CN111273315A - 用于自动驾驶车辆的、具有多面镜和棱镜的lidar装置 - Google Patents

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Abstract

一种二维(2D)LIDAR扫描系统，其使用旋转多面镜和可旋转棱镜的组合来扫描对象的区域。多面镜和棱镜组合旋转以生成扫描图案。将脉冲激光引导至多面镜，并且将棱镜保持在固定位置中。然后多面镜改变多次以生成LIDAR数据的扫描线。然后棱镜发生改变并生成下一扫描线，例如，从第一扫描线向上或向下生成下一扫描线。雪崩光电二极管(APD)可读取每个扫描点的对象的反射。可使用具有四分之一波片的偏振分束器或50‑50分束器将对象反射引导至APD。

Description

用于自动驾驶车辆的、具有多面镜和棱镜的LIDAR装置
技术领域
本公开的实施方式总体涉及用于自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR传感器。
背景技术
以自动驾驶模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可将乘员、尤其是驾驶员从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时，车辆可使用车载传感器导航到各个位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。
自动驾驶车辆(ADV)中的车载传感器之一是光探测和测距(“LIDAR”)。ADV可使用LIDAR以在驾驶时检测ADV周围的对象。LIDAR还可用于生成和/或更新表示ADV周围的对象的高清晰度地图，所述对象诸如为建筑物、道路、标志、树木以及可能出现在高清晰度地图中的其它对象。
为了使车载LIDAR有效地检测ADV周围的对象，必须快速地执行对对象的扫描，并尽可能多地捕获ADV周围的信息。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了用于自动驾驶车辆的LIDAR装置，包括：
激光发射器，用于发射初始激光束；
多面镜，定位成从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
棱镜，定位成接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象；以及
光学传感器，配置成接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
根据本公开的另一方面，提供了一种存储有指令的非暂时性机器可读介质，所述指令在由处理器执行时致使所述处理器执行操作，所述操作包括：
通过激光发射器发射初始激光束；
定位多面镜以从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
定位棱镜以接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象，以及
配置光学传感器以接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
根据本公开的又一方面，提供了一种计算机实施的方法，包括：
通过激光发射器发射初始激光束；
定位多面镜以从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
定位棱镜以接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象；以及
配置光学传感器以接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
附图说明
本公开的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考标记指示相似元件。
图1是示出根据一个实施方式的网络化系统的框图。
图2是示出根据一个实施方式的自动驾驶车辆(ADV)的示例的框图。
图3是示出根据一个实施方式的与ADV一起使用的感知与规划系统的示例的框图。
图4A和图4B是示出根据一个实施方式的LIDAR传感器系统的框图，该LIDAR传感器系统具有用于扫描ADV附近的目标对象的多面镜和棱镜，以用于ADV中的LIDAR系统。
图5A和图5B是示出根据一个实施方式的LIDAR传感器系统的框图，该LIDAR传感器系统具有用于扫描ADV附近的目标对象的多面镜和棱镜，以用于ADV中的LIDAR系统。
图6示出根据一个实施方式的使用LIDAR传感器系统扫描目标对象的方法，该LIDAR传感器系统具有用于扫描ADV附近的目标对象的多面镜和棱镜，以用于ADV中的LIDAR系统。
图7示出根据一个实施方式的使用LIDAR传感器系统扫描目标对象的方法，该LIDAR传感器系统具有用于扫描ADV附近的目标对象的多面镜和棱镜，以用于ADV中的LIDAR系统。
具体实施方式
将参考以下所讨论的细节来描述本公开的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是本公开的说明，而不应当解释为对本公开进行限制。描述了许多特定细节以提供对本公开的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节，以提供对本公开的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一实施方式。
本文中描述的实施方式实现具有二维扫描系统的LIDAR装置，该二维扫描系统包括在第一平面中旋转的多面镜和在第二平面中旋转的棱镜以在二维上进行扫描。实现单个光学路径，以用于发射激光束以进行扫描，以及用于接收离开目标对象的反射激光束两者。在一个实施方式中，发射激光束并使其通过准直光学器件，然后通过50％反射-50％透射光学器件。因此，50％的发射光束被准直并传输至目标对象。离开目标对象的反射光束返回50％反射-50％透射光学器件并朝向光学传感器反射以进行处理。在另一实施方式中，发射激光束并使其通过准直光学器件，然后通过偏振光学器件和偏振旋转光学器件并传输到至目标对象。离开目标对象的反射激光束返回旋转偏振对象，旋转偏振对象进一步旋转反射光束，然后反射光束由偏振光学器件朝向光学传感器反射以进行处理。下面描述了其它实施方式。
在第一实施方式中，扫描目标对象的计算实施的方法包括通过激光发射器发射用于扫描目标对象的初始激光束和多个附加激光束。该方法还包括定位多面镜以从激光发射器接收激光束。多面镜可具有多个反射表面，并且可配置成在第一旋转方向上旋转，以在第一多个方向上将激光束反射成第一组多个激光束。第一多个方向可以是扫描第一平面。该方法还可包括定位棱镜以接收第一组激光束的至少一部分。棱镜可配置成将第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象。光学传感器可配置成接收从目标对象反射的第三组激光束。在实施方式中，同步模块可使激光束的发射与多面镜和棱镜的定位同步以扫描目标对象。在实施方式中，该方法可包括针对第一组激光束中的所有激光束定位多面镜一次，以及针对第一组激光束中的每个激光束定位棱镜。在另一实施方式中，该方法可包括针对第一组激光束的每个激光束定位多面镜，以及针对第一组激光束中的所有激光束定位棱镜一次。在实施方式中，使激光发射器、多面镜和棱镜同步可包括以下中的一个：连续地发射激光束，而不读取在多面镜和/或棱镜的定位期间出现的用于那些激光束的光学传感器；或者，在多面镜和/或棱镜的任一个或两者进行定位的时间期间停止激光束的发射。
在第二实施方式中，非暂时性计算机可读介质可存储可执行指令，该可执行指令在由具有至少一个硬件处理器的处理系统执行时，致使处理系统执行上述方法操作中的任一个。
