他实施例或特征优选或有利。本文描述的示例实施例并不意味着是限制性的。将容易理解，所公开的实现方式的某些方面可以以多种不同的配置来布置和组合。此外，附图中所示的特定布置不应视为限制性的。应当理解，其他实现方式可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。另外，一些示出的元件可以被组合或省略。类似地，示例实现方式可以包括图中未示出的元件。
I.概述
示例实现方式可以涉及牵涉使用一个或多个光检测器检测光的设备、系统和方法。在一些示例中，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，透镜也可以聚焦系统不希望观察到的背景光(例如，阳光)。为了选择性地对光进行滤波(即，将背景光与对应于场景内的信息的光分开)，可以将不透明材料(例如，选择性蚀刻金属、部分被掩模覆盖的玻璃基板等)放置在透镜后面。在各种实施例中，不透明材料可以成形为平板(slab)、片状(sheet)或各种其他形状。在不透明材料内，可以限定孔。利用这种布置，可以选择透镜聚焦的光的一部分或全部以通过孔传送(trasmission)。
在通过孔传送的光的传播方向上，系统可以包括波导，波导具有第一侧(例如，与孔邻近等)和与第一侧相对的第二侧。系统还可以包括光检测器(例如，SPAD等)的阵列，其安置在波导的第三侧上或与波导的第三侧邻近，以检测通过第三侧从波导传播出的光。例如，第三侧可以沿着波导在其中引导光的传播的引导方向从第一侧向第二侧延伸。
为了促进引导的光从波导的第三侧传播出，在一些示例中，系统可以包括沿着在波导内部传播的引导的光的传播路径安置的镜(mirror)。镜可以朝向波导的第三侧倾斜。这样，镜可以朝向与光检测器的阵列邻近的第三侧的特定区域反射引导的光(或其一部分)，然后反射的光可以通过特定区域朝向光检测器的阵列传播。
系统还可以包括与波导的第二侧(例如，与波导的面向孔端相对的一侧)邻近安置的光源(例如，激光棒等)。光源可以朝向波导的第二侧发射光束。然后，波导可以将发射的光束(在第二侧接收)朝向第一侧(即，与孔邻近的一侧)引导。然后，可以将引导的光束(在第一侧)传送出波导，并通过孔朝向场景传送。
因此，系统可以通过根据延伸通过波导、孔和透镜(以该顺序)的传送路径将发射的光束导向(direct)来照明场景。系统还可以根据延伸通过相同的透镜、孔和波导(以该顺序)的接收路径来接收发射的光束从照亮的场景的反射。因此，利用这种布置，系统可以使用共享波导来提供空间对准的光传送和接收路径(例如，与场景的相同或相似的相应视场相关联的传送/接收路径)。
因为传送路径与接收路径在空间上对准，所以示例系统可以减少(或防止)与视差相关联的光学扫描失真。例如，如果传送和接收路径改为在空间上相对于彼此偏移(例如，具有不同的相应观看或指向方向等)，则场景的扫描表示可能会受到诸如视差的光学失真的影响。
在不脱离本公开的范围的情况下，其他方面、特征、实现方式、配置和优点是可能的。
II.示例系统和设备
图1A是根据示例实施例的包括孔的系统100的图示。如图所示，系统100包括光检测器的阵列110(由检测器112和114例示)、限定在不透明材料120内的孔122、以及透镜130。系统100可以测量被场景内的对象198反射或散射的光102。在一些情况下，光102还可以包括直接从背景源(未示出)朝向透镜130传播的光。在一些示例中，系统100可以包括在光检测和测距(LIDAR)设备中。例如，LIDAR设备可以用于自动驾驶车辆的导航。此外，在一些实施例中，系统100或其部分可以被包含在除了通过透镜130之外未暴露于外部光的区域内。这可以减少到达阵列110中的检测器的环境光的量(这可能影响测量)。
阵列110包括光检测器的布置，以检测器112和114为例。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可以是圆形的或可以具有不同的形状。可以根据光110从孔122发散(diverge)的预期横截面面积来选择阵列110的尺寸。例如，阵列110的尺寸可以基于阵列110和孔122之间的距离、孔122和透镜130之间的距离、孔122的尺度、透镜130的光学特性以及其他因素。在一些实施例中，阵列110可以是可移动的。例如，阵列110的位置可以是可调节的，以更接近孔122或更远离孔122。为此，例如，阵列110可以安装在能够以一维、二维或三维平移的电学台(electrical stage)上。
此外，在一些实现方式中，阵列110可以将一个或多个输出提供到计算设备或逻辑电路。例如，配备微处理器的计算设备可以从阵列110接收电信号，所述电信号指示入射在阵列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198的信息(例如，对象198和系统100之间的距离等)。在一些实施例中，阵列110内的一些或全部光检测器可以彼此并联互连。为此，例如，取决于阵列110内的光检测器的特定布置和类型，阵列110可以是SiPM或MPPC。通过以并联电路配置连接光检测器，例如，来自光检测器的输出可以被组合以有效地增大可以检测光102中的光子的检测区域(例如，图1A中所示的阵列110的阴影面积)。
光检测器112、114等可以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可以在反向偏置的p-n结(即二极管)内采用雪崩击穿来增加SPAD上给定入射照明的输出电流。此外，SPAD能够为单个入射光子生成多个电子-空穴对。在另一个示例中，光检测器112、114等可以包括线性模式雪崩光电二极管(APD)。在某些情况下，APD或SPAD可能会被偏置高于雪崩击穿电压。这样的偏置条件可以创建具有大于一的环路增益的正反馈环路。此外，偏置高于阈值雪崩击穿电压的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(CCD)、光伏电池和/或任何其他类型的光检测器。
在一些实现方式中，阵列110可以包括横跨阵列的多于一种类型的光检测器。例如，阵列110可以被配置为检测光102的多个预定义波长。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之间的波长(可见和/或红外波长)敏感。此外，光检测器110在给定实施例内或在各个实施例中可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SPAD，其封装尺寸为阵列110的面积的1％、0.1％或0.01％。
不透明材料120(例如，掩模等)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)传送到阵列110。例如，不透明材料120可以被配置为阻挡可能不利地影响阵列110执行的测量的准确度的某些背景光。替选地或另外地，不透明材料120可以阻挡在检测器112、114等可检测到的波长范围内的光。在一个示例中，不透明材料120可以通过吸收一部分入射光来阻挡传送。在另一个示例中，不透明材料120可以通过反射一部分入射光来阻挡传送。不透明材料120的示例实现方式的非穷举性列表包括蚀刻金属、聚合物基板、双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)片或覆盖有不透明掩模的玻璃，以及其他可能性。在一些示例中，不透明材料120以及因此孔122可以被定位在透镜130的焦平面处或附近。
孔122在不透明材料120内提供端口，光102(或其一部分)可以通过该端口传送。孔122可以以各种方式限定在不透明材料120内。在一个示例中，不透明材料120(例如，金属等)可以被蚀刻以限定孔122。在另一个示例中，不透明材料120可以被配置为覆盖有掩模的玻璃基板，并且掩模可以包括间隙，该间隙限定孔122(例如，通过光刻等)。在各种实施例中，孔122可以至少对于光检测器112、114等可检测到的光的波长部分或全部透明。例如，在不透明材料120是覆盖有掩模的玻璃基板的情况下，孔122可以被限定为玻璃基板的未被掩模覆盖的部分，使得孔122不是完全中空的而是由玻璃制成。因此，在一些情况下，孔122对于光102的一个或多个波长可以几乎但不完全透明(例如，玻璃基板通常不是100％透明的)。替选地，在一些情况下，孔122可以形成为不透明材料120的中空区域。
在一些示例中，孔122(与不透明材料120结合)可以被配置为在焦平面处在空间上对来自场景的光102进行滤波。为此，例如，光102可以沿着不透明材料120的表面聚焦到焦平面上，并且孔122可以允许仅将聚焦的光的一部分传送到阵列110。这样，孔122可以表现为光学针孔。在一个实施例中，孔122可具有在0.02mm2与0.06mm2之间的横截面面积(例如0.04mm2)。在其他实施例中，根据诸如透镜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各种因素，孔122可以具有不同的横截面面积。
因此，尽管如上关于孔122所使用的术语“孔”可以描述不透明材料中的可通过其传送光的凹口或孔，但是要注意，术语“孔”可以包括各种各样的光学特征。在一个示例中，如在整个说明书和权利要求书中所使用的，术语“孔”可以另外包括限定在不透明材料内的透明或半透明结构，光可以通过该透明或半透明结构至少部分地传送。在另一个示例中，术语“孔”可以描述选择性地限制光的通过(例如，通过反射或折射)的结构，诸如被不透明材料包围的镜。在一个示例实施例中，被不透明材料包围的镜阵列可以被布置为沿特定方向反射光，从而限定反射部分，其可以被称为“孔”。
尽管孔122被示出为具有矩形形状，但是应当注意，孔122可以具有不同的形状，诸如圆形、环形、椭圆形等。在一些示例中，孔122可以替选地具有不规则形状，该不规则形状专门设计为解决系统100内的光学像差。例如，锁孔形孔可以帮助解决在发射器(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同一位置，则可能会发生视差。其他不规则孔形状也是可能的，诸如与预期在特定场景内的特定对象相对应的特定形状的孔或选择光102的特定偏振(例如，水平或垂直偏振)的不规则孔。