在第三实施方式中，可在包括用可执行指令编程的存储器的系统上执行上述方法操作中的任一个，该存储器联接至具有至少一个硬件处理器的处理系统，当指令由处理系统执行时，执行所述方法操作。非暂时性计算机可读介质可存储可执行指令，该可执行指令在由具有至少一个硬件处理器的处理系统执行时，执行上述方法操作中的任一个。
在第四实施方式中，用于自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR装置可包括激光发射器、多面镜、棱镜和光学传感器，以接收从目标对象反射的激光束。激光发射器可发射初始激光束和后续激光束。多面镜可具有多个反射表面，并且可定位成从激光发射器接收激光束。多面镜可配置成在第一方向上旋转，以使用反射表面将初始激光束和后续激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束。棱镜可定位成接收第一组激光束的至少一部分。棱镜可配置成将第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束。第二组激光束可以以更宽的角度扫描目标对象。在实施方式中，棱镜可配置成在第二旋转方向上旋转，以使第一组激光束以更宽的扫描角度偏转。在实施方式中，第一旋转方向与第二旋转方向不同。在实施方式中，第一平面和第二平面可基本上垂直，使得第三组光束表示目标对象的大致矩形的扫描区域。LIDAR装置可配置成使得多面镜针对第一组激光束中的所有激光束定位一次，以及棱镜可针对第一组激光束中的每个激光束定位。在另一实施方式中，多面镜可针对第一组激光束的每个激光束定位，以及可针对第一组激光束中的所有光束定位棱镜一次。LIDAR装置光学路径还可包括滤波光学器件，诸如50％透射-50％反射光学器件，使得50％的发射激光束透射至目标对象，以及离开目标对象的激光束的反射可通过滤波光学器件反射至光学传感器。在另一实施方式中，滤波光学器件可以是偏振光学器件，并且可在偏振光学器件之后包括附加的偏振旋转光学器件。偏振旋转对象接收离开目标对象的反射，并且反射的激光束的偏振在被反射至光学传感器之前进行再次旋转。在实施方式中，激光发射器可发射具有波长为905nm或1550nm的激光脉冲或220KHz、1MHz或3MHz的脉冲频率中的至少一种的激光束。LIDAR装置还可包括具有至少一个硬件处理器的处理系统，该处理系统包括同步模块。同步模块可协调激光束的发射与多面镜和棱镜的定位以扫描目标对象。同步可包括连续地发射激光束，而不读取在多面镜和/或棱镜的重新定位期间出现的用于那些激光束的光学传感器。在实施方式中，同步可包括在多面镜和/或棱镜的任一个或两者进行定位的时间期间停止激光束的发射。
图1是示出根据本公开的一个实施方式的自动驾驶车辆网络配置的框图。参考图1，网络配置100包括可通过网络102通信地联接到一个或多个服务器103至104的自动驾驶车辆101。尽管示出一个自动驾驶车辆，但多个自动驾驶车辆可通过网络102联接到彼此和/或联接到服务器103至104。网络102可以是任何类型的网络，例如，有线或无线的局域网(LAN)、诸如互联网的广域网(WAN)、蜂窝网络、卫星网络或其组合。服务器103至104可以是任何类型的服务器或服务器群集，诸如，网络或云服务器、应用服务器、后端服务器或其组合。服务器103至104可以是数据分析服务器、内容服务器、交通信息服务器、地图和兴趣点(MPOI)服务器或位置服务器等。
自动驾驶车辆(ADV)101是指可配置成以自动驾驶模式运行的车辆，在所述自动驾驶模式下车辆在极少或没有来自驾驶员的输入的情况下导航通过环境。这种自动驾驶车辆可包括传感器系统115，所述传感器系统115具有配置成检测与ADV 101运行环境有关的信息的一个或多个传感器。ADV 101和其相关联的控制器使用所检测的信息来导航通过所述环境。自动驾驶车辆101可在手动模式下、在全自动驾驶模式下或者在部分自动驾驶模式下运行。在手动模式下，ADV 101可在具有很少或没有自动驾驶车辆上的逻辑辅助的情况下由人类驾驶员操作。在全自动驾驶模式下，ADV 101可在使用很少或没有人类驾驶员辅助的情况下运行。在部分自动驾驶模式下，ADV 101可在一些或所有驾驶逻辑子系统处于活动状态以及人类驾驶员提供一些驾驶控制输入的情况下运行。
在一个实施方式中，自动驾驶车辆101包括，但不限于，感知与规划系统110、车辆控制系统111、无线通信系统112、用户接口系统113和传感器系统115。自动驾驶车辆101还可包括普通车辆中包括的某些常用部件，诸如：发动机、车轮、方向盘、变速器等，所述部件可由车辆控制系统111和/或感知与规划系统110使用多种通信信号和/或命令进行控制，该多种通信信号和/或命令例如，加速信号或命令、减速信号或命令、转向信号或命令、制动信号或命令等。
部件110至115可经由互连件、总线、网络或其组合通信地联接到彼此。例如，部件110至115可经由控制器局域网(CAN)总线通信地联接到彼此。CAN总线是设计成允许微控制器和装置在没有主机的应用中与彼此通信的车辆总线标准。它是最初是为汽车内的复用电气布线设计的基于消息的协议，但也用于许多其它环境。
现在参考图2，在一个实施方式中，传感器系统115包括但不限于一个或多个摄像机211、全球定位系统(GPS)单元212、惯性测量单元(IMU)213、雷达单元214以及光探测和测距(LIDAR)单元215。GPS单元212可包括收发器，所述收发器可操作以提供关于自动驾驶车辆的位置的信息。IMU单元213可基于惯性加速度来感测自动驾驶车辆的位置和定向变化。雷达单元214可表示利用无线电信号来感测自动驾驶车辆的本地环境内的对象的系统。在一些实施方式中，除感测对象之外，雷达单元214可另外感测对象的速度和/或前进方向。LIDAR单元215可使用激光来感测自动驾驶车辆所处环境中的对象。LIDAR单元215可包括一个或多个激光源、激光扫描仪和一个或多个探测器，以及其它系统部件。LIDAR单元215可包括可同步以执行目标对象的二维扫描的激光发射器、旋转多面镜和可旋转棱镜。LIDAR单元光学路径可包括光学配置，该光学配置使得发射的激光束的反射能够沿着包括多面镜和棱镜的路径返回光学传感器。摄像机211可包括用来采集自动驾驶车辆周围环境的图像的一个或多个装置。摄像机211可以是静物摄像机和/或视频摄像机。摄像机可以是可机械地移动的，例如，通过将摄像机安装在旋转和/或倾斜平台上。
传感器系统115还可包括其它传感器，诸如：声纳传感器、红外传感器、转向传感器、油门传感器、制动传感器以及音频传感器(例如，麦克风)。音频传感器可配置成从自动驾驶车辆周围的环境中采集声音。转向传感器可配置成感测方向盘、车辆的车轮或其组合的转向角度。油门传感器和制动传感器分别感测车辆的油门位置和制动位置。在一些情形下，油门传感器和制动传感器可集成为集成式油门/制动传感器。
传感器系统115可检测ADV的路径的障碍物。这些障碍物可通过模拟人类驾驶行为的最低成本路径模块进行考虑。
在一个实施方式中，车辆控制系统111包括但不限于转向单元201、油门单元202(也称为加速单元)和制动单元203。转向单元201用来调整车辆的方向或前进方向。油门单元202用来控制电动机或发动机的速度，电动机或发动机的速度进而控制车辆的速度和加速度。制动单元203通过提供摩擦使车辆的车轮或轮胎减速而使车辆减速。应注意，如图2所示的部件可以以硬件、软件或其组合实施。转向单元201可至少部分地由参与确定用于沿着路线导航ADV的路径的最低成本路径模块控制。
返回参考图1，无线通信系统112允许自动驾驶车辆101与诸如装置、传感器、其它车辆等外部系统之间的通信。例如，无线通信系统112可以与一个或多个装置直接无线通信，或者经由通信网络进行无线通信，诸如，通过网络102与服务器103至104通信。无线通信系统112可使用任何蜂窝通信网络或无线局域网(WLAN)，例如，使用WiFi，以与另一部件或系统通信。无线通信系统112可例如使用红外链路、蓝牙等与装置(例如，乘客的移动装置、显示装置、车辆101内的扬声器)直接通信。用户接口系统113可以是在车辆101内实施的外围装置的部分，包括例如键盘、触摸屏显示装置、麦克风和扬声器等。
自动驾驶车辆101的功能中的一些或全部可由感知与规划系统110控制或管理，尤其当在自动驾驶模式下操作时。感知与规划系统110包括必要的硬件(例如，处理器、存储器、存储装置)和软件(例如，操作系统、规划和路线安排程序)，以从传感器系统115、控制系统111、无线通信系统112和/或用户接口系统113接收信息，处理所接收的信息，规划从起始点到目的地点的路线或路径，随后基于规划和控制信息来驾驶车辆101。可替代地，感知与规划系统110可与车辆控制系统111集成在一起。
例如，作为乘客的用户可例如经由用户接口来指定行程的起始位置和目的地。感知与规划系统110获得行程相关数据。例如，感知与规划系统110可从MPOI服务器中获得位置和路线信息，所述MPOI服务器可以是服务器103至104的一部分。位置服务器提供位置服务，并且MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI。可替代地，此类位置和MPOI信息可本地高速缓存在感知与规划系统110的永久性存储装置中。
当自动驾驶车辆101沿着路线移动时，感知与规划系统110也可从交通信息系统或服务器(TIS)获得实时交通信息。应注意，服务器103至104可由第三方实体进行操作。可替代地，服务器103至104的功能可与感知与规划系统110集成在一起。基于实时交通信息、MPOI信息和位置信息以及由传感器系统115检测或感测的实时本地环境数据(例如，障碍物、对象、附近车辆)，感知与规划系统110可规划最佳路线并且根据所规划的路线例如经由控制系统111来驾驶车辆101，以安全且高效到达指定目的地。
服务器103可以是数据分析系统，从而为各种客户执行数据分析服务。在一个实施方式中，数据分析系统103包括数据收集器121和机器学习引擎122。数据收集器121从各种车辆(自动驾驶车辆或由人类驾驶员驾驶的常规车辆)收集驾驶统计数据123。驾驶统计数据123包括指示所发出的驾驶指令(例如，油门、制动、转向指令)以及由车辆的传感器在不同的时间点捕捉到的车辆的响应(例如，速度、加速、减速、方向)的信息。驾驶统计数据123还可包括描述不同时间点下的驾驶环境的信息，例如，路线(包括起始位置和目的地位置)、MPOI、道路状况、天气状况等。数据收集器121还可从自动驾驶车辆控制系统的传感器系统115中的LIDAR装置接收LIDAR信息。LIDAR信息可发送至服务器103以更新自动驾驶车辆周围的对象的高清晰度(HD)地图。
在实施方式中，数据收集器121可记录数据，该数据包括用于ADV路线的一部分的初始路径以及该路线的该部分的所选择的最低成本路径的驾驶统计数据123。并且初始路径可以是例如遵循道路车道的中心线的路径。驾驶统计数据123还可包括传感器数据和当ADV沿着该路线沿着路径行驶时与ADV相关联的控制输入数据。用于路径的驾驶统计数据123可包括速度、前进方向、转向输入、制动输入(如果有的话)以及诸如当ADV沿路径行驶时可能影响乘客舒适度的、包括侧向力、加速度和制动力等的传感器数据。机器学习引擎122可使用驾驶统计数据123来生成可用于升级ADV驾驶逻辑的算法和模型124。
然后算法124可上传到ADV上以在自动驾驶期间实时使用。在实施方式中，ADV 101可将驾驶统计数据上传到服务器103，以促进可下载到ADV的算法和模型124的众源学习。例如，机器学习引擎122可确定影响乘客舒适度的速度与转向输入的关系，其中，速度和转向输入都在可接受的极限内，但是由IMU或滚距检测的乘客舒适度指示影响乘客舒适度的水平。
图3是示出根据一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知与规划系统的示例的框图。系统300可实施为图1的自动驾驶车辆101的一部分，包括但不限于感知与规划系统110、控制系统111和传感器系统115。参考图3，感知与规划系统110包括但不限于定位模块301、感知模块302、预测模块303、决策模块304、规划模块305、控制模块306和路线安排模块307。
模块301至307中的一些或全部可以以软件、硬件或其组合实施。例如，这些模块可安装在永久性存储装置352中、加载到存储器351中，并且由一个或多个处理器(未示出)执行。应注意，这些模块中的一些或全部可通信地联接到图2的车辆控制系统111的一些或全部模块或者与它们集成在一起。模块301至307中的一些可一起集成为集成模块。
定位模块301确定自动驾驶车辆300的当前位置(例如，利用GPS单元212)以及管理与用户的行程或路线相关的任何数据。定位模块301(又称作为地图与路线模块)管理与用户的行程或路线相关的任何数据。用户可例如经由用户接口登录并且指定行程的起始位置和目的地。定位模块301与自动驾驶车辆300的诸如地图与路线信息311的其它部件通信，以获得行程相关数据。例如，定位模块301可从位置服务器和地图与POI(MPOI)服务器获得位置和路线信息。位置服务器提供位置服务，并且MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI，从而可作为地图与路线信息311的一部分高速缓存。当自动驾驶车辆300沿着路线移动时，定位模块301也可从交通信息系统或服务器获得实时交通信息。
基于由传感器系统115提供的传感器数据和由定位模块301获得的定位信息，感知模块302确定对周围环境的感知。感知信息可表示普通驾驶员在驾驶员正驾驶的车辆周围将感知到的东西。感知可包括例如采用对象形式的车道配置、交通灯信号、另一车辆的相对位置、行人、建筑物、人行横道或其它交通相关标志(例如，停止标志、让行标志)等。车道配置包括描述一个或多个车道的信息，诸如，例如车道的形状(例如，直线或弯曲)、车道的宽度、道路中的车道数量、单向或双向车道、合并或分开车道、出口车道等。
感知模块302可包括计算机视觉系统或计算机视觉系统的功能，以处理并分析由一个或多个摄像机采集的图像，从而识别自动驾驶车辆环境中的对象和/或特征。所述对象可包括交通信号、道路边界、其它车辆、行人和/或障碍物等。计算机视觉系统可使用对象识别算法、视频跟踪以及其它计算机视觉技术。在一些实施方式中，计算机视觉系统可绘制环境地图，跟踪对象，以及估算对象的速度等。感知模块302也可基于由诸如雷达和/或LIDAR的其它传感器提供的其它传感器数据来检测对象。LIDAR装置可包括激光发射器、可旋转多面镜、可旋转棱镜和光学传感器，其中，可旋转多面镜用于在第一平面中扫描发射的激光束，可旋转棱镜可在第二平面中扫描从多面镜接收的发射激光束，第二平面垂直于第一平面，光学传感器用于读取第一平面和第二平面中的、从目标对象反射的扫描激光束。LIDAR装置可扫描多个对象。
针对每个对象，预测模块303预测对象在这种情况下将如何表现。预测是基于感知数据执行的，该感知数据在考虑一组地图/路线信息311和交通规则312的时间点感知驾驶环境。例如，如果对象为相反方向上的车辆且当前驾驶环境包括十字路口，则预测模块303将预测车辆是否可能会笔直向前移动或转弯。如果感知数据表明十字路口没有交通灯，则预测模块303可能会预测车辆在进入十字路口之前可能需要完全停车。如果感知数据表明车辆目前处于左转唯一车道或右转唯一车道，则预测模块303可能预测车辆将更可能分别左转或右转。
针对每个对象，决策模块304作出关于如何处置对象的决定。例如，针对特定对象(例如，交叉路线中的另一车辆)以及描述对象的元数据(例如，速度、方向、转弯角度)，决策模块304决定如何与所述对象相遇(例如，超车、让行、停止、超过)。决策模块304可根据诸如交通规则或驾驶规则312的规则集来作出此类决定，所述规则集可存储在永久性存储装置352中。
路线安排模块307配置成提供从起始点到目的地点的一个或多个路线或路径。对于从起始位置到目的地位置的给定行程，例如从用户接收的给定行程，路线安排模块307获得路线与地图信息311，并确定从起始位置至到达目的地位置的所有可能路线或路径。路线安排模块307可生成地形图形式的参考线，它确定了从起始位置至到达目的地位置的每个路线。参考线是指不受其它诸如其它车辆、障碍物或交通状况的任何干扰的理想路线或路径。即，如果道路上没有其它车辆、行人或障碍物，则ADV应精确地或紧密地跟随参考线。然后，将地形图提供至决策模块304和/或规划模块305。