透镜130可以将来自场景的光102聚焦到孔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以减小其上投影光102的横截面面积(即，增加光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。替选地，透镜130可以被实现为接连放置的连续透镜集合(例如，使光在第一方向上聚焦的双凸透镜和使光在第二方向上聚焦的附加双凸透镜)。其他类型的透镜和/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，镜等)，以帮助将入射在透镜130上的光102聚焦在不透明材料120上。
对象198可以是定位在系统100周围的场景内的任何对象。在系统100包括在LIDAR设备中的实现方式中，对象198可以由发射光(其一部分可以作为光102返回)的LIDAR传送器照明。在LIDAR设备用于在自动驾驶车辆上导航的示例实施例中，对象198可以是或包括行人、其他车辆、障碍物(例如，树木、杂物等)或道路标志等。
如上所述，光102可以被对象198反射或散射，由透镜130聚焦，传送通过不透明材料120中的孔122，并由阵列110中的光检测器测量。该序列可以发生(例如，在LIDAR设备中)以确定关于对象198的信息。在一些实施例中，由阵列110测量的光102可以附加地或替选地包括从多个对象反射或散射的光、由另一LIDAR设备的传送器传送的光、环境光、阳光以及其他可能性。
在一些示例中，可以基于预期在场景内的对象的类型及其与透镜130的预期距离来选择用于分析对象198的光102的波长。例如，如果预期在场景内的对象吸收了所有500nm波长的入射光，则可以选择500nm以外的波长来照明对象198，并由系统100对其进行分析。光102的波长(例如，如果由LIDAR设备的传送器传送)可以与产生光102(或其一部分)的源相关联。例如，如果光是由激光二极管产生的，则光102可以包括在包含900nm(或其他红外和/或可见波长)的波长范围内的光。因此，各种类型的光源都可以用于产生光102(例如，光纤放大器、各种类型的激光器、具有滤波器的宽带源等)。
图1B是系统100的另一图示。如图所示，系统100包括滤波器132和光发射器140。滤波器132可以包括被配置为选择性地传送预定波长范围内的光的任何光学滤波器。例如，滤波器132可以被配置为选择性地传送在由发射器140发射的光信号的可见波长范围、红外波长范围或任何其他波长范围内的光。例如，光学滤波器132可以被配置为使特定波长的光衰减或使特定波长的光离开阵列110发散。例如，光学滤波器132可使在发射器140发射的波长范围之外的光102的波长衰减或发散。因此，光学滤波器132可以至少部分地减少环境光或背景光以免不利地影响阵列110的测量。
在各种实施例中，光学滤波器132可以位于相对于阵列110的各个位置。如图所示，光学滤波器132位于透镜130和不透明材料120之间。然而，光学滤波器132可以替选地位于透镜130和对象198之间，在不透明材料120和阵列110之间，与阵列110结合(例如，阵列110可具有这样的表面屏幕，光学滤波器132或阵列110中的每个光检测器可以单个地被单独的光学滤波器等覆盖)，与孔122结合(例如，孔122可以仅对特定波长范围是透明的等)，或与透镜130结合(例如，安置在透镜130上的表面屏幕，透镜130的材料仅对特定波长范围是透明的等)，以及其他可能性。
如图1B所示，光发射器140发射将由阵列110测量的光信号。发射器140可以包括激光二极管、光纤激光器、发光二极管、激光棒、纳米堆叠二极管棒、灯丝、LIDAR传送器、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198反射或散射并且最终由阵列110测量(其至少一部分)的光。在一些实施例中，发射器140可以被实现为脉冲激光器(与连续波激光器相反)，允许在保持等效连续功率输出的同时提高峰值功率。
以下是将透镜130接收的背景光的量与阵列110检测的信号光的量进行比较的数学图示。如图所示，对象198与透镜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和孔122可以位于透镜130的焦平面处(即，“f”可以等同于焦距)。此外，如图所示，发射器140位于距对象198的距离“d”处。
出于示例的目的，假定对象198被法线入射的阳光完全照明，其中阳光代表背景光源。此外，假定照明对象198的所有光根据兰伯特余弦定律被散射。另外，假定到达阵列110的所有光(背景和信号)被阵列110完全检测到。
可以使用以下公式计算由发射器140发射的、到达孔122并由此到达阵列110的信号的功率：
Figure BDA0002401012180000091
其中，Psigval表示由发射器140发射的到达阵列110的光信号的辐射通量(例如，以W为单位)，Ptx表示发射器140传送的功率(例如，以W为单位)，Γ表示对象198的反射率(例如，考虑兰伯特余弦定律)，并且Alens表示透镜130的横截面面积。
到达透镜130的背景光可以如下计算：
Figure BDA0002401012180000092
其中，
Figure BDA0002401012180000093
表示处于滤波器132将选择性地通过的波长波段内的、到达透镜130的背景光(由阳光从对象198散射引起)的辐射度(例如，以
Figure BDA0002401012180000094
为单位)，
Figure BDA0002401012180000095
表示由于太阳(即，背景源)引起的辐照度(例如，以
Figure BDA0002401012180000096
为单位)密度，并且Tfilter表示滤波器132(例如，带通光学滤波器)的传输系数。
Figure BDA0002401012180000097
因子与对象198从法线入射朗伯散射出去的假设有关。
孔122减少被允许传送到阵列110的背景光的量。为了计算到达阵列110的背景光的功率，在通过孔122传送之后，要考虑孔122的面积。孔122的横截面面积(Aaperture)可以如下计算：
Aaperture＝w×h
其中，Aaperture表示孔122相对于对象198的表面积，w和h分别表示孔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的横截面面积(Alens)可以如下计算：
Figure BDA0002401012180000101
其中，dlens表示透镜的直径。
因此，通过孔122传送到阵列110的背景功率可以如下计算：
Figure BDA0002401012180000102
其中，Pbackground表示入射在阵列110上的背景功率，而
Figure BDA0002401012180000103
表示球面度的接受立体角。上式表明，Pbackground是由透镜130和孔122减小后的背景信号中的辐射度的量。
将上面确定的值代入
Figure BDA0002401012180000104
Aaperture和Alens，可以得出以下内容：
Figure BDA0002401012180000105
此外，量
Figure BDA0002401012180000106
可以称为透镜130的“F值(F number)”。因此，通过多次代入(substitution)，可以推断出以下公式作为背景功率：
Figure BDA0002401012180000107
进行类似代入，对于从发射器140传送的、到达阵列110的信号功率可以推断出以下公式：
Figure BDA0002401012180000108
此外，可以通过将Psignal与Pbackground进行比较来确定系统100的信噪比(SNR)。如图所示，由于包括孔122，特别是对于具有小w和/或小h(上述Pbackground公式的分子)的孔，可以相对于信号功率显著降低背景功率(Pbackground)。除了减小孔面积之外，增加发射器140的传送功率(Ptx)，减小传输系数(Tfilter)(即，减少通过滤波器传送的背景光的量)以及增加对象198的反射率(Γ)也可以是增加SNR的方法。此外，应注意，在发射器140发射脉冲信号的实现方式中，与背景的功率相反，背景的散粒噪声在计算SNR时可能是主要相关的。因此，在一些实现方式中，替选地可以通过将散粒噪声与信号功率进行比较来计算SNR。
如图1A所示，光102随着离开孔122传播而发散。由于发散，阵列110处的检测面积(例如，示出为由光102照射的阴影面积)可以大于孔122的横截面面积。对于给定光功率(例如，以W测量)，增加的检测面积(例如，以m2测量)可以导致入射在阵列110上的光强度降低(例如，以
Figure BDA0002401012180000111
测量)。
在阵列110包括SPAD或其他具有高灵敏度的光检测器的实施例中，光强度的降低可能是特别有益的。例如，SPAD从大的反向偏置电压得到其灵敏度，该反向偏置电压会在半导体内部产生雪崩击穿。例如，可以通过吸收单光子来触发雪崩击穿。一旦SPAD吸收了单光子并且雪崩击穿开始，SPAD就无法检测到其他光子，直到SPAD被淬灭(例如，通过恢复反向偏置电压)。直到SPAD被淬灭的时间可以被称为恢复时间。如果另外的光子以接近恢复时间的时间间隔到达(例如，在十倍以内)，则SPAD可能开始饱和，因此SPAD的测量可能变得较不可靠。通过降低入射在阵列110内的任何单独的光检测器(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的光测量可以具有提高的准确度。