基于针对所感知到的对象中的每个的决定，规划模块305使用由路线安排模块307提供的参考线作为基础，为自动驾驶车辆规划路径或路线以及驾驶参数(例如，距离、速度和/或转弯角度)。换言之，针对给定的对象，决策模块304决定对该对象做什么，而规划模块305确定如何去做。例如，针对给定的对象，决策模块304可决定超过所述对象，而规划模块305可确定在所述对象的左侧还是右侧超过。规划和控制数据由规划模块305生成，包括描述车辆300在下一移动循环(例如，下一路线/路径段)中将如何移动的信息。例如，规划和控制数据可指示车辆300以30英里每小时(mph)的速度移动10米，随后以25mph的速度变到右侧车道。
基于规划和控制数据，控制模块306根据由规划和控制数据限定的路线或路径通过将适当的命令或信号发送到车辆控制系统111来控制并驾驶自动驾驶车辆。所述规划和控制数据包括足够的信息，以沿着路径或路线在不同的时间点使用适当的车辆设置或驾驶参数(例如，油门、制动、转向命令)将车辆从路线或路径的第一点驾驶到第二点。
在一个实施方式中，规划阶段在多个规划周期(也称作为驾驶周期)中执行，例如，在每个时间间隔为100毫秒(ms)的周期中执行。对于规划周期或驾驶周期中的每一个，将基于规划和控制数据发出一个或多个控制命令。即，对于每100ms，规划模块305规划下一个路线段或路径段，例如，包括目标位置和ADV到达目标位置所需要的时间。可替代地，规划模块305还可规定具体的速度、方向和/或转向角等。在一个实施方式中，规划模块305为下一个预定时段(诸如，5秒)规划路线段或路径段。对于每个规划周期，规划模块305基于在前一周期中规划的目标位置规划用于当前周期(例如，下一个5秒)的目标位置。控制模块306然后基于当前周期的规划和控制数据生成一个或多个控制命令(例如，油门、制动、转向控制命令)。
应注意，决策模块304和规划模块305可集成为集成模块。决策模块304/规划模块305可包括导航系统或导航系统的功能，以确定自动驾驶车辆的驾驶路径。例如，导航系统可确定用于影响自动驾驶车辆沿着以下路径移动的一系列速度和前进方向：所述路径在使自动驾驶车辆沿着通往最终目的地的基于车行道的路径前进的同时，基本上避免感知到的障碍物。目的地可根据经由用户接口系统113进行的用户输入来设定。导航系统可在自动驾驶车辆正在运行的同时动态地更新驾驶路径。导航系统可将来自GPS系统和一个或多个地图的数据合并，以确定用于自动驾驶车辆的驾驶路径。
图4A和图4B是示出根据一个实施方式的LIDAR传感器系统400的框图，该LIDAR传感器系统400具有用于扫描自动驾驶车辆(ADV)附近的目标对象445的多面镜和棱镜，以用于ADV中的LIDAR系统。图4A示出了用于LIDAR传感器系统400中的激光束和反射激光束的示例性光学路径。图4B示出了对应于图4A的光学部件的布局的俯视图。
现在参考图4A，ADV中的LIDAR传感器系统400可包括激光发射器405、多面镜420、棱镜425、光学传感器450和控制器460，其中，多面镜420经由控制电机422和扫描镜控制模块490可旋转，棱镜425经由控制电机423和扫描镜控制模块490可旋转，控制器460包括激光触发器模块480、峰值检测模块485和扫描镜控制模块490。
激光发射器405响应于经由通信线491来自激光触发器模块480的信号发射激光束440。激光发射器405可具有波长为905nm或1550nm的激光脉冲。激光发射器405可具有在905nm与1550nm之间的波长。激光发射器405可具有220KHz、1MHz或3MHz的脉冲频率或其它脉冲频率。在实施方式中，激光发射器405可以是基于二极管的激光发射器或闪光灯泵浦激光器。发射的激光束440可穿过准直光学器件410和滤光器光学器件415到达多面镜420。滤光器光学器件415可以是50％透射-50％反射光学器件，使得50％的发射激光束440穿滤波光器光学器件415到达多面镜420。
多面镜420可以是多面多边形形状，诸如六边形或八边形、十边形等，每个面均具有反射表面。控制电机422可响应于通信线493上的扫描镜控制模块490信号而使多面镜420旋转或逐渐地微步进。在实施方式中，对于每个激光束440，多面镜420可由增量控制电机422控制，以将多面镜定位从而将由激光发射器405发射的第一多个激光束440中的每个反射在第一平面中。在实施方式中，第一平面可表示例如一序列水平扫描的激光束440。
棱镜425可从多面镜420接收第一多个激光束440中的每个。控制电机423可响应于通信线494上的扫描镜控制模块490信号而使棱镜425旋转。在实施方式中，棱镜425可保持静止，而第一多个激光束440通过逐渐地定位多面镜420而在第一平面中进行扫描。然后，棱镜425可定位到下一个位置，以及多面镜420可设置到下一个位置，并且第二多个激光束440可从激光发射器405发射。多面镜420可定位到用于第二多个激光束440的每个激光束440的下一个位置。在实施方式中，可执行扫描过程，使得棱镜425的位置处于用于第二多个激光束440中的每个的下一个位置，而多面镜420保持在用于第一多个激光束440的固定位置。
光学传感器450可包括雪崩光电二极管(APD)、APD阵列、摄像机或其它光敏部件。
由激光发射器405发射并由多面镜420反射的每个激光束440均可穿过棱镜425到达反射器430，然后通过孔435离开LIDAR传感器系统400到达待扫描的目标对象445。每个发射的激光束440均可从目标对象445反射并反射回反射器430、棱镜425、多面镜420，然后回到滤光器光学器件415。滤光器光学器件415可将反射的激光束引导至光学传感器450。在实施方式中，滤光器光学器件415经由准直光学器件410将反射的激光束引导至光学传感器450。峰值检测模块485可经由通信线492从光学传感器450接收输出信号。峰值检测模块485可检测离开目标对象445的反射的激光束的峰值幅度和峰值幅度出现的时间tpeak。使用发射激光束的时间temit到通过光学传感器450检测到反射激光束的峰值幅度的时间tpeak，峰值检测模块485可确定激光束440到目标对象445的飞行时间，以及返回光学传感器450的飞行时间，从而确定目标对象445距LIDAR传感器系统400的距离。
在图4A中，激光束440A，激光束440B和激光束440C表示在实施方式中的第一多个发射激光束440，在该实施方式中，棱镜425针对以第一多个激光束发射的每个激光束440逐渐地定位，而多面镜420保持在固定位置。然后多面镜420可定位到下一个扫描位置，棱镜425可重新定位到起始扫描位置，以及激光发射器405可发射第二多个激光束440，而棱镜425针对每个激光束进行逐渐地定位。
图4B示出了图4A的LIDAR传感器系统400的示例性光学布局的俯视图。响应于来自激光触发器480的信号，激光发射器405可发射激光束440。发射的激光束440穿过准直光学器件410到达滤光器光学器件415。滤光器光学器件415可以是50％透射-50％反射光学器件，使得50％的准直激光束440传递至多面镜420。多面镜420可将激光束440反射至棱镜425，棱镜425将激光束440传递至反射器430。反射器430可通过孔435将激光束440反射至目标对象445。目标对象445通过孔435将激光束440反射回反射器430。反射器430将反射的激光束传递至棱镜425，以及棱镜425将反射的激光束传递至多面镜420。多面镜420和棱镜425从激光发射器405发射激光束440的时间temit和在光学传感器450处接收到从目标对象445反射的反射激光束440的峰值强度的时间tpeak不进行重新定位。多面镜420将反射的激光束440引导至滤光器光学器件415，滤光器光学器件415经由准直光学器件410将反射的激光束440引导至光学传感器450。峰值检测模块485可检测反射激光束440的强度的峰值幅度以及峰值幅度出现的时间tpeak。LIDAR信息可包括发射的激光束440的峰值幅度、飞行时间temit、到在光学传感器450处的反射激光束的强度的峰值幅度的时间tpeak。控制器460可将LIDAR信息发送至感知与规划系统110，以确定ADV周围的一个或多个对象。感知与规划系统110可基于LIDAR信息，沿着考虑由感知与规划系统110检测到的对象的路线路径导航ADV。多面镜420或棱镜425中的一个可定位到下一个位置，以及可从激光发射器405发射另一激光束440，并且如上所述对发射的激光束440的反射进行处理以生成附加LIDAR信息。