图2A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可以被安装到车辆，并被用来绘制(map)车辆的周围环境(例如，包括对象298等的场景)。如图所示，LIDAR设备200包括控制器238、可以类似于发射器140的激光发射器240、可以类似于系统100的噪声限制系统290、旋转平台294和一个或多个致动器296。在该示例中，系统290包括分别与阵列110、不透明材料120和透镜130类似的光检测器的阵列210、其中限定有孔(未示出)的不透明材料220以及透镜230。应注意，LIDAR设备200可以替选地包括比所示的更多或更少的组件。例如，LIDAR设备200可以包括光学滤波器(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现。
设备200可以操作发射器240朝向包括对象298的场景发射光202，它们可以分别类似于发射器140、光102和对象198。为此，在一些实现方式中，发射器240(和/或设备200的一个或多个其他组件)可以被配置为LIDAR设备200的LIDAR传送器。然后，设备200可以检测光202从场景的反射以绘制(map)或确定关于对象298的信息。为此，在一些实现方式中，阵列210(和/或系统290的一个或多个其他组件)可以被配置为LIDAR设备200的LIDAR接收器。
控制器238可以被配置为控制LIDAR设备200的组件并且分析从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238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)中的指令以操作设备200。附加地或替选地，控制器238可以包括数字或模拟电路，该数字或模拟电路被布线以执行本文描述的各种功能中的一个或多个。
旋转平台294可以被配置为绕轴旋转以调整LIDAR 200的指向方向(例如，发射的光202相对于环境的方向等)。为此，旋转平台294可以由适合于支撑LIDAR 200的一个或多个组件的任何固体材料形成。例如，系统290(和/或发射器240)可以由旋转平台294(直接或间接)支撑，使得这些组件中的每一个响应于旋转平台294的旋转而相对于环境移动，同时保持特定的相对布置。特别是，安装的组件可以绕轴(同时)旋转，从而LIDAR 200可以在扫描周围环境时调整其指向方向。以这种方式，可以通过将旋转平台294致动到围绕旋转的轴的不同方向来水平地调整LIDAR 200的指向方向。在一个示例中，LIDAR 200可以被安装在车辆上，并且旋转平台294可以被旋转以便在从车辆的各个方向上扫描周围环境的区域。
为了以这种方式旋转平台294，一个或多个致动器296可以致动旋转平台294。为此，致动器296可以包括马达、气动致动器、液压活塞和/或压电致动器，以及其他可能性。
利用这种布置，控制器238可以操作致动器296以各种方式旋转旋转平台294，以便获得关于环境的信息。在一个示例中，旋转平台294可以绕轴在任一方向上旋转。在另一个示例中，旋转平台294可以执行绕轴的完整旋转(complete revolution)，使得LIDAR 200扫描环境的360°视场(FOV)。在又一示例中，旋转平台294可以在特定范围内旋转(例如，通过重复地围绕轴从第一角度位置旋转到第二角度位置并回到第一角度位置等)以扫描环境的较窄FOV。其他示例也是可能的。
此外，旋转平台294可以以各种频率旋转，以使LIDAR 200以各种刷新率扫描环境。在一个实施例中，LIDAR 200可以被配置为具有10Hz的刷新率。例如，在LIDAR 200被配置为扫描360°FOV的情况下，致动器296可以使平台294旋转每秒十次完整旋转。
图2B示出LIDAR设备200的透视图。如图所示，设备200还包括朝向设备200的环境将来自发射器240的发射的光导向的传送器透镜231。
为此，图2B示出设备200的示例实现方式，其中，发射器240和系统290各自具有单独的相应光学透镜231和230。然而，在其他实施例中，设备200可以替选地被配置为具有用于发射器240和系统290两者的单个共享透镜。通过使用共享透镜既将发射的光导向又接收入射光(例如，光202)，可以提供尺寸、成本和/或复杂性方面的优势。例如，利用共享透镜布置，从与(由系统290)接收光202的视角不同的视角，设备200可以减轻与(由发射器240)传送光相关联的视差。
如图2B所示，由发射器240发射的光束从透镜231沿着LIDAR 200的指向方向朝向LIDAR 200的环境传播，然后可以作为光202从环境中的一个或多个对象反射。然后，LIDAR200可以接收反射的光202(例如，通过透镜230)并提供与一个或多个对象有关的数据(例如，一个或多个对象与LIDAR 200之间的距离等)。
此外，如图2B所示，旋转平台294以所示的特定相对布置安装系统290和发射器240。举例来说，如果旋转平台294绕轴201旋转，则系统290和发射器240的指向方向可以根据所示的特定相对布置同时改变。通过此过程，LIDAR 200可以根据LIDAR 200围绕轴201的不同指向方向来扫描周围环境的不同区域。因此，例如，设备200(和/或另一个计算系统)可以通过处理与LIDAR 200围绕轴201的不同指向方向相关联的数据来确定设备200的环境的360°(或更小)视角的三维地图。
在一些示例中，轴201可以是基本垂直的。在这些示例中，可以通过围绕轴201旋转系统290(和发射器240)来水平地调整设备200的指向方向。
在一些示例中，系统290(和发射器240)可以(相对于轴201)倾斜以调整LIDAR 200的FOV的垂直范围(vertical extent)。通过示例，LIDAR设备200可以安装在车辆的顶部。在该示例中，系统290(和发射器240)可以倾斜(例如，朝向车辆)，与来自车辆上方的环境的区域的数据点相比，从更靠近车辆所在的行驶面的环境的区域收集更多的数据点。LIDAR设备200的其他安装位置、倾斜配置和/或应用也是可能的(例如，在车辆的不同侧、在机器人设备上或在任何其他安装表面上)。
注意，设备200的各种组件的形状、位置和尺寸可以变化，并且仅出于示例的目的而如图2B所示被示出。
现在回到图2A，在一些实现方式中，控制器238可以使用与由阵列210测量的信号相关联的定时信息来确定对象298的位置(例如，距LIDAR设备200的距离)。例如，在激光发射器240是脉冲激光的实施例中，控制器238可以监视输出光脉冲的定时，并将这些定时与阵列210测量的信号脉冲的定时进行比较。例如，控制器238可以基于光速和光脉冲的行进时间(其可以通过比较定时来计算)估计设备200与对象298之间的距离。在一种实现方式中，在平台294的旋转期间，发射器240可以发射光脉冲(例如，光202)，并且系统290可以检测发射的光脉冲的反射。然后，设备200(或处理来自设备200的数据的另一计算机系统)可以基于发射的光脉冲及检测到的其反射的一个或多个特征(例如，定时、脉冲长度、光强度等)的比较来生成扫描环境的三维(3D)表示。
在一些实现方式中，控制器238可以被配置为解决视差(例如，由于激光发射器240和透镜230没有位于空间中的相同位置)。通过考虑视差，控制器238可以提高输出光脉冲的定时与由阵列210测量的信号脉冲的定时之间的比较的准确度。
在一些实现方式中，控制器238可以调制由发射器240发射的光202。例如，控制器238可以改变发射器240的投影(例如，指向)方向(例如，通过致动例如安装发射器240的机械台，诸如平台294)。作为另一个示例，控制器238可以调制由发射器240发射的光202的定时、功率或波长。在一些实现方式中，控制器238还可以控制设备200的其他操作方面，诸如沿着光202的传播路径添加或去除滤波器(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(和其中的孔)、透镜230等)的相对位置，以及其他可能性。
在一些实现方式中，控制器238还可以调整材料220内的孔(未示出)。在一些实施例中，孔可以从在不透明材料内限定的多个孔中选择。在这样的实施例中，MEMS镜可以位于透镜230和不透明材料220之间，并且可以由控制器238调整以将来自透镜230的聚焦的光导向多个孔之一。在一些实施例中，各种孔可以具有不同的形状和尺寸。在其他实施例中，孔可以由虹膜(或其他类型的隔膜(diaphragm))限定。虹膜可以由控制器238扩展或收缩，例如以控制孔的尺寸或形状。
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298和/或场景的附加或不同信息。在一个示例中，控制器238可以响应于确定系统从场景接收的背景噪声当前相对低(例如，在夜间)而选择较大的孔。例如，较大的孔可以允许系统290检测否则将被透镜230聚焦到孔外部的光202的部分。在另一个示例中，控制器238可以选择不同的孔位置以拦截光202的该部分。在另一个示例中，控制器238可以调整孔和光检测器阵列210之间的距离(例如，图1B中所示的距离“x”)。通过这样做，例如，阵列210中的检测区域的横截面面积(即，在阵列210处光202的横截面面积)也可以被调整。例如，在图1A中，通过阵列110上的阴影指示阵列110的检测区域。
然而，在某些情况下，系统290的配置可修改的程度可能取决于各种因素，诸如LIDAR设备200或系统290的尺寸以及其他因素。例如，返回参照图1A，阵列110的尺寸可以取决于光102从孔122的位置到阵列110的位置的发散程度(例如，图1B中所示的距离“x”)。因此，例如，阵列110的最大垂直和水平范围可以取决于可用于在LIDAR设备内容纳系统100的物理空间。类似地，例如，阵列110与孔122之间的距离“x”(如图1B所示)的可用值范围也可能受到采用系统100的LIDAR设备的物理限制。
因此，本文描述了用于空间有效的噪声限制系统的示例实现方式，该系统增大了光检测器可以拦截来自场景的光并减小背景噪声的检测区域。
如上所述，在一些实现方式中，在发射器240和透镜230具有不同的物理位置的情况下，对象298的扫描表示可能容易受到与由发射器240发射的光202的传送路径和入射在透镜230上的反射的光202的接收路径之间的空间偏移相关联的视差的影响。
因此，本文描述了用于减少和/或减轻这种视差的影响的示例实现方式。例如，尽管示出了发射器240与系统290在物理上分离，但是设备200可以替选地在系统290内包括发射器240，使得LIDAR 200的LIDAR传送和接收路径是共同对准的(co-aligned)(例如，两条路径都传播通过透镜230)以减少或防止这种视差的影响。因此，应注意，可以以与所示布置不同的各种方式来重新分配，重新布置，组合和/或分离针对设备200的组件示出的各种功能块。
图3A是根据示例实施例的包括波导360的系统300的图示。图3B示出了系统300的截面图。在一些实现方式中，系统300可以与设备200一起使用，以代替系统290或作为系统290的附加。如图所示，分别类似于系统100、光102和对象198，系统300可以测量被场景内的对象398反射或散射的光302。此外，如图所示，系统300包括光检测器阵列310、不透明材料320、孔322、透镜330和光源340，这可以分别类似于阵列110、材料120、孔122、透镜130和光发射器140。例如，孔322被示出为具有与孔122的形状(长方形)不同的形状(椭圆形)。然而，如上所述，其他孔形状也是可能的。
如图3A和图3B所示，系统300包括波导360(例如，光波导等)，其被布置为接收由透镜330聚焦，传送通过孔322并投影到波导360的侧360a上(例如，阴影区域)的光302(或其一部分)。波导360还被布置为接收由光源340发射并投影到波导360的侧360b(与侧360a相对)上的一个或多个光束304。
波导360可以由玻璃基板(例如，玻璃板等)、光致抗蚀剂材料(例如，SU-8等)或至少部分地对一个或多个波长的光302和/或光束304透明的任何其他材料形成。此外，在一些示例中，波导360可以由具有与波导360周围的材料不同的折射率的材料形成。因此，波导360可以在波导360的一个或多个边缘、侧、壁等处经由内反射(例如，全内反射、受抑全内反射等)引导在其中传播的光。
图3C示出了波导360的透视图。如图3B和图3C最佳所示，波导360可以包括从侧360b向边缘360g的位置延伸的第一纵向部分、以及从第一纵向部分向侧360a延伸的第二纵向部分。第一纵向部分的第一横截面面积可以小于第二纵向部分的第二横截面面积。因此，由于第一横截面面积和第二横截面面积之间的差，波导360的边缘360g可以被限定在第一纵向部分和第二纵向部分之间的位置。
此外，如图3B中最佳所示，系统300还包括被安置在波导360的边缘360g上的镜350。镜350可以包括具有适合于(至少部分地)反射在波导360中引导的光302的波长的反射率特性的任何反射材料。为此，示例反射材料的非穷举性列表包括金、铝、其他金属或金属氧化物、合成聚合物、混合颜料(例如，纤维状粘土和染料等)，以及其他示例。
镜350可以朝向波导360的侧360c以偏移角390倾斜(例如，与侧360a的取向相比)。通常，镜350沿着在波导360内部传播的引导的光302的至少一部分(在侧360a处接收并朝向侧360b引导)的路径定位。在所示的实施例中，镜350可以被安置在波导360的边缘360g上。例如，如图3C最佳所示，边缘360g可以形成为在侧360c和边缘360g之间具有偏移或倾斜角390，其与侧360c和侧360a(或360b)之间的角度(例如90°)不同。然后可以将镜350安置在边缘360g上(例如，通过化学气相沉积、溅射、机械耦合或任何其他沉积工艺)。然而，在其他实施例中，镜350可以替选地安置在波导360内部(例如，在侧360a和侧360b之间)。在一个实现方式中，镜350的偏移或倾斜角390为45°。然而，其他偏移角也是可能的。
此外，如图3A和图3B所示，波导360可以在近侧(proximally)定位和/或与不透明材料320接触，使得通过孔322传送的光302被波导360的接收侧360a(例如，输入端)接收。然后，波导360可以例如经由全内反射或受抑全内反射(FTIR)，在波导360内部朝向与侧360a相对的侧360b引导接收的光302的至少一部分。
此外，如图3B最佳所示，波导360可以在侧360c和侧360d之间垂直延伸。侧360c和侧360d可以各自从侧360a延伸到360b(例如，沿着波导360的引导方向)。在一些示例中，侧360c可以对应于波导360的相对高折射率介质(例如，光致抗蚀剂、环氧树脂等)和与侧360c(和/或波导360的一个或多个其他侧)邻近的相对较低折射率介质(例如，空气、真空、光学粘合剂、玻璃等)之间的界面。因此，例如，如果引导的光302以小于临界角的角度传播到侧360c(例如，其可以基于在侧360c处的邻近材料的折射率之比等)，则入射在侧360c上的引导的光(或其一部分)可以被反射回波导360。类似地，以小于临界角的角度入射在侧360d上的引导的光也可以被反射回到波导360。因此，波导360可以例如经由侧360c和侧360d处的内反射来垂直地控制其中的引导的光的发散。类似地，例如，波导360可以在侧360e(在图3A中示出)和侧360f(在图3C中示出)之间水平地延伸，以水平地控制引导的光的发散。
另外，在所示的实施例中，光302的至少一部分(在侧360a处接收并朝向侧360b引导)可以到达倾斜边缘360g。然后，镜350(例如，安置在边缘360g上)可以将引导的光302(从侧360a引导到边缘360g)的至少一部分朝向侧360c从波导360反射出，作为反射的光302a(图3B所示)。例如，可以选择偏移角或倾斜角390，使得来自镜350的反射的光302a以大于临界角的角度朝向侧360c的特定区域传播。结果，反射的光302a可以(至少部分地)通过侧360c传送，而不是(例如，通过全内反射等)反射回到波导360中。此外，可以将光检测器阵列310定位在与侧360c的特定区域邻近(反射的光302a通过该特定区域从波导360传送出)，以接收反射的光302a。
因此，光检测器阵列310可以与波导360的引导方向(例如，与侧360c邻近)对准(如图3A和3B所示)，以拦截和检测从侧360c传播出的反射的光302a。例如，利用该配置，系统300可以提供系统的空间有效的实现方式，包括大的检测区域(与孔322的尺寸相比)，用于拦截聚焦的光302通过孔322传送的部分。
此外，如图3B最佳所示，波导360还可以在波导360的侧360b接收来自传送器340的发射的光束304。然后，波导360可以在波导360内部朝向侧360a(与侧360b相对)引导光束304。例如，波导360可以引导光束304通过包括侧360b的波导360的(水平较窄的)第一纵向部分，然后通过包括侧360a的波导360的(水平较宽的)第二纵向部分。然后，引导的光束可以通过侧360a并通过孔322朝向透镜330离开波导360。然后，透镜330可以朝向例如包括对象398的场景将从波导360传播出的发射的光束导向。
然后，由透镜330朝向场景导向的发射的光束可以从场景中的一个或多个对象(例如，对象398)反射并返回透镜330(例如，作为来自场景的光302的一部分)。然后，透镜330可以使入射光302(包括发射的光束的反射)聚焦通过孔322并进入波导360(在侧360a处)。与上面的讨论一致，然后，波导360可以将接收的光的至少一部分(包括发射的光束的反射)朝向镜350引导，并且然后镜350可以朝向阵列310反射入射在其上的聚焦的光(例如，包括发射的光束的反射)用于检测。
如上所述，除了传送器240和系统290之外，或代替传送器240和系统290，系统300可以与LIDAR设备200一起使用。然而，与图2所示的设备200的配置不同，系统300从与系统300接收聚焦的光302的位置(例如，孔322)相同的位置(例如，孔322)发射光束304。结果，采用系统300的LIDAR设备可以生成扫描场景的表示(例如，数据点云等)，其较不易受例如与视差有关的误差的影响。
返回参照图2，例如，传送器240可以从与系统290(例如，透镜230、阵列210等)接收发射的光202的反射的位置和/或方向不同的位置和/或不同的方向(例如，视角等)发射光202。因此，控制器238可以被配置为调整来自系统290的数据，以解决与传送器240和阵列210之间的位置不匹配相关联的视差和/或其他光学误差。在一些情况下，该调整过程可能在计算上是昂贵的，并且调整后的数据可能仍包括与视差相关联的一些误差。
另一方面，在系统300中，发射的光304的传送路径和聚焦的光302的接收路径可以是共同对准的(例如，两个路径都是从孔322的视角来看)。因此，系统300可能较不易受以上对LIDAR设备200描述的视差效果的影响。结果，在一些情况下，和与处理来自系统290的LIDAR数据相关联的计算相比，可以使用来自系统300的LIDAR数据更准确和/或更有效地(例如，解决视差的更少和/或更简单的调整)来计算(例如，经由控制器238)关于扫描场景的信息。
注意，所示的系统300的组件和特征的尺寸、位置、取向和形状不一定按比例绘制，而是仅为了描述方便如图所示被示出。此外，在一些实施例中，系统300可以包括比所示出的组件更少或更多的组件，并且所示出的组件中的一个或多个可以物理地组合或划分为分开的组件。
在第一实施例中，光检测器阵列310可以替选地安置(例如，模制等)在侧360c上。
在第二实施例中，阵列310可以由单个光检测器替换，而不是多个光检测器。