图5A和图5B是示出根据一个实施方式的LIDAR传感器系统500的框图，该LIDAR传感器系统500具有用于扫描自动驾驶车辆附近的目标对象445的多面镜420和棱镜425，以用于ADV中的LIDAR系统。
图5A示出了用LIDAR传感器系统500中的激光束和反射激光束的示例性光学路径。图5B示出了对应于图5A的光学部件的布局的俯视图。
现在参考图5A，ADV中的LIDAR传感器系统500包括激光发射器405、多面镜420、棱镜425、光学传感器450和控制器460，其中，多面镜420经由控制电机422和扫描镜控制模块490可旋转，棱镜425经由控制电机423和扫描镜控制模块490可旋转，控制器460包括激光触发器模块480、峰值检测模块485和扫描镜控制模块490。
激光发射器405可响应于经由通信线491来自激光触发器模块480的信号发射激光束440。激光发射器405可具有波长为905nm或1550nm的激光脉冲。激光发射器405可具有在905nm与1550nm之间的波长。激光发射器405可具有220KHz、1MHz或3MHz的脉冲频率或其它脉冲频率。在实施方式中，激光发射器405可以是基于二极管的激光发射器或闪光灯泵浦激光器。发射的激光束440可穿过准直光学器件410和偏振光学器件515到达偏振旋转光学器件517。偏振旋转光学器件517可在将激光束440发送至多面镜420之前旋转偏振的激光束440。在实施方式中，偏振旋转光学器件517可以是四分之一波(1/4λ)片，其将准直偏振激光束440的偏振旋转90°。
多面镜420可以是多面多边形形状，诸如六边形或八边形，每个面均具有反射表面。控制电机422可响应于通信线493上的扫描镜控制模块490信号而使多面镜420旋转或逐渐地微步进。在实施方式中，多面镜420可由控制电机422控制，以将多面镜420定位在第一平面中，从而反射由激光发射器405发射的第一多个激光束440中的每个。在实施方式中，第一平面可表示例如一序列水平扫描的激光束440。
棱镜425可从多面镜420接收第一多个激光束440中的每个。控制电机423可响应于通信线494上的扫描镜控制模块490信号而使棱镜425旋转。在实施方式中，棱镜425可保持静止，而第一多个激光束440在第一平面中进行扫描。然后，棱镜425可定位到下一个位置，以及多面镜420可设置到下一个位置，并且第二多个激光束440可从激光发射器405发射。多面镜420可定位到用于第二多个激光束440的每个激光束440的下一个位置。在实施方式中，可执行扫描过程，使得棱镜425定位到用于第二多个激光束440中的每个的下一个位置，而多面镜420保持在用于第一多个激光束440的固定位置。
由激光发射器405发射的每个激光束440均可穿过棱镜425到达反射器430，然后通过孔435离开LIDAR传感器系统500到达待扫描的目标对象445。每个发射的激光束440均可从目标对象445反射并反射回反射器430、棱镜425、多面镜420，然后回到偏振旋转光学器件517。偏振旋转光学器件517可旋转接收到的从目标对象445反射的激光束，并将接收到的激光束旋转另一90°。然后，偏振光学器件515反射接收到的旋转反射激光束440，并将激光束440引导至光学传感器450。在实施方式中，偏振光学器件515经由准直光学器件410将反射的激光束引导至光学传感器450。峰值检测模块485可经由通信线492从光学传感器450接收输出信号。峰值检测模块485可检测离开目标对象445的反射激光束的峰值幅度和峰值幅度出现的时间tpeak。使用发射激光束440的时间temit以及通过峰值检测模块485检测到到达光学传感器450的反射激光束的峰值幅度的时间tpeak，峰值检测模块485可确定激光束440到目标对象445的飞行时间，以及返回光学传感器450的飞行时间。从飞行时间，峰值检测模块485可确定目标对象445距LIDAR传感器系统500的距离。
在图5A中，激光束440A，激光束440B和激光束440C表示在实施方式中的第一多个发射激光束440，在该实施方式中，棱镜425定位成用于每个激光束440，而多面镜420保持在固定位置。然后，多面镜420可定位到下一个扫描位置，棱镜425可重新定位到起始扫描位置，以及激光发射器405可发射第二多个激光束440，而棱镜425再次定位成用于每个激光束440。
图5B示出了图5A的LIDAR传感器系统500的示例性光学布局的俯视图。激光发射器405可响应于来自激光触发器模块480的信号发射激光束440。发射的激光束440穿过准直光学器件410，然后穿过使激光束440偏振的偏振光学器件515。然后将偏振的激光束440传递至使偏振的激光束旋转90°的偏振旋转光学器件517，然后将旋转的偏振激光束发送至多面镜420。多面镜420将激光束440反射至棱镜425，棱镜425将激光束440传递至反射器430。反射器430通过孔435将激光束440反射至目标对象445。目标对象445通过孔435将激光束440反射回反射器430。反射器430将反射的激光束440传递至棱镜425，以及棱镜425将反射的激光束440传递至多面镜420。多面镜420和棱镜425从激光发射器405发射激光束440的时间temit和在光学传感器450处接收到从目标对象445反射的反射激光束440的峰值强度的时间tpeak不进行重新定位。多面镜420将反射的激光束440引导至偏振旋转光学器件517，该偏振旋转光学器件517将反射的偏振激光束440的偏振旋转另一90°。偏振光学器件515接收旋转的反射激光束440并经由准直光学器件410将激光束440反射至光学传感器450。峰值检测模块485可检测反射激光束440的强度的峰值幅度以及峰值幅度出现的时间tpeak。包括发射的激光束440的峰值幅度、发射的激光束440到光学传感器450处的反射激光束的强度的峰值幅度的飞行时间的LIDAR信息可传输至感知与规划系统110，以确定ADV周围的一个或多个对象。感知与规划系统110可基于LIDAR信息，沿着考虑由感知与规划系统110检测到的对象的路径导航ADV。如上所述，多面镜420或棱镜425中的一个可定位到下一个位置，以及可从激光发射器405发射另一激光束440。
图6示出根据一个实施方式的使用LIDAR传感器系统400或LIDAR传感器系统500扫描目标对象445的方法600，该LIDAR传感器系统400或LIDAR传感器系统500具有用于扫描自动驾驶车辆(ADV)附近的目标对象445的多面镜420和棱镜425，以用于ADV中的LIDAR系统。使用二维(2D)扫描方法600扫描目标对象的例如m×n的大致矩形的区域。在方法600中，多面镜420可位于第一位置处，同时棱镜425也位于第一位置处。该第一位置是目标对象的待扫描区域的(x，y)＝(0，0)。当棱镜425保持在固定位置(y＝0)时，多面镜420可针对第一多个发射激光束中的每个(即对于x＝1...m扫描点，而y＝0)逐渐地重新定位，。接下来，获得第一多个激光束中的每个发射激光束440的LIDAR信息，同时棱镜425保持在固定位置中。然后，棱镜425可改变到下一个位置(y＝1)，多面镜420可设置到对应于x＝0的位置，以及可发射第二多个激光束。对于第二多个激光束中的每个，发射激光束，从目标对象445的反射获得LIDAR信息，以及多面镜420可改变到下一个位置x∈{1...m}。该过程继续，直到棱镜425定位到最大y值n，并且已获得所有点(x，y)∈{x|x∈0...m；y|y∈0...n}的LIDAR信息。因此，在方法600中，目标对象445的扫描通过扫描多个水平行进行。
操作605中，初始化变量：x＝0，y＝0，以及Frame_Data＝空。Frame_Data是用于多个激光束的数组数据结构，用于通过发射激光束440来保持每个扫描行的扫描数据，同时改变多面镜420的位置并将棱镜425保持在固定位置。
在操作610中，棱镜425定位在用于第一多个激光束440的固定位置处。实际上，对于第一多个激光束，棱镜设置为恒定值y，而x通过针对第一多个激光束中的每个激光束440改变多面镜420的位置而从0...m变化。
在操作615中，多面镜420定位成用于发射第一多个激光束440中的第一激光束440。激光发射器405发射激光束440。发射的激光束440传输至多面镜420，通过棱镜425并由反射器430反射至目标对象445。目标对象445沿着相同的路径反射激光束440，但是通过滤光器光学器件415或偏振光学器件515转向至光学传感器450。
在操作620中，光学传感器450接收来自对象445的反射激光束。峰值检测模块485读取光学传感器450以确定激光束440从目标对象445的反射的强度的峰值幅度。峰值检测模块485还确定峰值幅度出现的时间tpeak，该时间tpeak与激光发射器405发射激光束的时间temit相关。峰值幅度以及峰值幅度出现的时间可存储在数组Frame_Data[x，y]中。
在操作625中，可确定在第一多个激光束中是否存在在x方向上发射的更多的激光束。如果是，则方法600在操作630处继续，否则方法600在操作635处继续。
在操作630中，可通过改变多面镜420的位置而将x改变至下一个位置。然后，方法600在操作615处继续。
在操作635中，可确定是否存在要在y方向上扫描的更多扫描线。如果是，则方法600在操作640处继续，否则方法600在操作645处继续。
在操作640中，y发生改变并且棱镜425改变至下一个位置。多面镜420设置到对应于x＝0的位置。方法600在操作610处重新开始。
在操作645中，可从Frame_Data数组确定LIDAR信息，并且可将LIDAR信息传递至ADV的感知与规划系统110以进行处理。方600在操作605处重新开始。
图7示出根据一个实施方式的使用LIDAR传感器系统400或LIDAR传感器系统500扫描目标对象445的方法700，该LIDAR传感器系统400或LIDAR传感器系统500具有用于扫描自动驾驶车辆(ADV)附近的目标对象445的多面镜420和棱镜425，以用于ADV中的LIDAR系统。使用二维(2D)扫描方法700扫描目标对象的大致矩形的区域。在方法700中，当多面镜420位于第一位置(x＝0)处时，棱镜425可位于第一位置(y＝0)处。该第一位置是目标对象的待扫描区域(x，y)＝(0，0)。当多面镜420保持在固定位置(x＝0)时，棱镜425可针对第一多个发射激光束中的每个逐渐地重新定位，即对于y＝1...n扫描点，从而生成目标对象445的竖直扫描条纹。获得第一多个激光束中的每个发射激光束440的LIDAR信息。然后，多面镜420可改变到下一个位置(x＝1)，棱镜425可设置到对应于y＝0的位置，以及可发射第二多个激光束。对于第二多个激光束中的每个，发射激光束，从目标对象445的反射获得LIDAR信息，以及棱镜425可改变到下一个位置y∈{1…n}。该过程继续，直到多面镜420定位到最大x值m，并且已获得所有点(x，y)∈{x|x∈0...m；y|y∈0...n}的LIDAR信息。因此，在方法700中，目标对象445的扫描通过扫描多个竖直列进行。
操作705中，初始化变量：x＝0，y＝0，以及Frame_Data＝null(空)。Frame_Data是用于多个激光束的数组数据结构，用于通过发射激光束440来保持每个扫描列的扫描数据，同时改变棱镜425的位置并将多面镜420保持在固定位置。
在操作710中，多面镜420定位在用于第一多个激光束440的固定位置处。实际上，对于第一多个激光束，多面镜420设置为恒定值x，而y通过针对第一多个激光束中的每个激光束440改变棱镜425的位置而从0...n变化。
在操作715中，棱镜425定位成用于发射第一多个激光束440中的第一激光束440。激光发射器405发射激光束440。发射的激光束440传输至多面镜420，通过棱镜425并由反射器430反射至目标对象445。目标对象445沿着相同的路径反射激光束440，但是通过滤光器光学器件415或偏振光学器件515转向至光学传感器450。
在操作720中，光学传感器450接收来自对象445的反射激光束。峰值检测模块485读取光学传感器450以确定激光束440从目标对象445的反射的强度的峰值幅度。峰值检测模块485还确定峰值幅度出现的时间tpeak，该时间tpeak与激光发射器405发射激光束的时间temit相关。峰值幅度以及峰值幅度出现的时间可存储在数组Frame_Data[x，y]中。
在操作725中，可确定在第一多个激光束中是否存在更多的激光束在y方向上发射。如果是，则方法700在操作730处继续，否则，方法700在操作735处继续。
在操作730中，可通过改变棱镜425的位置而将y改变至下一个位置。然后，方法700在操作715处继续。
在操作735中，可确定是否存在要在x方向上扫描的更多扫描线。如果是，则方法700在操作740处继续，否则，方法700在操作745处继续。
在操作740中，x发生改变并且多面镜420改变至下一个位置。棱镜425设置到对应于y＝0的位置。方法700在操作710处重新开始。
在操作745中，可从Frame_Data数组确定LIDAR信息，并且可将LIDAR信息传递至ADV的感知与规划系统110以进行处理。方法700在操作705处重新开始。
前述详细描述中的一些部分已经根据在计算机存储器内对数据位的运算的算法和符号表示而呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域中的技术人员所使用的方式，以将他们的工作实质最有效地传达给本领域中的其他技术人员。本文中，算法通常被认为是导致所期望结果的自洽操作序列。这些操作是指需要对物理量进行物理操控的操作。
然而，应当牢记，所有这些和类似的术语均旨在与适当的物理量关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非在以上讨论中以其它方式明确地指出，否则应当了解，在整个说明书中，利用术语(诸如所附权利要求书中所阐述的术语)进行的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，所述计算机系统或电子计算装置操控计算机系统的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据，并将所述数据变换成计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储装置、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其它数据。
本公开的实施方式还涉及用于执行本文中的操作的设备。这种计算机程序存储在非暂时性计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存存储器装置)。
前述附图中所描绘的过程或方法可由处理逻辑来执行，所述处理逻辑包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、软件(例如，体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合。尽管所述过程或方法在上文是依据一些顺序操作来描述的，但是应当了解，所述操作中的一些可按不同的顺序执行。此外，一些操作可并行地执行而不是顺序地执行。
本公开的实施方式并未参考任何特定的编程语言进行描述。应认识到，可使用多种编程语言来实施如本文描述的本公开的实施方式的教导。