在第三实施例中，波导360和孔322之间的距离可以变化。在一个示例中，如图3A和3B所示，波导360可以沿着不透明材料320(例如，与之接触等)安置。例如，如图所示，侧360a可以与孔322基本共面或接近孔322。例如，利用这种布置，波导360可以在传送通过孔302的光302发散之前接收并引导光302。然而，在其他示例中，波导360可以替选地定位成与不透明材料320(和孔322)相距一定距离(例如，间隙等)。例如，光学粘合剂可用于将不透明材料320与波导360耦合。
在第四实施例中，孔322(和/或侧360a)相对于透镜330的布置可以变化。另外，尽管未示出，但是系统300可以可选地包括致动器，该致动器在扫描场景时移动透镜330、不透明材料320和/或波导360以实现特定光学配置。更一般地，系统300的光学特性(例如，焦点配置等)可以与所示的配置不同，和/或可以取决于系统300的各种应用来调整。在一个示例中，孔322(和/或侧360a)可以沿着透镜330的焦平面安置。在另一个示例中，可以将孔322(和/或侧360a)平行于透镜330的焦平面安置，但是到透镜330的距离不同于焦平面和透镜330之间的距离。因此，在一些情况下，聚焦的光302可以在开始向侧360b发散之前在波导360内继续会聚(在传送通过孔322之后)，或者可以在到达孔322(和/或侧360a)之前开始发散。在又一示例中，孔322(和/或侧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，经由致动器)不透明材料320(和/或波导360)来调整光302进入波导360的入射角。例如，通过这样做，控制器(例如，控制器238)可以进一步取决于诸如透镜330的透镜特性、系统300的环境(例如，以减少来自扫描场景的特定区域的噪声/干扰等)以及其他因素的各种因素来控制系统300的光学特性。
在第五实施例中，可以省略不透明材料320，并且侧360a可以替选地沿着或平行于透镜330的焦平面定位。在该实施例中，侧360a可以用作孔。
在第六实施例中，阵列310中的光检测器可以替选地实现为耦合(例如，安置在或模制到等)到波导360的单独的物理结构。
在第七实施例中，光检测器阵列310可以替选地或附加地邻近于波导360的一个或多个其他侧(例如，侧360d、侧360e、侧360f等)定位。例如，利用这种布置，可以在比所示的(阵列310的)检测区域更大的检测区域上检测从波导360传播出的光。
在第八实施例中，波导360可以替选地具有圆柱形状或任何其他形状。例如，可以将圆柱形光纤形成为具有第一纵向部分，该第一纵向部分的横截面面积小于该光纤的第二纵向部分的横截面面积(类似于侧360a和侧360b之间的波导360的不同横截面面积)。在该实施例中，阵列310中的光检测器可以替选地布置为(至少部分地)围绕光纤的外表面，以接收从光纤的圆柱形外表面传播出的反射的光302a。因此，在各种示例中，波导360可以被实现为刚性结构(例如，平板波导)或被实现为柔性结构(例如，光纤)。例如，波导360可以替选地被配置为波导扩散器，该波导扩散器将通过孔322传送的光302(或其一部分)朝向可具有各种形状或位置的检测区域(与垂直于发散光102的传播方向的平坦表面(例如，图1A所示的阴影区域)对照)扩散。
在第九实施例中，波导360可以替选地实现为纵向具有基本均匀的横截面面积的波导。例如，作为将镜350安置在限定在波导360的第一纵向部分(水平较窄的)与波导360的第二纵向部分(水平较宽的)之间的界面处的边缘360g上的替代，镜350可以(至少部分地)嵌入在波导360(例如，矩形平板波导等)内。例如，镜350可以包括部分或选择性反射的表面(例如，半反射镜、二向色镜等)。例如，部分或选择性反射的表面可以被配置为将引导的光304(在侧360b处接收并在波导360内部引导)的至少一部分通过镜350朝向侧360a传送，以及将引导的光302(在侧360a处接收并在波导360内部引导)的至少一部分朝向阵列310反射。
图4A示出根据示例实施例的包括多个波导460、462、464、466的系统400的截面图。为了说明的目的，图4A示出x-y-z轴，其中z轴指向页面外。系统400可以类似于系统100、290和/或300，并且可以与设备200一起使用，以代替系统290和传送器240或作为系统290和传送器240的附加。例如，波导460沿着页面表面的侧可以与波导360的侧360d类似。
如图所示，系统400包括可以分别类似于不透明材料320和透镜330的不透明材料420和透镜430；传送器440，包括类似于光源340的一个或多个光源；多个孔422、424、426、428，每个孔可以类似于孔322；光学元件434；多个镜450、452、454、456、466，每个镜可以类似于镜350；以及多个波导460、462、464、466，每个波导可以类似于波导360。
例如，传送器440可以被配置为发射光束404，其可以类似于发射的光束304。为此，传送器440可以包括一个或多个光源(例如，激光棒、LED、二极管激光器等)。
在第一实施例中，由传送器440的单个光源发射的光的部分可以分别朝向波导460、462、464、466传播。例如，光部分404a、404b、404c、404d中的每一个可以朝向波导460、462、464、466中的相应波导传送。例如，利用这种布置，单个光源可以用于驱动系统400的四个不同的传送通道。
在第二实施例中，传送器440中的给定光源可用于驱动少于或多于四个传送通道。例如，传送器440可以包括提供光部分404a、404b的第一光源和提供光部分404c、404d的第二光源。
在第三实施例中，传送器440可以包括用于驱动特定传送通道的特定光源。例如，第一光源可以发射光部分404a，第二光源可以发射光部分404b，第三光源可以提供光部分404c，并且第四光源可以发射光部分404d。
在第四实施例中，尽管未示出，但是传送器440可以将光404传送到单个给定波导中(例如，具有宽输入端)，并且给定波导可以将光404分成光部分404a、404b、404c、404d(例如，给定波导可以具有多个较窄输出端)，这些光部分从给定波导被导出并进入波导460、462、464、466中的相应波导中。替选地，例如，给定波导可以包括波导460、462、464、466作为给定波导的输出分支。
不管传送器440中的光源的数量如何，然后发射的光束404a、404b、404c、404d可以沿着分开的传送路径朝向系统400的环境传播。例如，光部分404a可以通过波导460的第一侧(例如，类似于波导360的侧360b)被传送。像波导360一样，波导460可以在波导460的纵向方向上引导光束404a并且在波导460的第二相对侧(例如，类似于侧360a)引导出波导460。然后，传送出波导460的光束可以通过孔422和透镜430朝向场景传播。进而，光部分404a可以限定与上述传送路径相关联的系统400的第一传送通道(例如，LIDAR传送通道等)。
类似地，光束404b可以限定与光束404b的传送路径相关联的第二传送通道，光束404b的传送路径按波导462、孔424和透镜430的顺序延伸通过波导462、孔424和透镜430；光束404c可以限定与光束404c的传送路径相关联的第三传送通道，光束404c的传送路径按波导464、孔426和透镜430的顺序延伸通过波导464、孔426和透镜430；光束404d可以限定与光束404d的传送路径相关联的第四传送通道，光束404d的传送路径按波导466、孔428和透镜430的顺序延伸通过波导466、孔428和透镜430。利用这种布置，传送器440可以被操作以朝向场景发射与多个传送通道相关联的光束的图案(例如，多个邻近光束、光束的网格图案等)。
例如，分别类似于系统300的透镜330、光302和不透明材料320，透镜430还可以将光402(从环境朝向透镜430传播)聚焦到不透明材料420上。然而，与系统300不同，不透明材料420可以限定分别与波导460、462、464、466对准(例如，邻近)的多个孔422、424、426、428。因此，通过捕获投影在孔422、424、426、428的各个位置处(例如，沿着透镜430的焦平面等)的聚焦的光402的相应部分，系统400可以包括多个接收通道。
例如，分别类似于系统300的光302、孔322、波导360和镜350，通过孔422传送的聚焦的光402的第一部分可以由波导460朝向镜450引导。然后，引导的第一部分可以被镜450朝向与第一接收通道相关联的第一光检测器反射。类似地，通过孔424、波导462和镜452(以该顺序)传送的光402的第二部分可以由与第二接收通道相关联的第二光检测器检测，通过孔426、波导464和镜454(以该顺序)传送的光402的第三部分可以由与第三接收通道相关联的第三光检测器检测；以及通过孔428、波导466和镜456(以该顺序)传送的光402的第四部分可以由与第四接收通道相关联的第四光检测器检测。
通过该过程，例如，系统400可以获得场景的一维(1D)图像(例如，像素或LIDAR数据点的水平布置等)。例如，1D图像中的第一像素或数据点可以基于来自与孔422相关联的第一接收通道的数据，并且1D图像中与第一像素(水平)邻近的第二像素可以基于来自与孔424相关联的第二接收通道的数据。另外，利用这种布置，每个传送通道可以与传送路径相关联，该传送路径和与对应接收通道相关联的接收路径(通过相应孔)共同对准。因此，像系统300一样，系统400可以通过提供由孔422、424、426、428的位置限定的共同对准的传送/接收通道的对来减轻视差的影响。
尽管波导460、462、464、466被示出为处于水平布置(例如，沿x-y平面)，但是在一些示例中，系统400可以包括处于不同布置的波导。在第一示例中，波导可以替选地或附加地被垂直地布置(例如，沿y-z面)，以获得场景的垂直1D图像(或LIDAR数据点的线)表示。在第二示例中，波导可以替选地被水平和垂直地布置(例如，作为二维网格)，以获得场景的二维(2D)图像(或LIDAR数据点的2D网格)。
光学元件434可以置于传送器440与波导460、462、464、466之间，并且可以被配置为重定向、聚焦、准直和/或以其他方式调整光束404的光学特性。为此，光学元件434可以包括光学元件(诸如透镜、镜、光束准直器、滤光器等)的任何组合。
在一些示例中，光学元件434可以包括柱面透镜和/或其他光学元件，其被配置为朝向波导460、462、464、466将光束404(作为光部分404a、404b、404c、404d)(至少部分地)准直和/或导向。与没有在传送器440和波导460之间插入光学元件434的情况相比，利用这种布置，例如，与光学元件434未置于传送器440和波导460之间的情况相比，来自发射的光部分404a的相对较大量的能量可以被导向到波导460中。此外，例如，利用这种布置，可以根据适合于光束404a在波导460内部(例如，经由全内反射等)被引导的特定入射角(例如，小于波导460的临界角等)将发射的光部分404a导向到波导460中。类似地，光学元件434可以被配置为将光束404b、404c、404d准直和/或导向，以分别传送到波导462、464、466中。
在所示的实施例中，光学元件434可以被实现为置于传送器440和波导460、462、464、466之间的单个光学元件。例如，光学元件434可以包括被布置为柱面透镜的光纤，以至少部分地对光束404a、404b、404c、404d进行准直。然而，在其他实施例中，光学元件434可以替选地实现为多个物理上分离的光学元件(例如，多个柱面透镜)。
如图所示，波导460、462、464、466中的每个波导可以具有从与不透明材料420邻近的相应输入端到倾斜镜(例如，镜450、452、454、456之一)所在的相应输出端的不同长度。利用这种布置，在一些实现方式中，每个接收通道的光检测器可以以空间有效的方式邻近于波导460、462、464、466的相应输出端放置。
图4B示出系统400的另一截面图，其中z轴也指向页面外。例如，图4B中所示的系统400的一个或多个组件可以被定位在图4A中所示的一个或多个组件的上方或下方(例如，沿z轴)。
如图所示，系统400还包括安装多个接收器410、412、414、418的支撑结构470。为此，接收器410、412、414和416中的每一个可以包括类似于阵列110、210和/或310中任何一个的光检测器的一个或多个光检测器。在一个实施例中，接收器410、412、414、416中的每一个可以包括彼此并联连接的光检测器的相应阵列(例如，SiPM、MPCC等)。在另一个实施例中，每个接收器可以替选地包括单个光检测器。
另外，接收器410、412、414、416可以被布置为拦截并检测分别在镜450、452、454、456反射的反射光(例如，类似于系统300的反射光302a)。例如，接收器410可以沿着镜450反射的光的传播路径定位，接收器412可以沿着镜452反射的光的传播路径定位，接收器414可以沿着镜454反射的光的传播路径定位，以及接收器416可以沿着镜456反射的光的传播路径定位。在一个特定的实现方式中，可以将接收器410、412、414、416定位成在z轴方向上分别与镜450、452、454、456重叠。
支撑结构470可以包括安装一个或多个光检测器的组的印刷电路板(PCB)，其中每个组可以被一个或多个遮光罩(light shield)472围绕。例如，第一组光检测器可以限定与接收器410相关联的第一接收通道；第二邻近组可以限定与接收器412相关联的第二接收通道；第三邻近组可以限定与接收器414相关联的第三接收通道；以及第四组可以限定与接收器416相关联的第四接收通道。替选地或附加地，结构470可以包括具有适合于支撑接收器410、412、414、416的材料特性的不同类型的固体材料。
遮光罩472可以包括布置在接收器410、412、414、416周围的一种或多种光吸收材料(例如，黑碳、黑铬、黑塑料等)。为此，例如，遮光罩472可以防止(或减少)来自外部源的光(例如，环境光等)到达接收器410、412、414、416。替选地或附加地，在一些示例中，遮光罩472可以防止或减少与系统400的接收器相关联的接收通道之间的串扰。为此，遮光罩472可以被配置为将接收器410、412、414、416等彼此光学地分离。如图所示，例如，遮光罩472可以成形为蜂窝结构配置，其中，蜂窝结构的每个单元屏蔽第一接收器(例如，接收器410)的光检测器以防止光朝向第二邻近接收器(例如，接收器412)中的光检测器传播。例如，利用这种布置，系统400可以允许空间有效地布置光检测器的多个阵列(例如，沿着结构470的表面)，所述多个阵列的光检测器分别与系统400中的相应波导对准。注意，遮光罩472的其他形状和/或布置(例如，矩形单元、其他形状单元等)也是可能的。
图4C示出系统400的又一截面图。在图4C示出的截面图中，y轴指向页面外。如图所示，波导460包括侧460a和侧460b，其可以分别类似于波导360的侧360a和侧360b。如图4C所示，系统400还包括滤光器432，多个基板474、476、478、480，多个光学粘合剂482、484、486，以及光学元件488。
滤光器432可以类似于滤光器132。例如，滤光器432可以包括被配置为衰减光402的特定波长的一个或多个设备。例如，滤波器432可以被配置为衰减传送器440发射的光的波长范围之外的波长。通过这样做，例如，依照滤光器132的描述，滤波器432可以防止或减少到达接收器410的环境/背景光的量(从而提高使用接收器410获得的测量的准确度)。在一些示例中，基板474(和滤波器434)可以水平地延伸(通过页面；沿着y轴)以类似地衰减朝向波导462、464和466(在图4A中示出)传播的光。在所示的实施例中，滤波器432被安置在基板474的给定侧上(与邻近不透明材料420的侧相对)。
在另一个实施例中，滤波器432可以替选地安置在基板474的与不透明材料420邻近的侧上，或者沿着光402的传播路径在系统400中的任何其他位置(即，在接收器410检测到光之前)。在又一个实施例中，基板474可以由具有滤波器432的滤光特性的材料形成。因此，在该实施例中，滤光器432可以从系统400中省略(即，滤波器432的功能可以由基板474执行)。在又一实施例中，滤波器432可以被实现为多个(例如，较小的)滤波器，每个滤波器被安置在基板474与相应的一个接收器之间。例如，第一滤波器可以用于衰减朝向接收器410传播的光，第二分离滤波器可以用于衰减朝向接收器412传播的光等。举例来说，返回参照图4B，每个滤波器可以被安置在遮光罩472的蜂窝结构的每个单元410、412、414、416等中(或与其邻近)。
基板474、476、478、480可以由被配置为通过相应基板传送至少一些波长的光(例如，发射的光404的波长等)的任何透明材料形成。在一个实施例中，基板474、476、478、480可以包括玻璃晶片。
光学粘合剂482、484、486可以由将系统400的至少一个组件机械地附接到系统400的至少一个其他组件的任何粘合剂材料形成。在一个示例中，光学粘合剂482、484和/或486可以是以液态形式安置在两个特定组件之间，其固化成固体形式以将两个特定组件彼此附接。示例光学粘合剂可以包括光敏聚合物或其他聚合物，其可以从透明无色的液体形式转变成固体形式(例如，响应于暴露于紫外光或其他能量源)。
如图所示，粘合剂482可以被安置在基板476和478之间，并将基板476与基板478耦合。另外，如图所示，粘合剂482围绕波导460的一侧或多侧。为此，在一些示例中，粘合剂482可以具有比波导460的材料低的折射率。在这些示例中，与粘合剂460邻近的波导460的壁、侧等处的折射率之间的差异导致在波导内部的引导的光在波导460和粘合剂482之间的界面处内反射回波导。另外，粘合剂482可以被配置为围绕系统400的其他波导(例如，462、464、466)的一侧或多侧。例如，尽管未示出，波导462、464、466可以类似于波导460被安置在基板476上。在该示例中，粘合剂482也可以以特定相对布置支撑波导(例如，在x-y面中水平地)。
此外，如图所示，粘合剂484被安置在不透明材料420和夹在基板476与478之间的波导之间，并且粘合剂486被安置在基板480和基板476、478之间。
在一种实现方式中，系统400的波导可以被安置在基板476上，然后粘合剂482可以被安置在基板476上并且围绕波导的一侧或多侧以将波导支撑和/或维持在特定相对布置中，然后基板478可以被安置在粘合剂482上。基板476和478之间(包括基板476和478)的组件的组装可以一起提供波导的“芯片”组件。此外，在该实现方式中，然后芯片可以在基板476、478的第一侧(与不透明材料420邻近的侧)和基板476、478的第二相对侧(与基板480邻近的侧)附近切块(dice)，而无需切穿基板470、472之间的任何“夹层”波导(例如，以减少损坏和/或修改波导的光学特性的可能性)。
例如，在将芯片切块之后，粘合剂482的一部分仍可以围绕波导460的侧460a和460b。然后，粘合剂484可以用于将不透明材料420附接到切块的芯片上(例如，通过将不透明材料420与基板476、478和光学粘合剂482机械地耦合)。另外，粘合剂484可以由与粘合剂482类似的材料(例如，相同的折射率等)形成。因此，通过孔传播的光可以在基本均匀的光学介质(例如，粘合剂482、484)中继续朝向波导460传播，从而减少或防止进入波导460之前与光的反射或折射相关联的光学失真。此外，如图所示，粘合剂484也可以延伸通过孔，并因此将基板474耦合(例如，附接)到基板476、478。因此，由粘合剂482、484限定的均匀光学介质也可以延伸通过不透明材料424限定的孔。
类似于粘合剂484，粘合剂486可用于在芯片装配件的与侧460b邻近的相对端处将基板480附接到基板476、478和粘合剂482。因此，由传送器440发射的光部分404a可以类似地在由粘合剂482和486限定的基本均匀光学介质(例如，均匀折射率)中通过基板480和波导460之间的间隙传播到侧360b中(例如，具有类似的材料特性)。