在以上的说明书中，已经参考本公开的具体示例性实施方式对本公开的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的更宽泛精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改。因此，应当在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。

Claims (20)

1.用于自动驾驶车辆的LIDAR装置，包括：
激光发射器，用于发射初始激光束；
多面镜，定位成从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
棱镜，定位成接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象；以及
光学传感器，配置成接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
2.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述棱镜配置成根据第二旋转方向旋转，以使所述第一组激光束以更宽的扫描角度转向。
3.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，所述第一旋转方向与所述第二旋转方向不同。
4.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述第一平面和所述第二平面基本上垂直。
5.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述第三组激光束表示所述目标对象的大致矩形扫描区域。
6.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括以下中的一个：
针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述多面镜一次，以及针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述棱镜；或
针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述多面镜，以及针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述棱镜一次。
7.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括以下中的一个：
滤波光学器件，包括50％透射-50％反射光学器件；或
偏振光学器件和偏振旋转光学器件。
8.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述激光发射器发射具有以下中的至少一个的激光束：
波长为905nm或1550nm的激光脉冲；或
220KHz、1MHz或3MHz的脉冲频率。
9.根据权利要求1所述的LIDAR装置，还包括同步模块，所述同步模块配置成协调：
发射激光脉冲；以及
定位所述多面镜和所述棱镜以扫描所述目标对象。
10.根据权利要求9所述的LIDAR装置，其中，同步包括以下中的一个：
连续地发射激光束，而对于在所述多面镜和/或所述棱镜的重新定位期间出现的这些激光束不读取所述光学传感器；或
在所述多面镜和/或所述棱镜的任一个或两者进行定位的时间期间停止激光束的发射。
11.一种存储有指令的非暂时性机器可读介质，所述指令在由处理器执行时致使所述处理器执行操作，所述操作包括：
通过激光发射器发射初始激光束；
定位多面镜以从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
定位棱镜以接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象，以及
配置光学传感器以接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
12.根据权利要求11所述的介质，其中，所述处理器执行同步操作，包括：
发射激光脉冲；以及
定位所述多面镜和所述棱镜以扫描所述目标对象。
13.根据权利要求12所述的介质，所述操作还包括以下中的一个：
针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述多面镜一次，以及针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述棱镜；或
针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述多面镜，以及针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述棱镜一次。
14.根据权利要求12所述的介质，其中，所述同步包括以下中的一个：
连续地发射激光束，而不读取在所述多面镜和/或所述棱镜的重新定位期间出现的用于这些激光束的所述光学传感器；或
在所述多面镜和/或所述棱镜的任一个或两者进行定位的时间期间停止激光束的发射。
15.根据权利要求12所述的介质，其中，所述第三组激光束表示所述目标对象的大致矩形扫描区域。
16.一种计算机实施的方法，包括：
通过激光发射器发射初始激光束；
定位多面镜以从所述激光发射器接收所述初始激光束，所述多面镜具有多个反射表面，其中，所述多面镜配置成在第一旋转方向上旋转，以使用所述反射表面将所述初始激光束偏转成第一平面中的第一多个方向上的第一组多个激光束；
定位棱镜以接收所述第一组激光束的至少一部分，其中，所述棱镜配置成将所述第一组激光束转向成第二平面中的第二多个方向上的第二组多个激光束，使得所述第二组激光束以更宽的角度扫描目标对象；以及
配置光学传感器以接收从所述目标对象反射的第三组激光束。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括执行同步操作，包括：
发射激光脉冲；以及
定位所述多面镜和所述棱镜以扫描所述目标对象。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括以下中的一个：
针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述多面镜一次，以及针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述棱镜；或
针对所述第一组激光束中的每个激光束重新定位所述多面镜，以及针对所述第一组激光束中的所有激光束定位所述棱镜一次。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述同步包括以下中的一个：
连续地发射激光束，而不读取在所述多面镜和/或所述棱镜的重新定位期间出现的用于这些激光束的所述光学传感器；或
在所述多面镜和/或所述棱镜的任一个或两者进行定位的时间期间停止激光束的发射。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第三组激光束表示所述目标对象的大致矩形扫描区域。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021092207A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 Lookit.ai Flat optics with passive elements functioning as a transformation optics
KR102240887B1 (ko) * 2019-11-13 2021-04-15 엘브이아이테크놀러지(주) 라이다 시스템
US20210341621A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Uatc, Llc Light Detection and Ranging (LIDAR) System