替选地，在一些实施例中，系统400可以包括夹层波导布置，在基板476、478的边缘与波导之间没有间隙。例如，波导夹层布置可以通过将基板476、478和波导切块而形成。在该示例中，波导可以由具有足够硬度的材料形成，以减轻由于切块引起的损坏。此外，在该示例中，可以在切块之后可选地被切块的波导的侧，以改善被切块的侧的光滑度。
光学元件488可以包括被配置为修改由镜450朝向接收器410反射的光402a的光学特性的设备的任何组合(安置在镜450和接收器410之间)。在一个示例中，光学元件488可以包括被配置为在到达接收器410之前分配光402a的能量密度的混合棒或均质器(homogenizer)。当由镜450反射的光402a具有不均匀的能量分布时，这可能是有用的。例如，接收器410中的光检测器可以包括与在检测光子之后的“淬灭”恢复时间段相关联的单光子检测器(例如，雪崩光电二极管等)。使用光学元件486分配光402a的能量可以减少在“淬灭”恢复时间段期间第二光子到达同一光检测器的可能性，因为第二光子可以朝向接收器410中的不同光检测器导向。在一些示例中，光学元件488可以替选地或附加地包括其他类型的光学元件，诸如透镜、滤波器等。
返回参照图4A，在一些示例中，波导462、464、466可以类似于波导460被安置在基板476上(例如，在x-y面中水平布置)。此外，在一些示例中，系统400可以在相同水平面中包括附加的(或更少的)波导(例如，安置在基板476等上)。此外，返回参照图4B，这些附加的波导可以类似地对准图4B所示的蜂窝形状遮光罩结构472的各个单元。
替选地或附加地，在一些示例中，系统400可以包括沿着与波导460、462、464、466所在的平面不同的水平面(例如，安置在基板478等上)安装的波导。不同水平面中的波导可以与系统400的附加接收器对准。例如，附加接收器可以被安置在图4B所示的蜂窝形状遮光罩472的各个单元内。此外，不透明材料420可以包括与这些附加波导对准的附加孔。利用这种布置，系统400可以基于检测到投影到不透明材料420上的聚焦的光402的相应部分(使用单独的接收通道)对透镜430的焦平面的附加区域进行成像，以提供二维(2D)扫描图像(或LIDAR数据点的2D网格)。替选地或附加地，可以旋转或移动系统400的整个装配件以生成场景的2D扫描图像。
在一个示例中，不透明材料420可以沿着透镜430的焦平面限定孔的网格，并且网格中的每个孔可以检测来自透镜430的FOV的特定部分的光。在一个实施例中，不透明材料420可以包括四行64孔，其中，每行水平邻近孔(例如，沿y轴布置)与另一行孔之间分隔一垂直偏移(例如，沿z轴)。在该实施例中，系统400可以因此提供4×64＝256个接收通道和256个共同对准的传送通道。在其他实施例中，系统400可以包括不同数量的传送/接收通道、和/或由不透明材料420限定的孔的不同布置。
在一些实现方式中，系统400可以在使用多个传送和接收通道扫描周围环境的同时围绕轴旋转。返回参照图2，例如，系统400可以安装在类似于平台294的旋转平台上，该旋转平台在系统400正在传送光脉冲并检测其反射时(通过孔422、424、426、428等)围绕轴旋转(例如，使用致动器296等)。在此示例中，控制器(例如，控制器238)或其他计算机系统可以接收使用系统400的共同对准的传送/接收通道收集的LIDAR数据，然后处理LIDAR数据以生成系统400的环境的3D表示。在一种实现方式中，系统400可以被用在车辆中，并且3D表示可以被用来促进车辆的各种操作(例如，检测和/或识别车辆周围的对象、促进环境中车辆的自动驾驶导航、通过显示器向车辆的用户显示3D表示等)。
注意，图4A-图4C所示的用于系统400的各种组件的各种尺寸、形状和位置(例如，邻近波导之间的距离等)不必按比例绘制，而是仅为了方便描述而如图所示被示出。
图5示出根据示例实施例的另一系统500的截面图。例如，系统500可以类似于系统100、290、300和/或系统400。为了方便描述，图5示出了x-y-z轴，其中y轴指向页面外。为此，图5所示的系统500的截面图可以类似于图4C所示的系统400的截面图。
如图5所示，系统500包括接收器510、不透明材料520、滤光器532、光学元件534、传送器540、镜550，具有侧560a和侧560b的波导560、支撑结构570、一个或多个遮光罩572、基板574、576、578和光学粘合剂582、584以及光学元件588，它们可以分别类似于系统400的接收器410、不透明材料420、滤光器432、光学元件434、传送器440、镜450、波导460、侧460a和侧460b、支撑结构470、遮光罩472、基板474、476、478、光学粘合剂482、484和光学元件588。为此，接收的光502、反射的光502a、发射的光504和发射的光部分504a可以分别类似于接收的光402、反射的光502a、发射的光504和发射的光部分504a。
在一个实施例中，光学元件534可以包括延伸通过页面(沿y轴)的柱面透镜(例如，光纤)，以将光束504的相应部分至少部分地准直和/或导向到系统500的一个或多个其他波导(未示出)。
此外，如图所示，系统500还包括支撑结构590、粘合剂592和粘合剂594。
支撑结构590可以由与支撑结构570(例如，PCB、实心平台等)类似的材料形成。此外，如图所示，结构590可以被配置为安装传送器540的平台。例如，结构590可以被实现为在安装传送器540的一个或多个光源(例如，激光棒等)的PCB。在该示例中，结构590可以可选地包括用于传送操作传送器540发射光束504的功率和信号的布线或其他电路。在一些示例中，结构570可以类似地包括用于传送功率和/或与接收器510通信信号的布线和/或电路，以操作接收器510检测由镜550朝向接收器510反射(并且传播出波导560)的光502a。
粘合剂592、594可以由适合于将系统500的至少两个组件彼此附接或以其他方式耦合的任何粘合剂材料形成。为此，示例粘合剂材料(可用在粘合剂574、576、578、582、592和/或594中)的非穷举列表包括非反应性粘合剂、反应性粘合剂、溶剂基粘合剂(例如，溶解的聚合物等)、聚合物分散粘合剂(例如，聚乙酸乙烯酯等)、压敏粘合剂、接触粘合剂(例如，橡胶、聚氯丁二烯、弹性体等)、热粘合剂(例如，热塑性塑料、乙烯乙酸乙烯酯等)、多组分粘合剂(例如，热固性聚合物、聚酯树脂聚氨酯树脂、多元醇聚氨酯树脂、丙烯酸聚合物聚氨酯树脂等)、单组分粘合剂、紫外(UV)光固化粘合剂、光固化材料(LCM)、热固化粘合剂(例如，热固性环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等)和湿固化粘合剂(例如，氰基丙烯酸酯、聚氨酯等)等。
在一些示例中，类似于对光学粘合剂482、484、486描述的材料，粘合剂592、594可以包括光学粘合剂材料(例如，对光504的至少一些波长透明的材料)。在其他示例中，粘合剂592、594可以包括不透明和/或以其他方式衰减或防止入射到其上的光的至少一些波长的粘合剂材料。在这些示例中，可以采用粘合剂592、594(例如，不透明粘合剂等)减少和/或防止环境光到达接收器510，从而提高使用接收器510获得的测量的准确度。
在一些实现方式中，系统500可以呈现系统400中的一个或多个组件(例如，传送器440、光学元件434等)的替代布置。
返回参照图4C，例如，系统400的“夹层”波导芯片装配件包括安置在基板476、478之间的一个或多个波导。因此，基板476和478可以例如限定芯片的垂直端。此外，系统400的波导可以被安置在基板474、480之间。因此，基板474(或滤波器532)和基板480可以限定芯片的水平端。因此，在系统400中，光学元件434和传送器440被安置在芯片外部(即，在基板474、476、478、480之间的区域之外)。
现在回到图5，系统500的传送器540(和/或光学元件534)可以以不同的方式光学耦合到波导560。例如，光学元件534和/或传送器540可以替选地安置在系统500的芯片装配件内部。在所示的示例中，光学元件534可以安置在也支撑波导560的基板576的相同表面上(例如，与波导560的侧560b邻近)。然而，在其他示例中，光学元件534可以被安置在芯片装配件内部的不同表面上。在第一示例中，光学元件534可以被安装在安装有传送器540的结构590的相同表面上。在第二示例中，光学元件534可以被安装在侧560b上和/或附接到侧560b。在第三示例中，尽管未示出，但是基板578可以替选地水平(例如，沿x轴)延伸更远以与元件534的位置重叠(例如，结构590可以在水平上更窄等)。在该示例中，光学元件578可以替选地安置在基板578的表面上。在第四示例中，光学元件534可以替选地被安置在芯片装配件内部的另一支撑结构(未示出)上。其他示例是可能的。
另外，与系统400的传送器440不同，系统500的传送器540还可以被包括在芯片装配件内部。例如，如图所示，粘合剂594可以在邻近光学元件534和/或波导560的位置将传送器540和/或结构590耦合(例如，附接、粘住等)到基板576。此外，例如，粘合剂592可以将结构590(和/或传送器540)耦合或附接到基板578。利用这种布置，例如，基板576可以限定系统500的芯片装配件的底侧，并且基板578、粘合剂592和结构590可以一起限定芯片装配件的顶侧。因此，与系统400的芯片装配件不同，传送器540、光学元件534和波导560可以被安置在系统500的芯片装配件内部(例如，在由基板576、578、结构590等限定的顶侧和底侧之间)。
通过将传送器540和光学元件534安置在芯片装配件内部，例如，系统500可以屏蔽和/或防止由于系统500的环境而对这些光学组件的损坏。另外，例如，系统500的芯片装配件可以将传送器540、光学元件534和波导560支撑和/或维持在相对于彼此的特定相对布置中。通过这样做，例如，系统500可能较不易受校准和/或未对准误差的影响，否则在不经意地改变了这些组件的特定相对布置的情况下(例如，在这些组件中的一个与其他组件不同地移动的情况下)，这样的校准和/或未对准误差可能会发生。
注意，为了便于描述，从图5的图示中省略了系统500的某些组件(例如，透镜等)。因此，尽管未示出，但是系统500还可以包括透镜、多个波导和/或类似于系统100、290、300、400和/或设备200的任何组件的一个或多个其他组件。例如，尽管未示出，但是系统500可以包括以水平布置(沿x-y面)安置在基板576上的多个波导，类似于系统400的波导460、462、464、466。还应注意，系统500可以包括更多、更少、或与所示组件不同的组件。例如，系统500可以代替粘合剂592、594(例如，螺栓、螺钉、连接器等)或者除了粘合剂592、594之外还使用一种或多种其他组件将基板578、576和结构590彼此连接。其他示例是可能的。
III.示例方法和计算机可读介质
图6是根据示例实施例的方法600的流程图。方法600呈现了可以与例如系统100、300、400、500和/或设备200中的任何一个一起使用的方法的实施例。方法600可以包括块602-612中的一个或多个所示出的一个或多个操作、功能或动作。尽管按顺序示出了这些块，但是在某些情况下，这些块可以并行地和/或以与本文所述的顺序不同的顺序来执行。此外，各种块可以基于期望的实现方式被组合成更少的块，被划分成另外的块和/或被移除。
另外，对于本文所公开的方法600以及其他过程和方法，流程图示出本实施例的一种可能实现方式的功能和操作。在这方面，每个块可以表示模块、段、制造或操作过程的一部分、或程序代码的一部分，其包括一个或多个指令，该指令可以由处理器运行以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，例如像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，例如像在短时间段内存储数据的计算机可读介质，诸如寄存器存储器、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非暂时性介质，诸如二级或永久性长期存储，例如像只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、光盘只读存储器(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。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，对于本文所公开的方法600以及其他过程和方法，图6中的每个块可以表示被连线(wire)以执行过程中的特定逻辑功能的电路。
在块602，方法600涉及经由光源朝向波导发射光束。在块604，方法600涉及在波导内部引导发射的光束以通过孔传送。例如，光源340可以朝向波导360的侧360b发射光束304。然后，波导360可以朝向与孔322邻近的侧360a在波导360内部引导光束304。然后，引导的光束304可以在侧360a从波导360离开，并通过孔322朝向透镜330传播。
在块606，方法600涉及经由透镜将通过孔传送的光束朝向场景引导。在块608，方法600涉及经由透镜聚焦从场景朝向孔传播并进入波导的光。在一些示例中，从场景传播的光可以包括被场景中的对象反射的光。例如，透镜330(在块606)可以将发射的光304朝向包括对象398的场景引导。然后，对象398可以将入射在其上的发射的光中的至少一部分反射回透镜330。然后，透镜330(在块608)可以聚焦发射的光中被反射的部分作为聚焦的光302的一部分(如图3B所示)。
在块610，方法600涉及在波导内部引导聚焦的光。在块612，方法600涉及朝向光检测器的阵列将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。例如，波导360可以朝向侧360b引导通过孔322传送且在侧360a接收的聚焦的光302。引导的聚焦的光(或其一部分)可以到达倾斜镜350，然后可以被镜350朝向阵列310反射(例如，作为反射的光302a)。
IV.结论
上面的详细描述参照附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例将是明显的。本文所公开的各个方面和实施例仅出于说明的目的，并不旨在进行限制，真实范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
光源，发射光束；
波导，朝向孔引导发射的光束；
透镜，朝向场景将由波导引导并通过孔传送的光束导向，其中，透镜还接收从场景朝向透镜传播的光，其中透镜将接收的光聚焦到孔中，并且其中波导引导通过孔传送的聚焦的光；以及
光检测器，其中，波导朝向光检测器将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，波导在波导的第一侧接收发射的光束，并且其中波导朝向波导的与第一侧相对的第二侧引导发射的光束。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，波导包括从波导的第一侧向第二部分延伸的第一部分，其中第二部分从第一部分向第二侧延伸，并且其中第一部分的第一横截面面积小于第二部分的第二横截面面积。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，孔邻近第二侧，并且其中波导在波导的第二侧接收来自透镜的聚焦的光。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，聚焦的光的至少一部分朝向光检测器从波导的第三侧传播出。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括：镜，将引导的聚焦的光的至少一部分朝向波导的第三侧反射。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，镜朝向波导的第三侧以偏移角倾斜。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，镜被安置在波导的边缘上。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括：
不透明材料，其中所述孔是第一孔，其中不透明材料限定包括第一孔和第二孔的多个孔，并且其中所述波导是第一波导；以及
第二波导，其中透镜朝向第一孔聚焦来自场景的光的第一部分，并朝向第二孔聚焦来自场景的光的第二部分，并且其中第二波导接收并引导通过第二孔传送的聚焦的光的第二部分。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括：
基板，其中第一波导被安置在基板的表面上，并且其中第二波导被安置在基板的所述表面上；以及
柱面透镜，被安置在基板的所述表面上并且置于光源与第一波导之间，其中柱面透镜至少部分地对发射的光束进行准直。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，柱面透镜还置于光源与第二波导之间，使得第二波导接收至少部分地准直的发射的光束的至少一部分。
12.根据权利要求10所述的系统，还包括：
第二光源，发射第二光束，其中第二波导朝向第二孔引导发射的第二光束，其中柱面透镜还置于第二光源与第二波导之间，并且其中柱面透镜至少部分地对从第二光源朝向第二波导传播的发射的第二光束进行准直。
13.一种方法，包括：
经由光源朝向波导发射光束；
在波导内部引导发射的光束以通过孔传送；
经由透镜朝向场景将通过孔传送的光束导向；
经由透镜聚焦从场景朝向孔传播并进入波导的光；
在波导内部引导聚焦的光；以及
朝向光检测器的阵列将聚焦的光的至少一部分从波导传送出。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
基于阵列中的光检测器彼此并联连接，组合来自阵列中的光检测器的输出。
15.一种光检测和测距LIDAR设备，包括：
LIDAR传送器，发射一个或多个光束；
波导，朝向孔引导发射的一个或多个光束，其中，引导的一个或多个光束被传送出波导并通过孔；
透镜，朝向场景聚焦通过孔传送的一个或多个光束，其中，透镜还接收从场景朝向透镜传播的光，并且其中，透镜将接收的光的至少一部分聚焦到孔中；以及
LIDAR接收器，包括光检测器的阵列，其中，波导朝向光检测器的阵列引导聚焦的光的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的LIDAR设备，其中，波导具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，波导在第一侧接收发射的一个或多个光束，其中，波导在第二侧接收聚焦的光，其中，波导包括第一纵向部分和第二纵向部分，第一纵向部分包括第一侧，第二纵向部分包括第二侧，并且其中，第一纵向部分的第一横截面面积小于第二纵向部分的第二横截面面积。
17.根据权利要求16所述的LIDAR设备，还包括：
镜，被安置在位于第一纵向部分与第二纵向部分之间的波导的边缘上，其中镜朝向LIDAR接收器反射由波导引导的聚焦的光的至少一部分。
18.根据权利要求15所述的LIDAR设备，还包括：
第一基板，其中，波导被安置在第一基板的表面上；
第二基板；以及
粘合剂，围绕波导的一个或多个侧，其中粘合剂将第一基板耦合到第二基板。
19.根据权利要求18所述的LIDAR设备，还包括：
第二粘合剂，将光源耦合到第一基板的所述表面。
20.根据权利要求15所述的LIDAR设备，还包括：
柱面透镜，置于光源与波导之间，其中，柱面透镜至少部分地对从光源传播到波导的发射的一个或多个光束进行准直。
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