US20230272893A1 (en) * 2020-07-02 2023-08-31 Optonomous Technologies, Inc. INTEGRATED LiDAR WITH SCANNING PHOSPHOR ILLUMINATION SYSTEM AND METHOD
CN112379670A (zh) * 2020-11-10 2021-02-19 京东数科海益信息科技有限公司 用于机器人的激光雷达视角扩展装置及机器人

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08146320A (ja) * 1994-11-15 1996-06-07 Canon Inc 二次元走査装置
JPH1068901A (ja) * 1996-08-29 1998-03-10 Olympus Optical Co Ltd ２次元スキャナ装置
US20040184121A1 (en) * 2003-01-22 2004-09-23 Pentax Corporation Multi-beam color scanning device
US20040212863A1 (en) * 2001-07-19 2004-10-28 Holger Schanz Method and apparatus for optically scanning a scene
US20060244978A1 (en) * 2005-04-27 2006-11-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Detection device
JP2012247632A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Ricoh Co Ltd 光走査装置，画像形成装置，および主走査位置補正方法
WO2013110665A1 (en) * 2012-01-24 2013-08-01 Jan Grahmann Scanning device
US20140240691A1 (en) * 2012-06-14 2014-08-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Laser radar system and method for acquiring 3-d image of target
CN104246621A (zh) * 2012-04-24 2014-12-24 佳能株式会社 图像形成装置
CN105403169A (zh) * 2015-12-02 2016-03-16 北京握奇智能科技有限公司 一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置及数据采集方法
KR101640348B1 (ko) * 2015-08-17 2016-07-18 세종대학교산학협력단 초정밀 광 스캐닝 장치
CN105824004A (zh) * 2016-04-29 2016-08-03 深圳市虚拟现实科技有限公司 一种交互式空间定位方法及系统
CN106404794A (zh) * 2016-10-17 2017-02-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种大口径材料表面散射的高速测量装置和方法
CN107407722A (zh) * 2015-03-23 2017-11-28 三菱重工业株式会社 激光雷达装置以及行驶体
CN108427123A (zh) * 2017-02-14 2018-08-21 百度（美国）有限责任公司 Lidar装置和用于操作lidar装置的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3381333B2 (ja) * 1993-10-15 2003-02-24 セイコーエプソン株式会社 光走査装置
EP3237926B1 (en) * 2014-12-22 2020-03-25 Trimble AB Distance measurement instrument
US11415676B2 (en) * 2017-10-09 2022-08-16 Luminar, Llc Interlaced scan patterns for lidar system

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08146320A (ja) * 1994-11-15 1996-06-07 Canon Inc 二次元走査装置
JPH1068901A (ja) * 1996-08-29 1998-03-10 Olympus Optical Co Ltd ２次元スキャナ装置
US20040212863A1 (en) * 2001-07-19 2004-10-28 Holger Schanz Method and apparatus for optically scanning a scene
US20040184121A1 (en) * 2003-01-22 2004-09-23 Pentax Corporation Multi-beam color scanning device
US20060244978A1 (en) * 2005-04-27 2006-11-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Detection device
JP2012247632A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Ricoh Co Ltd 光走査装置，画像形成装置，および主走査位置補正方法
WO2013110665A1 (en) * 2012-01-24 2013-08-01 Jan Grahmann Scanning device
CN104246621A (zh) * 2012-04-24 2014-12-24 佳能株式会社 图像形成装置
US20140240691A1 (en) * 2012-06-14 2014-08-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Laser radar system and method for acquiring 3-d image of target
CN107407722A (zh) * 2015-03-23 2017-11-28 三菱重工业株式会社 激光雷达装置以及行驶体
KR101640348B1 (ko) * 2015-08-17 2016-07-18 세종대학교산학협력단 초정밀 광 스캐닝 장치
CN105403169A (zh) * 2015-12-02 2016-03-16 北京握奇智能科技有限公司 一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置及数据采集方法
CN105824004A (zh) * 2016-04-29 2016-08-03 深圳市虚拟现实科技有限公司 一种交互式空间定位方法及系统
CN106404794A (zh) * 2016-10-17 2017-02-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种大口径材料表面散射的高速测量装置和方法
CN108427123A (zh) * 2017-02-14 2018-08-21 百度（美国）有限责任公司 Lidar装置和用于操作lidar装置的方法

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